《Advanced Materials Technologies》：Extrusion Bioprinting for Wound Healing: Innovations in Functionalized Bioinks and Bioprinting Technology
皮肤损伤与慢性伤口仍是重大的临床与社会经济负担，现有疗法包括敷料、移植物及工程化皮肤替代物，均无法完全复现天然皮肤的结构、功能与生物学复杂性。挤出式生物打印（EBB）已成为一种多功能生物制造平台，能够精准沉积由生物材料、细胞及生物活性因子组成的生物墨水，构建患者特异性、仿生皮肤结构。本文系统综述了EBB在伤口愈合领域的现有技术进展与前沿展望，涵盖打印策略、以天然生物聚合物为核心的生物墨水开发及先进构建体功能化策略。区别于既往文献，本综述深入系统地分析了多功能生物墨水与构建体功能化方法，包括抗菌体系、导电体系、压电体系及控释系统。通过将此类功能模块置于EBB特有的设计约束与生物学性能框架下，阐明了功能化策略如何主动调控伤口微环境并加速愈合进程。文章进一步整合了原位打印、多维（3D/4D/5D/6D）生物打印、机器学习辅助制造、EBB与微流控及静电纺丝的杂化平台，以及临床转化与商业化的最新进展。最后，讨论了从生物墨水优化到监管壁垒的现存挑战，并展望了智能、自适应及个性化生物打印策略的未来发展方向。
1 引言
皮肤是人体最大的器官，约占体重的15%，表面积达1.5–2 m2，承担着物理屏障保护、免疫防御、体温调节、感觉感知及维生素合成等关键功能。作为人体最外层组织，皮肤易受物理化学损伤、创伤及疾病侵袭，进而形成皮肤伤口。急性伤口通常可在短时间内通过正常愈合四阶段实现结构与功能的自我修复，但慢性伤口因糖尿病、慢性静脉/动脉功能不全、脊髓损伤及感染等因素，无法在三个月内正常愈合，已成为全球医疗系统的重大挑战。发达国家约1–2%的人口受慢性伤口困扰，且其患病率随人口老龄化及糖尿病、肥胖症发病率上升呈持续增长趋势。慢性伤口的形成源于愈合任一阶段的持续性异常：止血期凝血因子活性受损；炎症期细菌感染或生物膜形成、中性粒细胞持续存在及促炎型M1巨噬细胞向促愈合型M2巨噬细胞转化失败；增殖与重塑期血管生成减少、成纤维细胞增殖受限、纤维化形成及细胞外基质（ECM）重塑缺陷。这些病理改变不仅给患者带来剧烈生理疼痛，还引发焦虑、睡眠障碍及社会隔离等心理问题，严重降低患者及照护者的生活质量，重症病例甚至可导致死亡。在经济层面，美国每年慢性伤口管理成本约200亿美元，澳大利亚相关支出超35亿澳元，占国家医疗总支出的2%。因此，开发针对慢性伤口的创新治疗技术迫在眉睫。
传统慢性伤口疗法历经百年发展，涵盖系统性给药（如抗生素、抗体、多肽）、局部物理治疗（如电刺激、冲击波、超声）及局部药物递送（如抗菌剂、生长因子、基因材料）。皮肤移植作为创面缺损修复的金标准，面临供区短缺、自体/同种异体移植疼痛加剧及异种移植免疫排斥等局限。工程化皮肤等效物虽可替代移植物，但因缺乏汗腺、毛囊、色素单元及血管网络，疗效仍不理想。传统敷料疗法通过维持湿润环境、阻隔外界应激与病原体、提供细胞增殖与ECM沉积支架发挥作用，但仍存在敷料移除时粘连新生肉芽组织导致疼痛、氧渗透性不足及药物负载效率低下等问题。此外，上述疗法多为“一刀切”模式，难以适配慢性伤口病因、部位及患者健康状况的高度异质性，亟需定制化个性化治疗方案。
自1988年Klebe首次验证三维生物打印技术以来，该技术已发展为先进的生物制造手段，可实现生物材料、活细胞及生物活性分子的高精度层状沉积，构建三维仿生结构。其在慢性伤口管理中的核心价值在于能够制备具有复杂细胞架构的仿生皮肤替代物，提升移植疗效，同时可构建整合干细胞或生物活性因子的三维打印伤口贴片或敷料，加速愈合进程。相较于传统疗法，三维生物打印具备三大优势：一是制造精度高，可实现生物聚合物、活细胞及生物活性因子的预定位点沉积；二是支持患者个性化定制；三是可实现快速可重复制造，缩短患者等待时间，并具备原位应用潜力。在伤口愈合领域常用的四类生物打印技术（喷墨式、挤出式、激光辅助式及光聚合式）中，挤出式生物打印（EBB）因成本低廉、可通过多注射器系统打印多种负载不同细胞类型的生物墨水以构建皮肤等复杂组织，成为皮肤伤口护理领域的主导技术。EBB的基本原理是通过气动（加压气体）或机械（活塞或螺杆）力将生物墨水连续挤出喷嘴，随后在基底上层状沉积形成三维结构。除伤口愈合与皮肤再生外，EBB还广泛应用于骨、软骨、血管、心脏及角膜组织构建，体现了该生物制造技术的广泛适用性。自2010年代初以来，EBB已从概念验证发展为皮肤再生与伤口愈合领域最受关注的生物制造策略，2013至2025年相关出版物与专利数量呈强劲增长趋势，反映了该领域的快速发展与转化潜力。近年来，可打印生物材料、多材料沉积系统及原位生物打印技术的进步，进一步推动研究向临床相关伤口敷料与皮肤替代物迈进，工业界与监管机构的关注也凸显了EBB在个性化、规模化伤口护理解决方案中的新兴潜力。
尽管进展显著，用于伤口愈合的挤出式策略仍未得到充分系统的探索。现有综述多聚焦于细胞负载生物打印与皮肤替代物构建，侧重细胞组成、组织架构及皮肤组织工程策略，而对可主动调控伤口微环境、提升治疗效果的多功能生物墨水与构建体工程策略关注不足。现有综述倾向于泛化概述生物打印模态，忽视了挤出式系统特有的材料考量与转化挑战，尤其缺乏将EBB技术与抗菌、导电、生物活性等功能化生物墨水创新，及其与微流控、静电纺丝等互补平台的融合进行整合讨论。此外，关于可扩展性、监管视角及商业化路径的全面分析仍十分有限，阻碍了实验室成果向临床实践的转化。
本综述构建了EBB用于伤口愈合的现状框架，明确其临床潜力并指明未来研究方向，以加速从实验室到临床的转化。首先总结了应用于伤口愈合的EBB技术，重点阐述其工作原理、优劣势及各技术对生物墨水的特定要求。其次讨论了以天然生物聚合物为核心的生物墨水配方，因其具备良好的生物相容性、生物降解性及在皮肤组织工程中的广泛应用基础。本综述的核心特色是对先进生物墨水与构建体功能化策略的深度解析，包括抗菌功能化、导电与压电材料整合以模拟或增强内源性生物电信号，以及生物活性因子控释系统设计。随后探讨了EBB的前沿技术进展，如原位应用、与微流控及静电纺丝等生物制造平台的整合。文章还评估了生物打印支架用于伤口愈合的临床转化与商业化进展。最后，批判性讨论了现存挑战，并提出旨在推动智能、自适应、个性化生物打印皮肤构建体发展的未来方向，以服务于再生伤口护理。
2 用于伤口愈合的3D挤出式生物打印技术
当前挤出式3D生物打印可根据挤出喷嘴设计与沉积基底分为四大类：直写成型（DIW）、凝固浴辅助打印、悬浮水凝胶自由可逆嵌入打印（FRESH）及同轴打印。这些技术的开发主要源于现有生物材料交联方式的局限性，理想的交联过程需兼具快速性与细胞相容性，以保障打印结构的结构完整性并防止挤出材料坍塌。
2.1 直写成型
直写成型（DIW）是伤口愈合领域应用最广的3D挤出式生物打印技术，依赖具有高剪切稀化特性的高黏度生物墨水的挤出。生物墨水在剪切力作用下通过针尖时呈液态流动，撤去外力后在打印平台上快速转变为自支撑凝胶态。该方法的打印性能主要由生物墨水的本征流变特性决定，包括黏度、剪切稀化行为、屈服应力及恢复性。成功打印要求墨水黏度低至可顺利挤出且无喷嘴堵塞，同时高至能防止打印结构铺展或坍塌。剪切稀化特性源于聚合物链在剪切速率下的分散、解缠结及沿流动方向的重排，该特性不仅保障丝状结构的平滑沉积，还可减少过高剪切应力对封装细胞的膜损伤。屈服应力是诱导生物墨水流动所需的最小应力，较高的屈服应力有利于维持打印后结构的形状完整性，但过高的屈服应力会增加挤出所需压力，可能导致细胞活性下降。生物墨水的流变行为可通过调整墨水组分或多组分生物聚合物共混进行调控，但这一过程需反复流变测试与打印优化，耗时较长。打印前通过物理（如Ca2+离子交联）或化学（如希夫碱反应）方法对墨水组分进行预交联，可为打印水凝胶提供临时结构支撑，同时保持剪切稀化特性，打印后结构可进一步交联以实现长期稳定性。除打印精度与结构完整性要求外，生物墨水配方的流变特性还需满足细胞学需求，即在保护封装细胞免受高剪切应力损伤的同时，支持其增殖与分化。
2.2 凝固浴辅助打印
凝固浴辅助打印是将生物墨水注入可促进快速凝胶化的凝固浴中，凝胶化通过物理、化学或酶促机制实现。常见的凝胶化机制包括聚合物溶液挤入非溶剂浴时的溶剂/非溶剂双向扩散诱导快速凝胶化，以及胶原纤维在模拟生理环境中的原位自组装。该方法对生物墨水的流变要求较低，为生物材料选择提供了更大灵活性。但其仍面临多重挑战：预凝胶化导致的针头堵塞、层间黏附不足、沉积丝线不受控漂浮及打印过程中的湍流，这些问题共同降低了打印结构的可重复性与尺寸保真度。
2.3 悬浮水凝胶自由可逆嵌入打印
悬浮水凝胶自由可逆嵌入打印（FRESH）是一种创新技术，通过采用临时性、全域存在的支撑框架，将生物墨水的凝胶时间与交联方式同打印分辨率解耦。其核心是将生物墨水挤入充满支撑材料的浴槽中，技术难点在于设计既能稳定打印结构又能允许挤出针头自由移动的支撑浴。支撑材料需表现出屈服应力或宾汉塑性行为：在低于屈服应力阈值时呈固态，超过阈值时转变为液态以允许针头移动与生物墨水挤出，针头移除后支撑浴快速重新固化，固定挤出材料位置，抵消重力影响。支撑浴通常由含有大量软颗粒的颗粒或胶体介质构成，卡波姆凝胶与κ-卡拉胶是常用的支撑材料。FRESH的独特机制不仅解决了软质低黏度生物墨水的打印难题，还因生物墨水的“全向”沉积能力，可实现复杂形状构建体的制备。但该技术的主要局限在于支撑材料去除过程中打印几何结构可能发生形变。
2.4 同轴打印
同轴打印技术基于两个或多个同心排列的生物材料流股同步挤出，制备具有核壳结构的打印丝线。其核心部件为包含同轴外针与内针的挤出喷嘴。核层材料通常负载活细胞、生长因子或治疗药物的水凝胶；壳层材料则由水凝胶或交联剂构成，提供机械支撑、诱导针尖处生物墨水凝胶化或作为核层内容物的保护屏障。由于核壳材料黏度差异，需对单个针头的挤出速率进行独立调控，通过调整流速与沉积速度可精确调控纤维尺寸。同轴打印的优势在于可结合不同水凝胶或其交联剂，拓展了可打印墨水范围，同时可在打印过程中实现生物墨水的快速细胞友好型凝胶化。该技术在血管化构建体制备、天然组织结构复现及先进药物递送系统设计中具有重要应用价值。
3 伤口愈合应用中3D挤出式生物打印的天然聚合物
多种天然或天然来源的生物聚合物已被用于制备伤口治疗的挤出式生物墨水，包括藻类提取的藻酸盐（ALG）、动物或微生物合成的胶原蛋白（Col）、明胶（Gel）、透明质酸（HA）、纤维蛋白及壳聚糖（CS），以及植物源纤维素及其衍生物。这些天然聚合物在皮肤伤口愈合的各阶段发挥多重关键作用：纤维蛋白在止血期诱导凝血，预防出血；HA与CS在炎症期通过抗炎特性减轻过度炎症反应；ALG、HA及纤维素衍生物凭借优异的保水性与溶胀行为促进伤口渗出液吸收，维持湿润环境，既促进细胞增殖迁移，又降低过度湿润环境下的细菌感染风险；Col作为ECM主要成分，在重塑期引导成纤维细胞沉积新胶原，促进组织结构修复。此外，天然聚合物还可通过固有抗菌特性抑制创面感染，作为生长因子载体加速细胞增殖与组织再生，并通过调控细胞行为与生长因子表达促进血管生成。尽管天然聚合物对伤口愈合有益，但单一组分通常力学性能不足，难以满足生物制造需求，因此常通过物理共混或化学/酶促交联制备多组分生物墨水，以获得适宜皮肤再生的力学性能。
4 伤口愈合的先进生物墨水功能化策略
本节系统综述了伤口愈合多功能生物墨水设计的最新进展，重点聚焦赋予抗菌性能、模拟与放大内源性生物电信号、实现生物活性因子控释三类策略。EBB不仅是制造平台，更为上述多功能伤口构建体的工程化提供了独特优势：包括生物活性材料的空间精准沉积、与高黏度细胞负载生物墨水的兼容性、多材料整合能力及架构可定制化。这些能力支持制备可主动调控伤口微环境、加速个性化伤口修复的高级治疗性水凝胶敷料。
4.1 赋予生物墨水体系抗菌性能
感染是伤口护理中最关键的并发症之一，常导致愈合延迟、慢性炎症甚至全身感染。传统敷料难以有效预防或控制微生物定植，因此具备固有抗菌活性的高级伤口敷料需求迫切。EBB为抗菌伤口构建体的工程化提供了多重优势：可实现抗菌剂的精准空间掺入、多材料整合及支架架构定制化，从而在伤口部位实现局部抗菌活性，最小化不必要的药物暴露。抗菌策略主要分为三类：抗菌剂掺入、生物墨水组分表面功能化、抗菌光/声激活疗法。
4.1.1 抗菌剂掺入
物理共混抗菌剂是最常用的策略。抗生素（如环丙沙星、吲哚美辛、杆菌肽、阿莫西林、多西环素）已被广泛用于3D生物打印伤口敷料，但抗生素耐药菌的快速涌现要求开发可保留抗耐药菌株效力且降低耐药风险的替代策略。金属与金属氧化物是重点研究方向，银（Ag）、锌（Zn）应用最为广泛，铈（Ce）、镓（Ga）、硒（Se）等稀有金属的研究热度也在上升。例如，铈基金属有机框架（MOF）水凝胶可通过铈介导的生物膜胞外DNA水解实现高效抗菌。氧化锌（ZnO）纳米颗粒因尺寸、形貌与纳米结构可调，抗菌性能优异，但纳米颗粒穿透生物膜的潜在风险引发了长期安全性担忧。天然产物提取物富含多样生物活性成分，可通过多靶点机制发挥抗菌作用，降低耐药风险，如丁香精油、黄连木提取物、姜提取物、姜黄素及百里香精油等。抗菌聚合物如壳聚糖与壳寡糖，作为生物墨水主要组分时可同时提供固有抗菌性能与良好生物相容性。噬菌体疗法作为新兴策略，通过选择性感染并裂解细菌，且不损伤哺乳动物细胞，展现出作为生物活性抗菌添加剂的潜力。
4.1.2 生物墨水组分表面功能化
表面功能化是赋予3D生物打印构建体抗菌功能的有效途径，可分为打印前生物聚合物表面改性与打印后构建体表面处理。物理吸附是最简便的方法，依赖抗菌剂与生物材料表面的非共价相互作用，如四环素盐酸盐通过氢键与生物聚合物官能团结合，铜离子（Cu2+）、锌离子（Zn2+）、镓离子（Ga3+）等金属离子既可充当离子交联剂，又可作为高效抗菌剂。共价结合策略可提供更稳定的抗菌功能，如ε-聚赖氨酸通过化学接枝实现与羧甲基纤维素的共价交联，获得持久抗菌活性的可打印仿生水凝胶。阳离子化修饰是另一重要策略，通过引入带正电荷基团增强与带负电细菌膜的静电吸引，季铵盐基团因可赋予聚合物稳定正电荷而被广泛应用，季铵化壳聚糖基敷料对金黄色葡萄球菌与大肠杆菌的抗菌效率可达91%以上。
4.1.3 抗菌光/声激活疗法
光热疗法（PTT）、光动力疗法（PDT）与声动力疗法（SDT）作为新一代抗菌 modality，因广谱高效、微创、起效快、不良反应少及不易诱导耐药等优势备受关注。这些疗法依赖光热剂、光敏剂或声敏剂在外源性物理刺激（光或超声）激活下，通过热消融或活性氧（ROS）生成破坏细菌膜结构、变性蛋白并干扰代谢过程。PTT利用光热剂将近红外光转化为局部热量实现杀菌，但高温可能引发蛋白质变性与组织损伤，需开发低温高效的协同策略。PDT通过光敏剂在光照下与分子氧反应生成单线氧、超氧阴离子、过氧化氢及羟基自由基等ROS，氧化损伤细菌组分，其短半衰期与有限扩散距离保障了高空间选择性。SDT利用低强度超声的组织穿透优势（>10 cm），声敏剂在超声作用下不仅生成ROS，还通过空化效应与机械效应破坏生物膜、增强膜通透性及促进敏化剂摄取。压电材料的引入可通过超声诱导压电催化效应进一步提升ROS生成效率。三种疗法机制互补，与常规抗菌剂联用可产生协同效应，共同破坏细菌膜结构、增强通透性、瓦解生物膜，提升抗菌效能。
4.2 赋予模拟与放大伤口内源性生物电的能力
生物电信号通过调控细胞迁移、增殖、血管生成及组织再生，在皮肤伤口愈合中发挥关键作用。皮肤损伤后内源性上皮电位破坏产生的侧向电场可引导修复过程的细胞响应，因此通过外源性电刺激（ES）或电活性生物材料模拟、增强或维持这些生物电信号的策略在伤口治疗中备受关注。EBB通过精准空间分布导电与压电材料、多材料整合及不规则创面几何适配，成为制备可模拟天然组织电学特性并提供局部电刺激的“活性”敷料的核心技术。
4.2.1 皮肤内源性生物电作为设计蓝图
电活性生物打印伤口构建体的设计以人皮肤内源性生物电为基础，皮肤固有电导率范围为10?4mS cm?1至2.6 mS cm?1。表皮层的基底侧电位高于顶端侧，形成约10–60 mV的跨上皮电位（TEP），主要由极化上皮细胞定向不对称转运离子产生：Cl?经顶端质膜排出，Na+经基底侧Na+/K+-ATP酶泵入。紧密连接形成的电阻屏障有助于TEP的生成与维持。皮肤损伤后表皮屏障破坏，TEP短路，带电离子从损伤上皮细胞泄漏，使伤口区域相对于周围正常皮肤表现为阴极，形成150–200 mV/mm的指向创缘的内源性电场（EF），进而诱导从邻近未损伤皮肤流向创面中心的低强度电流。该损伤电流以Cl?与Na+为主要载体，不仅启动愈合过程，且持续存在直至愈合完成。其通过提供方向线索引导皮肤细胞向损伤部位迁移，调控趋化、增殖与分化等细胞活动。EBB旨在通过构建可维持离子流或提供导电通路以在整个重塑过程中维持EF的支架，复现这一生物学蓝图。
4.2.2 外源性电刺激的治疗原理
基于内源性生物电的作用，外源性ES被广泛用于模拟或放大天然伤口电场。ES通过置于伤口附近或直接贴敷于伤口的一对电极施加电流，根据电流（或电压）方向可分为单向电流（直流、单相或双相脉冲电流）与双向电流。单向电流极性恒定、电荷不平衡，可模拟内源性伤口电场，但长时间应用可能因热效应造成皮肤损伤；双向电流极性交替，可减轻热效应、降低侵入性并减少不良反应。外源性ES在伤口愈合四阶段均发挥有益作用：止血期促进血小板活化与凝血酶原标记物表达；炎症期早期促进巨噬细胞、淋巴细胞与中性粒细胞募集，增强吞噬作用与细胞因子释放，后期降低肥大细胞数量与促炎因子水平，同时具备抗菌效应、改善血流与组织氧合；增殖期促进成纤维细胞增殖与胶原分泌、引导上皮细胞迁移与定向排列、上调血管内皮生长因子（VEGF）表达以促进血管生成；重塑期限制人真皮成纤维细胞的纤维化活性及肌成纤维细胞转化，减少瘢痕形成。传统ES设备体积庞大、便携性差，限制了临床应用，纳米发电机（NGs）作为自供电系统，可将机械运动转化为电能，具有微型化、便携、柔性、低成本及高安全性优势，其中压电纳米发电机（PENG）与摩擦纳米发电机（TENG）最具应用潜力。但现有电极基ES疗法仍存在电场覆盖不均、组织阻抗高、电极腐蚀等局限，导电水凝胶作为解决方案，可填充不规则创面，实现电流的全创面传导，结合EBB可制备具有可控空间分布与电导率的电活性构建体，提供局部电学线索调控细胞行为。
4.2.3 伤口愈合中的导电与压电生物墨水
EBB与电疗的结合主要通过两类途径实现：一是打印导电可打印水凝胶并结合外源性ES；二是打印压电或摩擦电墨水，自释放持续电流以模拟并增强内源性生物电。导电填料基生物墨水通过渗流理论实现导电功能：当填料浓度达到渗流阈值时，导电网络形成，电导率显著提升，同时填料还可改善生物墨水的流变特性，提升打印保真度。碳基导电填料中，石墨烯凭借优异的电学与力学性能被用于导电生物墨水；氧化石墨烯（GO）因含氧官能团改善了亲水性与分散性，常与光热效应结合用于多功能支架；还原氧化石墨烯（rGO）电导率更高，兼具ROS清除能力与光热特性。金属基导电填料以银纳米线（AgNW）为代表，可提供高电导率与抗菌活性，与外源性ES联用可协同促进伤口愈合。导电聚合物基生物墨水中，聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸)（PEDOT:PSS）因高电导率、电化学稳定性、水分散性与生物相容性成为研究热点，可增强支架导电性并降低阻抗，结合ES促进成纤维细胞定向迁移与增殖。生物离子液体（Bio-ILs）作为新型导电组分，以天然来源的阴阳离子构建，兼具离子导电性与生物相容性，胆碱基类Bio-ILs因可代谢为无毒产物被广泛应用，其与明胶甲基丙烯酰（GelMA）等生物聚合物的化学接枝可制备兼具组织黏附性与高导电性的生物电子墨水。压电生物墨水以聚偏氟乙烯（PVDF）为代表，通过α相向β相的转变获得高压电响应，与海藻酸盐（ALG）共混并结合氧化锌（ZnO）纳米颗粒改性，可同时改善亲水性、溶胀能力与压电性能，在伤口渗出液溶胀与皮肤摩擦双重刺激下产生生物电流，促进成纤维细胞迁移并抑制瘢痕形成。
4.3 实现生物活性因子从生物墨水体系的控释
3D生物打印支架通过提供仿生微环境促进细胞募集、黏附、增殖与分化，加速皮肤再生，而治疗性因子的掺入可进一步增强疗效。生物打印伤口构建体作为生物活性分子的储库，可维持其稳定性与功能，并实现时空可控释放，包括长效缓释、序贯释放与按需释放，从而优化治疗效能、最小化副作用。控释策略主要包括纳米载体包封、同轴打印核壳结构、刺激响应释放及化学偶联。
4.3.1 纳米载体包封
纳米载体包封可解决生物活性分子与支架不相容的问题，提高生物相容性，提供可控长效释放，并保护封装因子免受伤口蛋白酶降解。聚合物纳米载体（如壳聚糖纳米颗粒）可改善疏水性药物的溶解性，实现缓释；脂质纳米载体包括脂质体、尼奥osomes、固体脂质纳米颗粒（SLN）与纳米结构脂质载体（NLC），可同时负载亲水与疏水药物，其中脂质体作为TGF-β1受体抑制剂SB431542的载体，可实现7天内的缓慢持续释放，抑制病理性胶原沉积，促进无瘢痕愈合。
4.3.2 同轴打印核壳结构掺入
同轴EBB可直接制备具有空间分隔腔室的核壳丝线，核层主要作为治疗剂储库，壳层可负载不同生物活性因子、保护内核物质并调控释放动力学。通过核层加载慢释放因子、壳层加载快释放因子，可实现多治疗剂的时序释放。核壳结构与纳米载体结合可进一步优化控释，如脂质体包封的百里香精油加载于核层，游离精油加载于壳层，可实现48小时内的爆发释放以快速灭菌，随后核层脂质体的持续释放以维持10天内的抗菌活性。
4.3.3 刺激响应释放
刺激响应释放可根据伤口微环境特征（如pH、葡萄糖水平、基质金属蛋白酶（MMP）活性）或外源性刺激（如近红外光、紫外光、可见光、ES）实现按需给药。pH响应系统利用磷酸钙纳米颗粒在碱性条件下稳定、酸性条件下溶解的特性，实现感染伤口碱性环境下的靶向抗菌释放。光响应系统通过修饰四足氧化锌（t-ZnO）微颗粒，实现可见光触发血管内皮生长因子（VEGF）的可控释放，促进血管生成。电响应系统利用铁酸铋（BFO）纳米颗粒的铁电特性，在温和ES下调控支架孔隙率与药物释放速率。为实现按需释放与长效缓释的结合，可通过聚己内酯（PCL）与聚多巴胺（PDA） sequential涂层构建核壳纤维支架，疏水性PCL层抑制水凝胶溶胀与无控扩散，PDA涂层赋予光热响应性，在近红外光触发下实现长达两周的可控药物释放。
4.3.4 与生物打印支架的化学偶联
化学偶联克服了物理吸附释放周期短、生长因子利用率低的局限，通过温和交联条件保持生长因子结构与活性。治疗性肽可直接共价交联至GelMA/透明质酸甲基丙烯酰（HAMA）支架，实现超过15天的持续释放。生长因子可通过丙烯酸酯修饰后与ALG/硫酸软骨素甲基丙烯酰支架光交联，保持生物活性。肝素作为中间连接体，可通过其肝素结合域 sequestration并保留VEGF等生长因子，延长释放周期至21天。人弹性蛋白样多肽（HELP）作为另一种中间连接体，可通过重组技术融合表皮生长因子（EGF），并利用其对弹性蛋白酶的敏感性实现炎症环境下的刺激响应释放。
5 伤口愈合应用的挤出式生物打印前沿技术
5.1 挤出式生物打印技术前沿
5.1.1 原位生物打印
原位生物打印（又称体内或术中生物打印）将活细胞、生物材料及生物活性因子直接沉积于损伤部位，利用宿主微环境作为天然生物反应器，避免了体外操作带来的污染风险，提升细胞活力与组织整合效率。机器人辅助原位生物打印通过集成医学影像实现实时移植物设计，可制备解剖适配的多层结构，如INSIGHT系统通过深度相机与6自由度机械臂实现复杂创面的实时识别与多材料精准沉积。手持式生物打印机体积小巧、便携、易消毒，无需术前成像即可在曲面或不规则创面上操作，通过集成紫外固化、离子凝胶化或酶促交联模块，实现细胞负载构建体的即时沉积，部分设备还可适配机械臂，兼顾手动灵活性与自动化精度。
5.1.2 4D/5D/6D生物打印
4D打印在3D打印基础上引入时间维度，使静态结构可响应环境刺激发生形状或功能转变，刺激类型包括温度、湿度、光、电场、pH、酶活动等。4D生物打印可实现伤口敷料的形状自适应，如藻酸盐/聚多巴胺（PDA）基构建体可响应脱水与近红外激光发生程序化形变，聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAAm）基构建体可响应温度实现膨胀-收缩循环，调控药物释放。5D打印通过五轴运动系统实现弯曲轨迹的材料沉积，制备的曲面结构力学性能较传统3D打印提升3–5倍。6D生物打印整合5D打印的几何精度与4D打印的刺激响应功能，旨在构建可实时适应伤口微环境的动态曲面结构，但目前仍处于早期探索阶段，面临成本高昂、校准复杂及智能响应材料开发等挑战。
5.1.3 机器学习辅助生物打印
机器学习（ML）作为人工智能的分支，可优化生物打印全流程。预处理阶段，ML可实现伤口图像的语义分割与三维重建，如AiD Regen系统通过注意力增强DeepLabv3卷积神经网络（CNN）精准分割伤口边界，自动生成3D模型与G代码；打印阶段，ML可通过图像分析算法高通量筛选最优打印参数，如AI-HTPCSS系统可自动识别打印图案的形状、尺寸与均匀性，关联打印参数以优化支架性能，还可实现打印过程的原位监测与实时轨迹校正；后处理阶段，ML可支持伤口状态的智能监测，如基于CNN的模型通过水凝胶比色信号实现94.47%的感染诊断准确率，指导个性化伤口管理。未来ML还可整合至细胞迁移预测、组织成熟优化等环节，推动生物打印向智能化发展。
5.2 挤出式生物打印与先进生物制造技术的融合
5.2.1 微流控技术
微流控（MF）技术可在纳升至皮升级别精准操控流体，与EBB整合后可提升打印精度与均匀性，实现异质组分的多重沉积，同时通过鞘流稳定核流降低挤出过程中的剪切应力，保护细胞活性。MF辅助打印头可制备中空纤维支架，促进血管新生与皮瓣再生；手持式打印机的微流控芯片可实现皮肤细胞或生物材料片层在呼吸运动等动态创面上的精准沉积。液滴微流控可制备尺寸均一的微凝胶，作为新型生物墨水组分，其优异的剪切稀化行为与结构恢复性提升了打印性能，同时微凝胶内部的强共价网络保护了封装细胞。
5.2.2 静电纺丝技术
静电纺丝可制备模拟天然ECM的超细纤维，具有高比表面积与良好的细胞相容性，但存在高压有机溶剂损伤细胞、难以构建三维多孔结构等局限。与EBB整合可优势互补：EBB提供宏观架构与细胞负载能力，静电纺丝提供纳米级ECM模拟环境。常见整合策略包括分步组装与一体化制造。分步组装可制备双层或三层不对称支架，如外层为静电纺丝疏水纳米纤维膜，提供屏障功能；内层为EBB水凝胶，提供细胞浸润与增殖的微环境。一体化制造以熔融电写（MEW）与溶液电写（SEW）为代表，MEW通过加热聚合物熔融后施加电场拉伸成丝，可实现微米级精度的纤维沉积，但高温限制其直接细胞封装能力；SEW采用聚合物溶液为进料，可在优化条件下实现细胞负载水凝胶的连续无珠状纤维沉积，兼具结构精度与生物学相关性，是极具潜力的高精度细胞负载生物打印平台。
6 生物打印支架用于伤口愈合的临床应用与商业化进展
目前大量体内研究已在小鼠、大鼠及猪模型中验证了生物打印支架对全层皮肤缺损、糖尿病伤口、部分厚度烧伤及感染性烧伤的治疗效果，但临床转化仍有限。现有临床研究多为小规模病例报告或试点试验，主要采用最小操作细胞外基质（MA-ECM）与自体最小操作同源脂肪组织（AMHAT）为生物墨水，通过Dr. INVIVO挤出式生物打印机（ROKIT，韩国）制备。临床数据显示，AMHAT支架治疗慢性糖尿病足溃疡（DFU）的平均完全上皮化时间为32.20±23.86天，AMHAT/纤维蛋白凝胶复合支架在12周内可实现70%患者的完全愈合，PCL/壳聚糖/胶体银复合打印敷料可在3个月内实现DFU完全愈合。尽管临床结果积极，但目前尚无生物打印敷料或皮肤替代物上市，现有商用人工皮肤产品多采用传统生物制造工艺。短期内，用于化妆品与药物筛选的3D生物打印皮肤模型因监管与规模化门槛较低，更具商业化可行性，欧莱雅、宝洁等企业已在该领域布局多年。随着技术发展，生物打印伤口敷料与皮肤构建体的临床转化需清晰的监管框架，目前FDA与ISO虽发布了增材制造相关标准，但针对生物细胞产品的专项指南仍待完善，需更多长期临床研究为循证监管提供依据。
7 结论与未来展望
EBB已成为皮肤组织工程与再生伤口护理的变革性平台，通过细胞、生物材料及生物活性分子的精准空间沉积，复现天然皮肤微环境。先进生物墨水与控释系统的开发实现了治疗因子的精准按需释放，抗菌、免疫调节与电活性功能的整合进一步提升了治疗效能。从3D到4D/5D/6D打印的技术演进，为构建动态、解剖精准及刺激响应的构建体提供了可能。机器学习与先进生物制造平台的整合，推动了生物打印向智能化、自动化与个性化方向发展。尽管前景广阔，临床转化仍面临高成本、设备复杂、监管壁垒及生物墨水性能平衡等挑战。未来研究应聚焦多响应智能生物墨水开发、多维打印技术优化、机器学习驱动的预测性设计、原位即时生物打印推广及系统性临床验证，最终通过材料科学、工程精度与生物学功能的融合，实现完全生物打印的个性化皮肤再生，革新再生伤口护理范式。
