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数字光处理3D打印的ZIF-8@鞣酸@MXene纳米酶水凝胶通过近红外光热疗法同步实现高效杀菌、动态调控ROS和炎症信号，促进感染性伤口修复。摘要部分结束分隔符：
Feng Cheng|Xiao Zhang|Jiliang Dai|Li Wang|Qingyun Wu|Lay Kee Ang|Hongbin Li
摘要
感染性伤口的愈合仍然是一个主要的临床挑战，因为抗菌控制、免疫调节和组织再生很少能够协调一致地实现。在这里，我们报道了一种通过数字光处理（DLP）3D打印的水凝胶，该水凝胶将ZIF-8@单宁酸@MXene纳米酶集成在明胶甲基丙烯酸酯（GelMA）/壳聚糖甲基丙烯酸酯（CSMA）基质（ZGC）中，用于实现时空控制的伤口治疗。DLP技术能够高保真地制造出具有互连孔隙和复杂结构的可机械变形敷料。在近红外照射下，ZGC水凝胶表现出高效的光热转换（47.3%），并对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌实现了快速杀菌（>99.9%）。从机制上讲，纳米酶调节活性氧物种和炎症信号传导，从而将抗菌作用与免疫调节和组织再生同步化。在感染全层伤口的大鼠模型中，ZGC结合近红外治疗使伤口在14天内闭合，剩余伤口面积小于2%，同时伴随着胶原蛋白沉积的增加、新血管生成以及炎症标志物表达的减少，且没有检测到全身毒性。这些发现表明，这种可DLP打印的、具有免疫指导功能的纳米酶水凝胶是一个先进的、潜在的个性化伤口护理的转化平台。
重要性声明
感染性伤口的愈合仍然是一个主要的临床挑战，因为目前的疗法很少能够同时控制细菌负担、氧化应激和免疫失调。现有的光热或抗菌水凝胶通常侧重于病原体的清除，但忽略了免疫调节和组织再生的时空协调性，而传统的3D打印支架缺乏内在的免疫调节功能。在这项工作中，我们介绍了一种通过数字光处理（DLP）3D打印的纳米酶集成水凝胶，它将精确的结构可编程性与材料驱动的免疫调节相结合。通过将ZIF-8@单宁酸@MXene纳米酶集成在GelMA/CSMA可打印网络中，该系统实现了按需的光热抗菌活性、动态的活性氧平衡以及炎症和再生途径的基因水平调节。与之前依赖药物加载或单一模式抗菌机制的报告不同，这个平台证明了嵌入DLP打印水凝胶中的工程化异质结纳米酶可以作为免疫指导材料，同步控制感染和加速组织修复。转录组分析进一步揭示，这种水凝胶积极重塑了以MAPK为中心的炎症网络，促进了再生，提供了超越表型愈合结果的机制见解。这项研究为精确伤口治疗建立了一个新的范式，结合了先进的增材制造、纳米酶催化和免疫工程，对生物材料、生物制造和转化再生医学领域的读者具有广泛的意义。
引言
有效的伤口管理对于防止细菌感染至关重要，因为细菌感染可能发生在各种类型的伤口中，导致组织损伤和愈合受阻，从而产生重大的临床和经济影响[[1], [2], [3]]。细菌感染伤口修复面临的主要挑战是在有效的感染控制和组织再生之间取得平衡，尤其是在抗菌素耐药性增加、缺氧伤口环境和免疫细胞功能受损的情况下，这会妨碍病原体的管理[4,5]。然而，大量的细菌负荷以及活性氧（ROS）水平的增加[[6], [7], [8]]会引发慢性炎症反应，进一步破坏免疫平衡[9]，从而严重损害关键的伤口愈合机制，如胶原蛋白形成、血管再生和上皮再生[10]。在临床实践和动物研究中，虽然天然酶[11]、维生素[12]、类胡萝卜素[13]和酚类化合物[14]被广泛用于对抗炎症疾病中的氧化应激，但它们的应用受到高生产成本、环境敏感性和有限的催化稳定性的限制。因此，迫切需要开发综合性的治疗策略，同时针对细菌清除和恢复氧化还原及免疫平衡，以有效应对感染性伤口管理的复杂性。
传统的治疗方法往往无法充分应对伤口管理的多方面挑战[[15], [16], [17]]，因此需要探索新的方法。最近的研究表明，伤口愈合受损与持续感染、过度的氧化应激和失调的炎症反应密切相关，这突显了多功能治疗平台的重要性，这些平台可以同时实现抗菌控制和免疫调节。例如，已经开发出基于先进生物材料的伤口敷料，以整合抗菌活性、氧化还原调节和组织再生信号，从而加速愈合效果[8,18,19]。然而，许多报道的系统依赖于传统的制造策略，这些策略限制了结构可编程性、可重复性和患者特异性适应性。此外，最近的伤口护理进展越来越多地结合了3D打印技术和光热纳米颗粒，提供了一种复杂的范式，提高了治疗效果和在处理复杂伤口情况下的精确度[20]。光热疗法利用水凝胶中的光激活材料产生局部热量进行治疗，利用金属纳米颗粒增强抗菌活性、清除活性氧自由基、加速伤口愈合并实现可控的药物释放[[21], [22], [23], [24]]。然而，尽管这些技术具有先进的治疗特性，金属纳米颗粒可能会带来毒性、炎症反应和生物积累等风险。MXenes [25,26]和金属有机框架（MOFs）[[27], [28], [29]]提供了更好的替代方案，具有更好的生物相容性、可定制的药物释放特性和增强的抗菌效果。尽管通过物理或化学交联的传统光热响应水凝胶具有显著的优势，但其有效性可能受到功能性纳米颗粒分布不均的限制，导致治疗效果不稳定。基于数字光处理（DLP）的3D生物打印方法通过实现复杂三维结构的精确创建和均匀的纳米颗粒分布，克服了这些限制[30,31]。此外，DLP 3D生物打印在制造功能性水凝胶敷料方面相比传统的挤出和喷墨打印技术具有明显的优势[32]。挤出打印通常依赖于高粘度墨水的剪切依赖性沉积[33]，这可能会影响打印分辨率并导致功能性纳米材料的分布不均匀[34]，而喷墨打印则常常受到低粘度要求和软组织应用时结构稳定性不足的限制[35]。相比之下，DLP打印能够实现快速、掩模投影的光聚合，具有均匀的能量传递和高空间分辨率，允许对微观结构进行精确控制，并可重复地制造复杂的几何形状，以增强伤口修复和管理[36]。
在本文中，我们描述了一个双光固化-光热响应平台，该平台由天然聚合物（壳聚糖甲基丙烯酰（CSMA）、明胶甲基丙烯酰（GelMA）和纳米酶（ZIF-8@TA@MXene（ZTM））组成，可以实现具有可调机械特性的复杂3D结构的DLP打印（图1a），适用于细菌感染伤口的修复和再生。该平台在需要时使用光激活疗法精确杀死有害细菌，同时包含抗氧化剂以帮助维持身体的氧化还原水平和免疫系统的稳定性（图1b）。ZIF-8@TA@MXene /GelMA/CSMA（ZGC）水凝胶表现出优异的光热转换效率和多方面的生物医学特性，包括显著的抗菌活性、生物相容性和止血能力（图1c）。值得注意的是，当与近红外（NIR）照射结合使用时（ZGC+NIR），水凝胶不仅保持了其生物相容性和抗菌效果，还显著增强了细胞增殖。使用体内感染伤口模型全面评估了ZGC的伤口愈合效果和免疫调节机制，证明了其治疗潜力。该水凝胶配方的简单性和技术的适应性使其成为个性化伤口护理和潜在临床应用的有希望的候选者。
材料
明胶、甲基丙烯酸酐（MA）、Zn(NO3)2·6H2O（99.0%）和2-甲基咪唑（98%）从Sigma-Aldrich（美国）购买；壳聚糖（CS）的分子量范围从50到2000 kDa（50、100、300、700、1000或2,500 kDa）从浙江Golden-Shell生物有限公司（中国浙江）购买。氟化锂（LiF）、HCl溶液和单宁酸（TA）从上海Aladdin生物技术有限公司（中国上海）获得。Ti3AlC2（400目）粉末从
GelMA/CSMA生物墨水的合成、制备、表征和可打印性
GelMA、CSMA和GelMA/CSMA水凝胶的合成路线在补充图1中说明。通过FTIR和1H NMR光谱确认了GelMA和CSMA的成功合成（补充图2-5）。为了评估墨水性能，使用数字光处理（DLP）制造了圆柱形结构（4 mm × 4 mm），层厚为100 μm，每层曝光时间为18秒。可打印性图显示，随着GelMA含量的增加，可打印区域有所扩展
讨论与结论
在这项研究中，我们开发了一种多功能水凝胶系统（ZGC），通过高精度DLP 3D打印制成，其中包含了GelMA、CSMA和ZIF-8@TA@MXene（ZTM），以满足感染伤口修复的复杂需求。该水凝胶表现出更好的光热性能，在NIR照射（808 nm，1.2 W cm?2）下10分钟内温度迅速升高到约57°C，光热转换效率高达47.3%。这种热效应与Zn2?/MXene协同作用
CRediT作者贡献声明
Feng Cheng：概念化、形式分析、方法论、资金获取、项目管理、资源获取、监督、撰写原始草稿、撰写-审阅与编辑。Xiao Zhang：概念化、数据管理、形式分析。Jiliang Dai：数据管理、形式分析。Li Wang：软件、形式分析。Qingyun Wu：软件。Lay Kee Ang：软件。Hongbin Li：概念化、形式分析、方法论、资金获取、项目管理、资源获取、监督
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Feng Cheng：撰写——原始草稿、监督、资源获取、项目管理、方法论、资金获取、形式分析、概念化。Xiao Zhang：形式分析、数据管理、概念化。Jiliang Dai：形式分析、数据管理。Li Wang：软件、形式分析。Qingyun Wu：软件。Lay Kee Ang：软件。Hongbin Li：撰写——审阅与编辑、撰写——原始草稿、监督、资源获取、项目管理、方法论、资金获取
