SCIENCE CHINA Materials最新上线文章（2018.3.23）

Review

Additive manufactured metallic implants for orthopaedic applications

Kwok-Chuen Wong*, Peter Scheinemann

用于矫形外科的增材制造金属植入物

摘要: 金属植入物通常用于各种矫形外科手术, 如骨折固定、脊柱内置物、关节置换和骨肿瘤手术等. 患者需要适应标准植入物的固定尺寸, 这可能会导致对宿主骨的不匹配和其他临床副作用. 标准的传统植入物可能无法解决骨骼重建的挑战, 如种植体松动和骨肿瘤切除后严重的骨骼畸形或骨质流失. 随着数字技术应用于医学成像, 如三维(3D)建模中的计算机编程和精确植入种植体的计算机辅助工具, 患者特异性植入物在复杂的骨科重建中获得了更多关注. 与传统的减材制造相比, 增材制造技术是一种灵活的工艺, 它可以制备符合解剖学标准的植入物以匹配患者解剖结构和手术要求, 还可以建立复杂的内部结构与多孔支架, 以促进骨整合和延长植入寿命. 尽管基础研究表明增材制造(AM)金属结构是良好的骨替代生物材料, 但关于此类新型植入物临床结果的同行评议文献还不是很多. 本文概述了通常用于制造矫形外科植入物的金属材料, 描述了基于金属的增材制造技术和金属植入物的加工链, 介绍了AM植入物的特征及其在矫形手术中的应用现状, 最后讨论了AM植入物在矫形外科应用中存在的挑战.

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Conducting polymer-based peroxidase mimics: synthesis, synergistic enhanced properties and applications

杨泽洲, 王策*, 卢晓峰*

导电高分子基类过氧化物酶: 制备、协同增强性质及其应用

摘要: 人工模拟酶的概念已经提出了很长时间. 近几十年来, 许多材料已经被应用于模拟酶催化领域. 纳米技术的出现给模拟酶的发展提供了越来越多的机会. 由于其众多的官能团、优异的导电性和氧化还原性质, 导电高分子基纳米复合材料逐渐成为一类新兴的模拟酶功能材料. 本综述介绍了导电高分子及其纳米复合材料的合成以及作为高效类过氧化物酶的应用进展. 在简要介绍导电高分子的发展之后,我们特别讨论了通过不同方法制备导电高分子及其纳米复合材料, 并且展示了它们增强的类过氧化物酶催化性能. 此外, 我们还提出了导电高分子基纳米复合材料催化效率增强的机理. 最后, 我们强调了这种导电高分子基纳米复合材料在高灵敏检测领域的应用. 本综述为发展更有趣的功能模拟酶纳米材料提供了参考, 这类材料在很多技术领域具有广阔的应用前景.

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Black phosphorus quantum dot/g-C₃N₄ composites for enhanced CO₂ photoreduction to CO

韩春秋, 李珏, 马照宇, 谢海泉, Geoffrey I.N. Waterhouse, 叶立群*, 张铁锐*

黑磷量子点/g-C₃N₄复合光催化剂的制备及其增强的光催化还原CO₂到CO性能

摘要: 开发还原二氧化碳生成燃料和有价值化学品的低成本、非金属半导体光催化剂, 是减少二氧化碳浓度的一种有效方案. 本工作通过简单的静电吸引方法成功地将黑磷量子点(BPQDs)分散在石墨相氮化碳(g-C₃N₄)载体上, 成功制备了BP@g-C₃N₄复合材料, 并对其在紫外-可见光激发下光催化还原CO₂的性能进行了研究. 电化学表征, 瞬态吸收光谱和荧光光谱数据表明BPQDs的负载提高了g-C₃N₄的载流子分离效率. 在氙灯的照射下, 与g-C₃N₄(CO的生成速率为2.1 μmol g⁻¹ h⁻¹)相比, BP@g-C₃N₄复合材料光催化还原CO₂活性显著提高(当BPQDs的负载量为1 wt%时, CO的生成速率为6.54 μmol g⁻¹ h⁻¹). 本工作发展了一种新型的可还原CO₂的非金属基光催化剂.

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Cu₂GeS₃ derived ultrafine nanoparticles as high-performance anode for sodium ion battery

付林†, 商超群†, 马君, 张传健, 臧晓, 柴敬超, 李杰东, 崔光磊*

Cu₂GeS₃衍生超细纳米微粒作为高性能钠离子电池负极材料

摘要: 锗基硫化物作为钠离子电池负极具有潜在的吸引力, 但相关报道甚少. 为此, 我们研究了Cu₂GeS₃ (PCGS)的储钠性能, 发现通过单次嵌锂/脱锂循环获得超细纳米微粒铜锗硫(NCGS)是一种改善其储钠性能的有效策略. 嵌锂/脱锂过程能够在材料表面形成一层稳定的含锂固态电解质相界面膜, 并提高材料的嵌钠动力学. 因此, 与PCGS相比, NCGS在半电池和全电池中都显示出良好的循环性能和倍率性能, 在能源存储领域具有广阔的应用前景.

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Synthesis of water-soluble dye-cored poly(amidoamine) dendrimers for long-term live cell imaging

蔡阳, 冀辰东, 张少博, 苏志强*, 尹梅贞*

基于扇形PAMAM树枝制备的水溶性荧光树枝状分子及其长效活细胞荧光成像

摘要: 亲水聚酰胺-胺型(PAMAM)树枝状分子能够提高荧光染料水溶性和生物相容性, 被广泛应用于生物荧光成像、药物、基因递送等领域. 本文报道了一系列以扇形PAMAM为树枝, 以荧光染料为核的水溶性荧光树枝状分子. 扇形PAMAM树枝可通过酰胺化反应与羧基化的苝酰亚胺(PBI)和吲哚方酸菁(SICy)染料相连. 随后, 我们进一步研究了PBI系列树枝状分子的物理性质及生物性能. PBI-G2.5具有良好的水溶性, 强荧光发射, 并能在水中自组装形成30 nm的纳米粒子. 细胞实验表明, PBI-G2.5被细胞摄取后在细胞质富集, 且48小时后仍可检测到强的荧光. 因此, 本合成方法可以有效制备水溶性、生物相容性良好的荧光树枝状分子, 并在长效活细胞荧光成像中有应用前景.

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Corrosion resistance and cytocompatibility of Ti-20Zr-10Nb-4Ta alloy surface modified by a focused fiber laser

薛贤达, 马程鹏, 安红娟, 李岩*, 管迎春*

激光表面改性Ti-20Zr-10Nb-4Ta合金的耐腐蚀性与细胞相容性研究

摘要: 本文系统研究了激光表面改性对Ti-20Zr-10Nb-4Ta(TZNT)合金耐腐蚀性和细胞相容性的影响. 扫描电镜观察结果表明, 激光改性能够在TZNT合金表面制造沟槽结构, 沟槽宽度大概40 μm, 沟槽深度大概10 μm. 与未处理样品相比, 改性样品表面沿沟槽方向的水接触角减小了51%. 激光处理过程使样品表面金属态的Ti、Zr和Nb转变成了稳定的氧化态. 在37°C的Hank’s溶液中进行动电位极化测试发现, 改性样品的自腐蚀电位升高了50%, 自腐蚀电流密度下降了72%, 说明激光改性能够提高TZNT合金的耐腐蚀能力. MTT实验结果表明小鼠成骨细胞(MC3T3-E1)在改性样品和非改性样品表面具有相似的细胞活性. 从细胞形貌可以看出, 细胞出现了沿沟槽方向生长的导向性. 综上所述, 新型生物医用TZNT合金有望成为骨科和牙科植入领域的替代材料.

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