Ученый в области материаловедения Андреас Херманн совместно с врачом-ортодонтом Юджин Рен и другими коллегами разработали материал для 3D-печати с антимикробными свойствами. Изначально, данный материал планируют применять в стоматологии, а также для производства имплантатов для других областей.

«Глава факультета ортодонтии спросил меня, смогу ли я создать стоматологический клей с антимикробными свойствами», — говорит Херманн. Дети и подростки, вынужденные носить брекеты, образуют группу риска развития кариеса, поскольку стоматологический клей, на который крепиться конструкция, является подспорьем для развития бактерий. «Когда я зашел в офис к начальнику, то увидел несколько вещей, напечатанных на 3D-принтере для стоматологических целей, и предложил разработать не клей, а антимикробный материал для трехмерной печати». Работа над материалом заняла два с половиной года.

В стоматологии широко применяются материалы, полимеризующиеся при помощи ультрафиолетовой лампы. Ученый использовал стандартные мономеры и добавил к ним ионы четвертичной аммониевой соли. Таким образом, молекулы полимера получили положительный заряд, поэтому при взаимодействии с бактериальной мембраной, имеющей отрицательный заряд, полимер будет разрушать мембрану, тем самым убивая бактерии.

В процессе создания материала ученые применили два способа. В ходе первого способа они смешали два различных мономера с четвертичной аммониевой солью, а затем облучили их ультрафиолетом до затвердения материала. Недостаток данного способа в том, что в процессе полимеризации антимикробные частицы могли вытечь из состава полимера.

Второй способ состоял в том, что сначала проводилась полимеризация антимикробных частиц, которые формировали длинные устойчивые цепочки. Затем данный полимер был добавлен к флюиду для 3D-печати, и материал вновь подвергался воздействию ультрафиолетовых лучей, и в результате, получился твердый полимер с прочно закрепленными антимикробными частицами внутри его структуры.

«Сложность состояла в том, чтобы добиться правильных пропорций компонентов, при которых можно было бы проводить трехмерную печать, и одновременно, минимизировать число плохо закрепленным в полимере антимикробных частиц. Поскольку мы не хотим, чтобы частицы могли свободно попасть в ротовую полость, затем в кишечник, нарушая его микрофлору», — говорит ученый.

В ходе экспериментов ученым удалось соблюсти правильные пропорции. «Мы протестировали материал, поместив его в слюну. Следует отметить, что все компоненты, из которых состоит материал применяются в медицине, тем не менее, необходимо провести клинические испытания, прежде чем материал станет доступен широкому кругу врачей». Предполагается, что сначала материал будет применяться в ортодонтии, где уже широко используются ретейнеры и штифты, созданные с помощью трехмерной печати. В долгосрочной перспективе, возможно производство коронок на 3D-принтерах, обладающих антимикробными свойствами.

Применение материала с антимикробными свойствами могло бы решить многие проблемы стоматологии. «Любой, помещенный в ротовую полость, объект может стать местом размножения бактерий. Только в США ежегодно пациенты тратят миллиарды долларов на лечение, обусловленное данной проблемой. Однако подобный материал будет востребован и в других областях медицины, в особенности при установки различных имплантатов».