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在材料挤出 3D 打印技术中，研究人员为制备兼具抗菌能力和优良机械性能的聚碳酸酯（PC）基纳米复合材料，开展相关研究。结果表明适量抗菌纳米粉末可增强材料性能，该成果在国防安全及民用领域意义重大。
在科技飞速发展的当下，3D 打印技术作为 “第四次工业革命” 的重要支柱，正逐渐改变着材料制造的格局。它能够实现材料的逐层堆积，制造出复杂形状的物体，在众多领域展现出巨大的应用潜力。然而，在国防和安全等特殊领域，对材料的性能要求极为苛刻，不仅需要具备高强度、高耐磨性等特性，还需拥有抗菌等多功能。
聚碳酸酯（PC）作为一种常用的热塑性聚合物，以其良好的机械强度、光学性能和耐冲击性，在工程领域广泛应用，在国防领域也有重要用途，如战斗机座舱罩等。但传统 PC 材料在抗菌性能方面存在不足，在军事应用场景中，士兵使用的武器部件和个人防护装备（PPG）容易接触到各种病原体，这对士兵的健康构成威胁，进而影响作战能力。同时，现有研究虽对 PC 基复合材料有所探索，但针对 PC / 抗菌纳米复合材料用于材料挤出（MEX）3D 打印技术的研究较少，且在增强机械性能和抗菌性能的协同方面缺乏深入研究。
为了解决这些问题，来自国外的研究人员开展了关于 PC / 抗菌纳米复合材料在 MEX 3D 打印技术中的研究。他们制备了一系列不同抗菌纳米粉末负载量（2wt% - 12wt%）的 PC / 抗菌纳米复合材料，并将其制成细丝用于 3D 打印，随后对打印材料进行了全面的性能测试。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，通过称量、干燥 PC 颗粒和抗菌纳米粉末并混合，制备 PC / 抗菌纳米复合材料；接着，使用单螺杆挤出机制备细丝，确保其质量；然后，利用 3D 打印机打印出各种试样；最后，采用拉曼光谱、流变测量、热分析（DSC、TGA）、动态机械分析（DMA）等多种分析技术，以及扫描电子显微镜（SEM）、能量色散 X 射线光谱（EDS）、高清微计算机断层扫描（HD - μCT）等微观表征手段，对抗菌性能则采用琼脂孔扩散法进行测试。
研究结果如下：
- 微观和化学分析：通过 SEM 和 EDS 对抗菌纳米粉末进行分析，观察到纳米粒子的分散情况和化学组成，为后续研究提供基础。
- 拉曼光谱分析：添加抗菌粉末后，PC 的拉曼光谱在多个波数处出现强度变化，反映出材料结构和化学性质的改变。
- 理化特性：抗菌纳米复合材料的引入降低了 PC 的粘度，有利于 3D 打印；同时，MFR 有所增加，热重分析（TGA）显示添加抗菌纳米粉末对 PC 热稳定性影响不大，而差示扫描量热法（DSC）分析表明玻璃化转变温度 Tg随抗菌纳米粉末含量增加而显著降低。
- 热机械性能：抗菌纳米粉末的引入对 PC / 抗菌纳米复合材料的热机械响应影响不大，未降低最终样品的热机械性能。
- 整体质量评估：制备的 PC / 抗菌纳米复合细丝质量高，其中 PC/6% 抗菌纳米复合材料的拉伸强度和拉伸弹性模量相较于纯 PC 有显著提升。
- 机械性能评估：综合多种机械测试，发现适量添加抗菌纳米粉末可增强 PC 的机械性能，如 PC/4% 和 PC/6% 抗菌纳米复合材料的拉伸强度提升 29.1%，但同时部分性能如韧性和维氏显微硬度有所变化。
- 形态表征：3D 打印的 PC / 抗菌纳米复合材料整体质量良好，PC/6% 抗菌纳米复合材料的尺寸偏差最小，PC/4% 抗菌纳米复合材料的孔隙率最低。
- 抗菌性能评估：对常见病原体大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. Aureus）进行测试，结果表明 PC / 抗菌纳米复合材料具有抗菌活性，且对S. Aureus的抗菌效果优于E. coli 。
研究结论和讨论部分指出，该研究成功制备了兼具优异机械性能和抗菌性能的 PC / 抗菌纳米复合材料。适量的抗菌纳米粉末（4wt% - 6wt%）可有效增强材料的机械性能，同时降低孔隙率，提高 3D 打印质量。这种材料在国防和安全领域具有重要意义，可用于制造个性化 PPG 和各种军事装备，减少病原体传播风险；在民用领域，如医疗行业，可应用于制造导管、止血带等医疗用品，降低感染风险，减少治疗时间和成本。该研究成果为相关领域提供了新的材料选择，有望推动国防和民用产业的发展，对未来材料科学研究和实际应用具有重要的指导价值，发表在《Biomedical Engineering Advances》上，为该领域的进一步研究奠定了基础。
