《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菌感染。特別值得注意的是，在COVID-19大流行期間，約高達95%的肺炎相關死亡歸因于繼發(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菌的出現(xiàn)，包括超級細菌。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打印技術使用光源固化可光聚合的預聚體溶液，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)構和抗菌功能的3d打印水凝膠廣泛應用于組織工程、再生醫(yī)學、傷口愈合、植入物等領域，推動疾病的建模和治療。

鑒于此，昆士蘭大學Thomas Paul Davis等對光輔助3D打印技術制造的抗菌水凝膠進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，討論了將無機納米材料、抗生素和功能聚合物集成到3D打印水凝膠中以增強抗菌效果的新策略，并且提出了使用人工智能和機器學習進行高級設計的視角。

本文要點：
（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行精確的時空控制來生產(chǎn)具有各種幾何復雜性的物體，并且已應用于電子、生物工程、藥物輸送和抗菌治療等各個領域。目前用于開發(fā)抗菌水凝膠的光輔助3D打印技術主要包括光聚合，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打印技術在創(chuàng)建復雜結(jié)構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用的水凝膠支架的革命性工具。此外，3D打印中的光激活機制被用于從毫米級到亞微米級的水凝膠控制結(jié)構。
（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/金屬基無機納米材料、抗生素、抗菌聚合物結(jié)合而成的水凝膠復合材料，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，不僅可以提高其強度和剛度等力學性能，還可以作為交聯(lián)劑賦予水凝膠的刺激響應行為。

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特性能、抗菌能力和潛在應用，討論了通過結(jié)合強效抗菌劑來改善和延長3D打印水凝膠抗菌效果的當前方法，有助于研究人員了解光輔助3D打印水凝膠的最新進展。

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