该文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

主要作者及研究机构

该研究的主要作者包括Yueqi Lu、Jie Xu、Ya Su、Huan Fang、Jiaqi Liu、Siyao Lv、Yuen Yee Cheng、Yi Nie、Wenfang Li、Bo Pan和Kedong Song。他们分别来自大连理工大学精细化工国家重点实验室、郑州新兴产业技术研究院、悉尼科技大学、潍坊医学院和大连医科大学第二附属医院。该研究于2023年发表在《International Journal of Bioprinting》第9卷第2期。

学术背景

皮肤是人体最大的器官，也是抵御外界伤害的第一道屏障。然而，皮肤在受到物理切割或化学腐蚀等伤害时容易受损，严重时甚至会导致慢性伤口，如糖尿病足溃疡（DFU），这些伤口难以愈合，可能引发截肢甚至死亡。传统敷料如绷带和纱布虽然能保护伤口，但缺乏吸收组织液的能力，且可能因粘连造成二次伤害。因此，开发具有优异抗菌活性和生物相容性的个性化伤口敷料成为迫切需求。水凝胶敷料因其湿润环境、类似细胞外基质（ECM）的结构特性以及避免二次伤害的滑弹性而备受关注。本研究旨在通过3D生物打印技术制备一种基于明胶（Gelatin）、海藻酸钠（Sodium Alginate, SA）、季铵化壳聚糖（Quaternized Chitosan, QCS）和多巴胺（Dopamine）的双交联水凝胶敷料，以实现抗氧化、抗菌和生物相容性的多重功能。

研究流程

研究分为以下几个步骤：

1. QCS的合成与表征
   首先，研究通过将壳聚糖（CS）与季铵基团进行改性，合成了QCS，并通过核磁共振（1H NMR）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）对其结构进行了表征。QCS的合成过程中，壳聚糖在乙酸中溶解，随后加入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵（GTMAC）进行反应，最终通过离心和沉淀获得QCS。QCS的取代度（DS）通过滴定法测定为63.31%。

2. GAQ生物墨水的制备
   将明胶、海藻酸钠和不同质量分数（0%、0.5%、1.0%、1.5%）的QCS混合，制备了GAQ生物墨水。通过流变学测试评估了墨水的温度敏感性、剪切粘度和粘弹性，结果表明GAQ1.5%具有最佳的打印性能。

3. GADQ水凝胶的3D打印
   使用生物打印机（Regenovo Biotechnology Co., Ltd.）进行3D打印，打印模型为30 mm × 10 mm × 2 mm的长方体。打印后的水凝胶通过EDC/NHS和Ca2+进行双交联，并接枝多巴胺，最终获得GADQ水凝胶。

4. 水凝胶的性能测试

   • 机械性能：通过拉伸测试和压缩测试评估水凝胶的力学性能，结果表明GADQ1.5%具有最高的拉伸模量（63.85 ± 9.95 MPa）。
     
   • 溶胀性能：水凝胶在PBS中的溶胀率测试显示，GADQ1.5%的溶胀率约为780%，表明其具有良好的组织液吸收能力。
     
   • 抗氧化性能：通过DPPH自由基清除实验评估水凝胶的抗氧化能力，GADQ1.5%的清除率超过70%。
     
   • 抗菌性能：通过平板计数法测试水凝胶对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌活性，GADQ1.5%对两种细菌的抗菌活性分别为91.06%和93.17%。
     
   • 生物相容性：通过L929成纤维细胞的培养实验评估水凝胶的生物相容性，结果表明GADQ1.5%支持细胞的高增殖率，培养7天后细胞存活率超过350%。

主要结果

1. QCS的合成与表征：成功合成了取代度为63.31%的QCS，并通过1H NMR和FT-IR验证了其结构。
   
2. GAQ生物墨水的流变性能：GAQ1.5%具有最佳的打印性能，其临界凝胶温度为24.14°C，剪切粘度在1000 s-1时低于1 Pa·s。
   
3. GADQ水凝胶的力学性能：GADQ1.5%的拉伸模量显著高于其他组，表明其具有优异的机械强度。
   
4. 抗氧化与抗菌性能：GADQ1.5%表现出显著的抗氧化和抗菌能力，能够有效清除自由基并抑制细菌生长。
   
5. 生物相容性：GADQ1.5%支持成纤维细胞的高增殖率，表明其具有良好的生物相容性。

结论

该研究通过3D生物打印技术成功制备了一种基于明胶、海藻酸钠、季铵化壳聚糖和多巴胺的双交联水凝胶敷料（GADQ1.5%）。该水凝胶具有优异的机械性能、抗氧化能力、抗菌活性和生物相容性，能够有效促进伤口愈合。此外，其个性化设计和快速吸收组织液的能力使其在临床应用中具有广阔的前景。

研究亮点

1. 创新性材料设计：通过引入季铵化壳聚糖和多巴胺，赋予水凝胶优异的抗菌和抗氧化性能。
   
2. 3D打印技术应用：利用3D打印技术实现水凝胶敷料的个性化定制，满足不同伤口的形状需求。
   
3. 多重功能整合：GADQ1.5%水凝胶在机械性能、抗氧化、抗菌和生物相容性方面均表现出色，是一种多功能伤口敷料。

其他价值

该研究为未来开发智能生物水凝胶支架提供了重要参考，并为4D打印技术的应用奠定了基础。此外，该水凝胶敷料的成功制备为慢性伤口治疗提供了新的解决方案，具有重要的临床应用价值。