新型鐵電復合材料正在殺滅細菌

巴斯大學的工程師與阿爾斯特大學的同事合作，首次使用革命性的多材料3D打印工藝成功制造了一種具有抗菌性能的新型鐵電復合材料（Ferroelectric Composite Material）。

根據研究人員的說法，使用電響應性鐵電材料為植入物提供了抗菌的能力，使其適用于生物醫學應用，如心臟瓣膜、支架和骨植入物，降低了患者感染的風險。

盡管它們被廣泛使用，但所有生物醫學植入物都有一定的風險，因為材料表面可能含有可引起感染的生物污染物。降低這種風險可以通過改善療效和降低與持續治療相關的成本，使患者和醫療保健提供者受益。

該團隊此前曾利用這種3D打印方法創建用于骨組織工程的三維支架。

鐵電性使這一突破成為可能，鐵電性是某些極性材料的一種性質，它會對機械能或溫度的變化做出反應，產生表面電荷。這種電荷會在鐵電薄膜和植入物中產生被稱為活性氧(reactive oxygen species,ROS)的自由基，從而優先消滅細菌。這是通過水分子在極化鐵電復合材料表面的微電解來實現的。

用于利用這一現象的復合材料是通過將鐵電鋇鈣鋯鈦酸鹽(BCZT)微顆粒包埋在聚己內酯(PCL)中制造的，聚己內酯是一種生物可降解的聚合物，通常用于生物醫學應用。

然后，鐵電粒子和聚合物通過3D生物打印機來構建一個精確的多孔“支架”形狀，其設計具有高表面積，以增強ROS的產生。

即使感染了大量具有侵略性的大腸桿菌，測試表明，這種復合材料可以在沒有外部干預的情況下完全消除細菌細胞，在15分鐘內消除70%的細菌。