《Small Science》綜述：光輔助3D打印抗菌水凝膠

來源： EngineeringForLife

迄今為止，全球每年有1300萬患者面臨危險的細(xì)菌感染。特別值得注意的是，在COVID-19大流行期間，約高達(dá)95%的肺炎相關(guān)死亡歸因于繼發(fā)性肺炎鏈球菌感染。自1928年弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素以來，抗生素在歷史上一直有效地治療細(xì)菌性疾病。然而，抗生素的過度使用和長期使用刺激了多重耐藥細(xì)菌的出現(xiàn)，包括超級細(xì)菌。因此，迫切需要開發(fā)針對抗菌素耐藥性的無抗生素策略。

光輔助3D打印技術(shù)使用光源固化可光聚合的預(yù)聚體溶液，在開發(fā)具有高分辨率、特定特征和功能的抗菌水凝膠方面顯示出巨大的潛力。并且，具有定制結(jié)構(gòu)和抗菌功能的3d打印水凝膠廣泛應(yīng)用于組織工程、再生醫(yī)學(xué)、傷口愈合、植入物等領(lǐng)域，推動疾病的建模和治療。

鑒于此，昆士蘭大學(xué)Thomas Paul Davis等對光輔助3D打印技術(shù)制造的抗菌水凝膠進(jìn)行了全面的分析和評價，作者概述了用于開發(fā)抗菌水凝膠的光輔助3D打印技術(shù)，討論了將無機(jī)納米材料、抗生素和功能聚合物集成到3D打印水凝膠中以增強(qiáng)抗菌效果的新策略，并且提出了使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行高級設(shè)計的視角。

本文要點(diǎn)：
（1）光輔助3D打印系統(tǒng)（如DLP和SLA）能夠通過對樹脂局部光聚合進(jìn)行精確的時空控制來生產(chǎn)具有各種幾何復(fù)雜性的物體，并且已應(yīng)用于電子、生物工程、藥物輸送和抗菌治療等各個領(lǐng)域。目前用于開發(fā)抗菌水凝膠的光輔助3D打印技術(shù)主要包括光聚合，光輔助噴墨打印，光輔助擠壓打印和選擇性激光燒結(jié)。
（2）光輔助3D打印技術(shù)在創(chuàng)建復(fù)雜結(jié)構(gòu)和卓越空間分辨率方面的多功能性使其成為制造用于組織工程和抗菌應(yīng)用的水凝膠支架的革命性工具。此外，3D打印中的光激活機(jī)制被用于從毫米級到亞微米級的水凝膠控制結(jié)構(gòu)。
（3）水凝膠本身通常缺乏固有的抗菌特性，通過開發(fā)由水凝膠與金屬離子/金屬基無機(jī)納米材料、抗生素、抗菌聚合物結(jié)合而成的水凝膠復(fù)合材料，可以提高其抗菌效果。此外，將聚合物或納米顆粒摻入水凝膠中，不僅可以提高其強(qiáng)度和剛度等力學(xué)性能，還可以作為交聯(lián)劑賦予水凝膠的刺激響應(yīng)行為。

總之，作者總結(jié)了光輔助3D打印制造的天然和合成水凝膠的獨(dú)特性能、抗菌能力和潛在應(yīng)用，討論了通過結(jié)合強(qiáng)效抗菌劑來改善和延長3D打印水凝膠抗菌效果的當(dāng)前方法，有助于研究人員了解光輔助3D打印水凝膠的最新進(jìn)展。

文章來源：
https://doi.org/10.1002/smsc.202400097