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1. 主要作者及研究机构
本研究的通讯作者为Cheng-hui Li（南京大学）和Peng-fei Zheng（南京医科大学附属儿童医院），第一作者为Xiu-Chong He与Xiu-Ning Chen（并列贡献）。合作单位包括南京大学化学化工学院、南京医科大学附属儿童医院骨科、上海交通大学医学院附属第九人民医院骨科及南京理工大学环境与生物工程学院。研究发表于Chemical Engineering Journal期刊，2024年5月23日在线发表，论文编号152439。
2. 学术背景与目标
科学领域：本研究属于生物医用材料与3D打印交叉领域，聚焦于开发一种具有快速止血、抗菌和促进伤口愈合功能的蓝光3D打印水凝胶。
研究动机：传统水凝胶成型技术（如浇筑成型）仅能制备简单二维结构，限制了其在个性化医疗中的应用。数字光处理（DLP, Digital Light Processing）3D打印技术虽能快速制备复杂结构，但常用紫外（UV）光源易损伤生物组织，且部分功能添加剂（如TiO₂、SiO₂纳米颗粒）会阻碍UV引发聚合。蓝光（450 nm）能量较低，但对水凝胶的打印性能提出更高要求。
研究目标：通过引入纳米纤维、氢键和配位键等多重增强机制，结合双光引发剂体系，设计一种基于2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸（AMPS）的水凝胶，实现高精度蓝光3D打印，并验证其在皮肤伤口修复中的应用潜力。
3. 详细研究流程
3.1 水凝胶支架设计与性能优化
- 材料选择：以AMPS-Na（钠盐形式）为骨架，羧甲基纤维素（CMC）为纳米纤维增强剂，Ca²⁺为配位交联剂，聚乙二醇二甲基丙烯酸酯（PEGDMA）提高交联密度。
- 性能测试：通过流变学、拉伸实验和溶胀测试优化配方，最终确定CMC 2.2%、CaCl₂ 0.5%、PEGDMA 0.12%为最佳比例。该水凝胶的断裂应力达0.22 MPa，断裂伸长率1187%，吸水率24小时内从48.9%提升至98.96%。
- 创新点：
- pH调控机制：AMPS-Na在pH 7~7.5时zeta电位为-2.06 mV，负电荷排斥作用促进水分吸收。
- 多重增强：CMC通过氢键增强力学性能，Ca²⁺与磺酸基/羧酸基配位提升层间堆叠能力。
3.2 蓝光3D打印双引发剂系统
- 引发剂优化：传统单一光引发剂TPO-L蓝光响应缓慢（20秒后粘度上升），通过加入苯基-2,4,6-三甲基苯甲酰膦酸锂（LAP），形成复合引发剂（TPO-L/LAP，重量比1:10），曝光能量≥6 mW/cm²时，20秒内粘度达1.1×10⁶ mPa·s，固化深度1 mm。
- 打印工艺：采用Digital Light Processing（DLP）技术，层厚30 μm，表面粗糙度仅8.98 μm，XY轴打印精度>94%。成功打印复杂结构（如兔子模型、耳廓支架）。
3.3 生物功能验证
- 体外实验：
- 生物相容性：CCK-8实验显示Ca²⁺浓度≤16 mg/ml时促进人脐静脉内皮细胞（HUVEC）增殖，活死染色证实细胞在水凝胶表面黏附良好。
- 抗菌性：对金黄色葡萄球菌（S. aureus）、大肠杆菌（E. coli）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的抑菌率均>99.9%。
- 体内实验：
- 止血效果：大鼠尾动脉截断模型中，水凝胶组凝血时间缩短，出血量减少（*p<0.05）。
- 伤口愈合：全层皮肤缺损模型显示，3D打印的预交联水凝胶组伤口闭合速度显著快于感染对照组（14天完全愈合），组织学分析显示更完整的上皮化和胶原沉积。
4. 主要结论与价值
结论：
- 成功开发了一种机械性能优异、高吸水性的蓝光3D打印水凝胶，其双重引发剂系统和多重交联网络解决了水环境下低能量蓝光引发聚合的难题。
- 水凝胶具备快速止血、广谱抗菌和促进伤口愈合功能，且通过3D打印可实现精准医学适配伤口形状。
科学价值：
- 首次报道了基于AMPS的蓝光3D打印水凝胶，为生物相容性光固化材料设计提供了新思路。
- 双引发剂体系（TPO-L/LAP）可拓宽至其他水凝胶的光聚合应用。
应用价值：
- 急救场景：未交联水凝胶可直接填充伤口并蓝光原位固化，适用于战场或灾害急救。
- 个性化医疗：通过DLP打印定制复杂结构，适配不规则组织缺损（如烧伤、慢性溃疡）。
5. 研究亮点
- 方法创新：结合纳米纤维（CMC）、氢键和Ca²⁺配位的协同增强机制，突破水凝胶在蓝光打印中的力学性能限制。
- 技术突破：TPO-L/LAP双引发剂体系实现水环境下高效蓝光引发，固化速度与精度媲美UV-DLP。
- 多功能集成：单一材料同时满足止血、抗菌、促愈合需求，避免了多组分复合的复杂性。
6. 其他发现
- 抗冻性能：引入Ca²⁺后，水凝胶中39.5%的水为结合水，赋予其低温稳定性（-20℃冻融循环3次后性能保持）。
- 潜在扩展应用：药物缓释、组织工程支架、柔性电子器件（如离子皮肤）。
此研究为生物医用3D打印提供了新材料和新方法，兼具学术价值与临床转化潜力。