开发能够快速止血并适应不规则伤口的水凝胶敷料对于感染性伤口愈合至关重要。可定制的3D打印水凝胶在伤口管理中备受追捧，但由于其机械强度低和生物活性低，其应用仍面临持续挑战。
2025 年 8 月 26 日，暨南大学刘明贤唯一通讯在Bioactive Materials 在线发表题为“3D printing of chitosan hydrogel reinforced with tubular nanoclay for hemostasis and infected wound healing”的研究论文。该研究开发了一种纳米粘土增强的3D打印壳聚糖(CS)水凝胶，用于控制出血和促进细菌感染性伤口愈合。
埃洛石粘土纳米管(HNT)与CS之间的氢键和静电引力赋予CS/HNTs墨水剪切稀化、优异的打印适性、高保真度和形状保持性，使其能够贴合不规则的伤口形状。HNT的加入提高了CS水凝胶的抗压/抗拉强度和止血性能。此外，CS/HNTs水凝胶中还负载了抗菌剂左氧氟沙星(Lev)，该药物可在伤口部位持续释放，从而减轻炎症并促进愈合。体外实验表明，CS/HNTs/Lev水凝胶具有良好的抗菌、凝血、血液相容性和细胞相容性。此外，使用感染小鼠模型进行的体内研究表明，该复合水凝胶具有快速止血、良好的抗菌性能和增强的伤口愈合效果。纳米粘土增强的3D打印CS水凝胶在临床应用中显示出作为止血和伤口愈合敷料的巨大潜力。
严重创伤后出血不止，伤口愈合困难，导致高死亡率，并带来经济和社会负担。伤口愈合是一个复杂而动态的过程，包含四个相互交织、相互关联的阶段：止血、炎症、增生和重塑。目前，传统的伤口闭合和止血方法存在一系列潜在风险，包括疼痛、感染和皮肤瘢痕形成。同时，被细菌污染的伤口会破坏正常的愈合机制，导致血管生成受损、炎症加剧等各种病理特征，从而延长愈合时间。鉴于伤口愈合的复杂性，开发能够快速控制各种伤口类型出血的新型有效伤口敷料至关重要。
水凝胶具有类似组织的机械性能和三维（3D）多孔结构，能够创造湿润环境，吸收伤口渗出液，并承受身体部位的巨大张力。它们正日益被认为是伤口敷料领域最具竞争力的候选材料之一。然而，传统工艺制备的水凝胶在形状设计和生物活性方面存在局限性，影响了其在生物医学领域的应用。虽然可注射水凝胶克服了伤口形状适应性的问题，但其强度和弹性可能无法适应动态的生理环境。此外，前体溶液交联度的不确定性可能导致注射器堵塞或扩散等问题。相比之下，3D打印技术已被提出用于制造具有更好形状灵活性和适应性的水凝胶支架。3D打印水凝胶在需要不规则结构或区域化治疗的复杂伤口（例如糖尿病足溃疡和烧伤）的治疗中展现出独特的价值，以及在治疗已度过初始急性期但仍需要复杂的、针对患者个体化重建的伤口方面。理想的3D打印水凝胶敷料应能够快速止血、发挥抗菌活性，并具有足够的形状适应性和优异的生物相容性。
壳聚糖（CS）是由几丁质脱乙酰化而来的材料，具有良好的生物相容性、生物降解性、抗菌性和内源性止血活性。它是自然界中唯一富含羟基和氨基的碱性多糖。CS中带正电荷的氨基是其具有广谱抗菌和止血能力的主要原因。基于其独特的生物活性和可加工性，一系列具有止血和抗菌功能的CS基复合材料被开发出来。然而，单组分CS的力学性能相对较差，无法满足3D打印所需的力学强度且难以成型。在实际应用中，CS的止血效果仍然不足。因此，将CS与无机材料复合可能是提升其性能的潜在策略。
粘土矿物作为天然岩石或土壤材料，已与人类共存数千年，并已被证明具有生物相容性、环境友好性和来源广泛性。在各种粘土中，由 20 至 30 层高岭土卷绕而成的埃洛石纳米管 (HNT) 已被用于改善聚合物的机械性能、药物负载、细胞粘附和止血性能。HNT 具有独特的中空管结构，内表面富含 Al-OH 基团，外表面富含 Si-O-Si 基团。该特性导致内表面和外表面分别带正电和负电。因此，HNT 可以通过静电相互作用与不同电荷的聚合物相互作用。重要的是，外表面带负电的硅氧烷键 (Si-O-Si) 赋予 HNT 天然的凝血活性。先前的研究表明，将HNT引入氧化海藻酸钠/明胶复合水凝胶中，可以提高复合水凝胶的交联度，缩短凝胶化时间，改善力学性能，并降低肿胀。该复合水凝胶在大鼠肝损伤和尾部损伤模型中表现出优异的止血性能。Sharifzadeh等人通过物理交联合成了角叉菜胶/HNT水凝胶。结果表明，纳米复合水凝胶的力学性能、热稳定性和肿胀性能同时提高。这些研究表明HNT作为聚合物增强剂和凝血剂具有巨大的潜力。
抗菌剂与纳米粘土增强水凝胶的结合此前已有报道。例如，蒙脱土交联聚丙烯酰胺 (PAAm) 纳米复合水凝胶表现出清晰的孔隙结构、增强的机械性能和稳定的臭氧释放，不仅可以杀菌消炎，还能为伤口提供良好的修复环境。原位合成的银纳米粒子/插层粘土（皂石）/PAAm 纳米复合水凝胶表现出强大的抗菌活性，尤其对革兰氏阳性菌具有良好的抗菌效果，在伤口和烧伤敷料中具有广阔的应用前景。之前的研究中，作者制备了一种具有抗菌止血活性的金纳米粒子填充的 HNT/几丁质复合水凝胶，用于伤口愈合。然而，很少有研究关注粘土增强抗菌水凝胶的 3D 打印方法和抗菌剂的缓释性能，而且这些材料尚未显示出令人满意的体内治疗效果。
图1（图源自Bioactive Materials ）
本研究提出了一种HNTs增强多功能3D打印壳聚糖水凝胶的新策略（图1）。通过精确控制CS与HNTs的比例，开发出一种同时具有剪切稀化性能和结构自支撑能力的复合墨水，克服了纯CS墨水因粘度波动导致结构坍塌的缺点。然后，采用直接墨水写入（DIW）3D打印技术制备了具有高分辨率和复杂结构的CS/HNTs水凝胶。系统地评估了它们的机械性能、抗菌性能、凝血性能、血液相容性和细胞相容性。使用混合法将常用的氟喹诺酮类抗生素左氧氟沙星（Lev）负载到3D打印的CS/HNTs水凝胶中。CS/HNTs/Lev水凝胶具有止血、抗菌和机械支撑等功能。3D打印技术可以将复合水凝胶制成尺寸可定制、微孔结构与组织高度相似的材料。3D打印的CS/HNTs/Lev水凝胶在感染性伤口治疗中展现出良好的应用前景。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2452199X25003779
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