综述：3D打印金属有机框架基超分子水凝胶作为生物材料

这篇综述系统阐述了3D打印技术融合金属有机框架（MOFs）与超分子水凝胶的创新策略，重点探讨了其在伤口护理、骨再生、可穿戴电子和生物传感等生物医学领域的突破性应用。通过分析3D打印技术（如DIW、FDM、SLA）对MOFs-水凝胶复合材料的结构调控优势，揭示了其在可控药物释放、抗菌活性（如Ag+ /Zn2+ 离子递送）和机械性能强化（如ZIF-8/GelMA体系）中的协同效应，为下一代生物功能材料的开发提供了前瞻性指导。

　　

3D打印技术推动MOFs-水凝胶复合材料的生物医学革命

引言

生物材料领域正经历从传统合成材料到智能复合材料的范式转变。金属有机框架（MOFs）作为多孔晶体材料，由金属离子（如Zn²⁺
、Cu²⁺
）与有机配体构成，其比表面积高达7000 m²
/g，而超分子水凝胶通过氢键等非共价作用形成三维网络，两者结合可同时实现结构刚性与生物相容性。3D打印技术的介入，使得这类复合材料能精准构建仿生层级结构，为个性化医疗提供新范式。

3D打印技术的关键突破

直接墨水书写（DIW） 成为主流工艺，其采用剪切稀化凝胶墨水，可实现3-100 μm的空间分辨率。例如，含80 wt% ZIF-8的粘土/PVA墨水能直接成型，而HKUST-1甚至无需粘结剂即可打印。熔融沉积建模（FDM） 则通过热塑性 filaments 集成MOFs，但负载量限于10 wt%。立体光刻（SLA） 和选择性激光烧结（SLS） 凭借激光固化实现35-100 μm的高精度，特别适用于需微纳结构的骨支架。

功能特性的协同增强

• 机械性能：ZIF-8/海藻酸盐复合材料的拉伸强度提升453%，杨氏模量达152.3 kPa；
• 生物活性：Ag-MOFs释放的Ag⁺
  对金黄色葡萄球菌的抑制率超过90%，而Mg-MOF-74通过Mg²⁺
  释放促进成骨细胞分化；
• 刺激响应：Ce-MOFs在葡萄糖存在时发生荧光猝灭，可用于糖尿病伤口监测。

生物医学应用的四大方向

1. 伤口管理：Mg-MOF微针贴片通过穿透角质层递送Zn²⁺
   和抗生素，使糖尿病大鼠伤口21天内愈合；
2. 骨再生：载有BMP-2的ZIF-8/明胶支架促进骨质疏松模型中新骨体积增加40%；
3. 生物传感：Tb(III)-MOFs荧光凝胶可检测10^-9
   M级β-内酰胺类抗生素；
4. 脑机接口：导电MOFs水凝胶降低电极-组织界面阻抗，提升神经信号信噪比。

挑战与未来展望

当前瓶颈在于MOFs的长期体内稳定性评估及规模化生产成本控制。分子动力学模拟将助力预测材料降解行为，而多材料打印技术有望实现“诊疗一体化”器件。随着3D打印精度向纳米级迈进，这类复合材料或将在器官芯片、神经修复等领域开辟全新应用场景。