基于姜的生物膜拮抗剂的可3D打印光敏树脂，适用于复杂的植入物设计，展现先进的多功能生物医学应用

《Advanced Materials》：Biofilm-Antagonist Ginger-Based 3D-Printable Photoresins for Complex Implant Designs Exhibiting Advanced Multifunctional Biomedical Applications

姜黄素衍生物3D打印材料的生物医学应用研究。摘要：本研究首次利用姜黄素（Zingerol）通过化学修饰合成三种光固化树脂（醚、酯、脲），结合DLP 3D打印技术制备了具有高分辨率复杂结构的多功能生物医学植入材料。实验表明，这些材料在热稳定性（250-450°C）、机械性能（模量2-200 MPa）和生物相容性方面表现出优异特性，且具有显著的抗菌和抗生物膜活性。此外，醚基材料（ZET）展现出优异的形状记忆性能，使其适用于微创手术和骨组织工程应用。体内实验证实，所有材料在植入后未引起严重炎症反应，且生物降解率与骨组织再生速率匹配。这些发现为个性化植入物的开发提供了新策略。

　　3D打印技术自问世以来，极大地推动了个性化药物输送系统和植入物的发展。这种技术能够制造出复杂且可定制的结构，从而在生物医学领域提供了前所未有的可能性。然而，尽管在设计和制造方面取得了进展，该技术在实际应用中仍面临诸多挑战，包括设计复杂性、宿主免疫反应、生物膜形成以及植入部位感染引发的炎症等。针对这些问题，研究人员首次提出了一种基于生姜成分的3D打印树脂，其化学修饰后的Zingerol（Zing-OH）可被用于数字光处理（DLP）3D打印，从而生产出高分辨率的复杂结构。

Zingerol是一种从生姜中提取的生物活性分子，具有抗氧化、抗炎和抗菌等特性。通过引入不同的功能基团（如醚、酯和尿素），研究人员成功合成了三种Zing-OH基树脂（ZET、ZES和ZUR），并评估了它们在不同条件下的性能。这些树脂的热、机械和生物降解特性可以根据其功能基团进行调整，使其适用于不同的生物医学应用。此外，这些树脂还表现出优异的形状记忆性能，能够模仿人类骨骼（如鼻软骨、牙槽骨、皮质骨和股骨）的机械特性，具有2至200 MPa的压缩强度，这使其在骨组织工程（BTE）领域具有广阔的前景。

为了进一步验证这些材料的生物相容性，研究人员还进行了体外和体内实验。体外实验显示，Zing-OH基树脂对人皮肤细胞（HaCaT）、肺细胞（BEAS-2B）和小鼠成纤维细胞（NIH-3T3）具有良好的细胞相容性。体内实验则在大鼠模型中进行，结果表明这些树脂在28天内未引发严重的炎症反应，显示了其良好的生物相容性。此外，Zing-OH基树脂还表现出显著的抗生物膜和抗氧化能力，这些特性使其在预防植入物排斥反应方面具有潜在价值。

在机械性能方面，ZET、ZES和ZUR的压缩强度和刚度分别达到了17.87 ± 1.12 MPa、188.19 ± 7.78 MPa和88.48 ± 7.44 MPa，其机械性能与多种人体骨骼和组织相似。这使得它们成为理想的骨植入物候选材料。同时，Zing-OH基树脂在降解过程中表现出良好的可控性，其中P-ZET的降解率在前30天较低，但随后逐渐稳定，达到约25%的降解率。这种降解特性为植入物提供了适应人体环境的可能。

在细胞形态学分析中，Zing-OH基树脂显示出对细胞行为的积极影响。在直接接触和间接接触的实验中，P-ZET、P-ZES和P-ZUR均能促进细胞增殖和排列，与对照组相比表现出相似的细胞形态。这些结果进一步证明了这些树脂在体外和体内均具有良好的生物相容性。此外，通过活/死染色和荧光显微镜分析，研究人员发现这些树脂在细胞接触时不会引发明显的细胞毒性，进一步支持其作为植入物材料的潜力。

在抗生物膜方面，Zing-OH基树脂显示出对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的显著抑制效果。通过扫描电子显微镜（SEM）分析，研究人员发现这些树脂能够破坏细菌细胞膜，增加其通透性，从而防止生物膜的形成。这一特性对于减少植入物相关的感染风险具有重要意义，尤其是在骨组织工程领域。

在体内实验中，研究人员评估了Zing-OH基树脂的生物相容性。在植入28天后，这些树脂未引发明显的炎症反应，表明其具有良好的体内适应性。同时，它们的机械性能在体内保持稳定，且未对周围组织造成显著的毒性影响。这些结果进一步支持了其在生物医学领域的应用前景。

总之，这项研究首次提出了一种基于Zingerol的3D打印树脂，其具有良好的生物相容性、机械性能和抗生物膜能力。这些树脂的特性使其成为个性化骨组织工程植入物的有力候选材料，为未来的生物医学应用提供了新的思路和可能性。