日前，昆明理工大学材料科学与工程学院徐旭辉教授团队在国际材料顶级期刊《Advanced Materials》(IF 29.4)杂志在线发表了题为“Upconversion 3D Bioprinting for Noninvasive In-Vivo Moulding”的工作。昆明理工大学为第一作者单位，通讯作者是昆明理工大学徐旭辉教授。文章第一作者是昆明理工大学博士生张鹏。该研究得到国家自然科学基金项目、云南省重大科技专项等项目资金支持。

在医疗领域中，体内植入式生物材料对于骨折的矫正修复、心血管疾病和神经疾病的治疗具有不可或缺的功效。传统的方法是将医疗材料在体外成型，并通过外科手术植入体内，但这种方法容易引起并发症并导致感染。因此，急需新的方法实现医疗材料在体内的制造，以有效降低与外科手术相关的风险。

该研究借鉴微晶玻璃的思想，选择微晶作为水凝胶内嵌的紫外固化光源，开发了一种上转换纳米颗粒(UCNPs)辅助的近红外3D生物材料打印方法，以实现无侵入性手术的体内材料成型。首先设计多层核壳结构UCNPs定向增强其在蓝紫光波段的发光性能；UCNPs将穿透皮肤组织的近红外(NIR)光子转化为蓝紫色发射(300-500 nm)，可在体内诱导多种单体聚合固化；利用三维移动坐标平台固定并控制近红外激光器，使其按预设路线精准移动实现固化成型，本研究成功在小鼠体内实现了无创骨折固定支架的3D成型，展示了一种全新生物医学材料的体内成型方式，在植入式医疗领域具有广泛的应用前景。

图1  上转换材料辅助3D生物打印在体内无创固定骨折示意图

图2 氟化物上转换纳米晶微观形貌结构

图3 上转换氟化物纳米晶辅助3D生物打印技术用于体内骨折固定

论文信息：Zhang P, Teng Z, Zhou M, Yu X, Wen H, Niu J, Liu Z, Zhang Z, Liu Y, Qiu J, Xu X. Upconversion 3d bioprinting for noninvasive in‐vivo moulding [J]. Advanced Materials, 2024. https://doi.org/10.1002/adma.202310617。