《Small Science》综述：光辅助3D打印抗菌水凝胶

来源： EngineeringForLife

迄今为止，全球每年有1300万患者面临危险的细菌感染。特别值得注意的是，在COVID-19大流行期间，约高达95%的肺炎相关死亡归因于继发性肺炎链球菌感染。自1928年弗莱明发现青霉素以来，抗生素在历史上一直有效地治疗细菌性疾病。然而，抗生素的过度使用和长期使用刺激了多重耐药细菌的出现，包括超级细菌。因此，迫切需要开发针对抗菌素耐药性的无抗生素策略。

光辅助3D打印技术使用光源固化可光聚合的预聚体溶液，在开发具有高分辨率、特定特征和功能的抗菌水凝胶方面显示出巨大的潜力。并且，具有定制结构和抗菌功能的3d打印水凝胶广泛应用于组织工程、再生医学、伤口愈合、植入物等领域，推动疾病的建模和治疗。

鉴于此，昆士兰大学Thomas Paul Davis等对光辅助3D打印技术制造的抗菌水凝胶进行了全面的分析和评价，作者概述了用于开发抗菌水凝胶的光辅助3D打印技术，讨论了将无机纳米材料、抗生素和功能聚合物集成到3D打印水凝胶中以增强抗菌效果的新策略，并且提出了使用人工智能和机器学习进行高级设计的视角。

本文要点：
（1）光辅助3D打印系统（如DLP和SLA）能够通过对树脂局部光聚合进行精确的时空控制来生产具有各种几何复杂性的物体，并且已应用于电子、生物工程、药物输送和抗菌治疗等各个领域。目前用于开发抗菌水凝胶的光辅助3D打印技术主要包括光聚合，光辅助喷墨打印，光辅助挤压打印和选择性激光烧结。
（2）光辅助3D打印技术在创建复杂结构和卓越空间分辨率方面的多功能性使其成为制造用于组织工程和抗菌应用的水凝胶支架的革命性工具。此外，3D打印中的光激活机制被用于从毫米级到亚微米级的水凝胶控制结构。
（3）水凝胶本身通常缺乏固有的抗菌特性，通过开发由水凝胶与金属离子/金属基无机纳米材料、抗生素、抗菌聚合物结合而成的水凝胶复合材料，可以提高其抗菌效果。此外，将聚合物或纳米颗粒掺入水凝胶中，不仅可以提高其强度和刚度等力学性能，还可以作为交联剂赋予水凝胶的刺激响应行为。

总之，作者总结了光辅助3D打印制造的天然和合成水凝胶的独特性能、抗菌能力和潜在应用，讨论了通过结合强效抗菌剂来改善和延长3D打印水凝胶抗菌效果的当前方法，有助于研究人员了解光辅助3D打印水凝胶的最新进展。

文章来源：
https://doi.org/10.1002/smsc.202400097