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针对上述问题，四川大学周加境研究员与香港中文大学李中教授合作，开发了一种顺利获得嵌入式生物打印技术制造的生物活性面膜系统，作为个性化修复深度烧伤的概念验证。该面膜利用天然微藻的光合作用和抗菌作用，能精准贴合不规则创面，持续供氧、清除自由基，促使大鼠深二度烧伤在14天内恢复96%的皮肤结构。该文章于2025年09月04日以《Precision Bioprinted Living Facial Mask for Deep Burn Wound Repair》为题发表于《Advanced Functional Materials 》（DOI：10.1002/adfm.202515705）。

（1）BFM 的制备、打印效果及烧伤创面愈合机制

顺利获得面部扫描与嵌入式打印制备含微藻、生物活性离子及胶原蛋白的生物活性面膜（BFM）用于个性化深度烧伤修复（图1a）；经面部扫描构建模型，在支撑浴中打印含小球藻的海藻酸盐生物墨水（图1b、c），Ca²⁺原位交联后释放并负载亚硒酸盐、锌离子及胶原蛋白。该定制敷料可精准适配患者伤口形貌，体内外实验表明其具生物相容性，可顺利获得微藻产氧及负载活性成分促进细胞增殖迁移、抑制炎症（图1d）。

图1 BFM 系统的制备、打印效果及烧伤创面愈合机制。（a）BFM 的制备及其作为皮肤修复面膜的应用示意图；（b）负载 CZ 的海藻酸盐基生物墨水顺利获得嵌入式打印的实物图；（c）在微凝胶支撑浴中顺利获得嵌入式打印制备的 BFM 实物图；（d）BFM 治疗大鼠烧伤创面愈合的示意图

（2）BFM 的制备与表征

制备适配不规则伤口的生物活性面膜（BFM）需精准地形重建与治疗功能整合，嵌入式3D打印因适配活体生物墨水系统被采用；含明胶微球的支撑浴具剪切变稀与剪切恢复特性，可给予稳定打印支撑（图2a）。评估不同喷嘴尺寸（0.24、0.34、0.46 mm）与海藻酸盐浓度（1%、2%、3%）下生物墨水的纤维直径（图2b），确定2%为最优海藻酸盐浓度；该微凝胶浴可为低粘度海藻酸钠生物墨水给予充足支撑，浴中Ca²⁺同步交联生物墨水以稳定高分辨率打印结构，且微藻分布均匀（图2c、d）。经微凝胶浴中Ca²⁺原位交联后，将浴温升至37℃使明胶相变为液体即可回收面膜；该方案制备的血管样结构管壁完整、灌注无泄漏，证明嵌入式3D打印的精准尺寸控制（图2e）。生物打印后小球藻（CZ）细胞活力从92.2±0.6%轻微降至89.3±1.6%，叶绿素含量维持高水平（图2f）；CZ细胞因高活力与优产氧能力被选用；扫描电镜与光学显微镜结果证实微藻细胞形态完整且在水凝胶中分布均匀（图2g、h）。为提升治疗效果，将胶原蛋白、SeO₃^2-、Zn²⁺整合入BFM系统：胶原蛋白模拟细胞外基质以支持细胞黏附、迁移、增殖并加速伤口愈合；具抗氧化性的SeO₃^2-顺利获得中和自由基保护组织、促进愈合，基于文献与实验结果选定10μm为最优浓度；Zn²⁺因可促进上皮再生、调节炎症、抗菌，且与海藻酸盐交联亲和力强、生物相容性优、成本低被选用，选定10mm为后续实验浓度。将回收的面膜浸入含10μm SeO₃^2-、10mm ZnCl₂、400μg/mL低分子量胶原蛋白的溶液中负载治疗剂并进一步交联，所得面膜地形结构完整、表面均匀；药物释放曲线显示5分钟内药物释放率超95%，证明治疗剂高效释放（图2i、j）。顺利获得手持面部扫描仪扫描个体面部重建具多样面部特征的个性化面部模型（图2k），进而制备全尺寸个性化BFM，其可复刻受试者面部轮廓（图2l、m）。该平台为制备具优异适配性与治疗潜力的个性化敷料给予可能，尤其适用于伤口愈合与组织工程。

图2  BFM 的制备与表征。（a）明胶微凝胶的流变曲线；（b）负载 CZ 的生物墨水顺利获得嵌入式打印取得不同直径细丝的荧光图像；（c）BFM 的 3D 荧光图像；（d）BFM 的荧光分布；（e）含 CZ 生物墨水打印分支血管的灌注性能；（f）BFM 嵌入式打印前后 CZ 的细胞活力；（g）生物打印前后 CZ 的显微镜及 SEM 图像；（h）BFM 的 SEM 图像；（i）BFM 对胶原蛋白、（j）SeO3²⁻的时间依赖性吸附与释放曲线；（k）受试者面部扫描过程；（l）BFM 重建模型（上）及生物打印定制化面膜（下）的多视角图；（m）BFM 应用于受试者的实物图

（3）BFM清除ROS，细胞迁移和细胞增殖

深度烧伤因局部缺氧及慢性炎症导致真皮修复困难，相关体外实验显示：悬浮小球藻（CZ）与含CZ海藻酸盐水凝胶（SA/CZ）均可顺利获得光合作用产氧（8 mg·L^-1），无藻对照组氧含量无明显提升（图3a）；生物活性面膜（BFM）中负载的SeO₃^2-因抗氧化性提升DPPH清除效果，CZ在光照下产生的光合代谢产物也具强抗氧化作用（图3b）。Transwell共培养体系（细胞接种于下室，BFM置于上室并光照，图3c）的H₂O₂诱导氧化应激实验表明，H₂O₂处理组细胞经DCFH-DA染色呈明显绿色荧光（高活性氧水平），而BFM处理组荧光微弱（图3d）；SeO₃^2-与低分子胶原蛋白协同作用，CZ、生物活性离子及小分子胶原蛋白的组合可协同缓解氧化应激，使细胞活性氧水平显著降低并维持在对照组的91.4±1.0%（图3e）；DPPH实验与细胞活性氧实验结果存在微小差异，源于前者检测纯化学环境中自由基清除能力，后者反映复杂生物环境中的多机制作用。BFM处理可使巨噬细胞显著向抗炎M2表型转化（CD206上调、CD86下调），表达率达96.9±1.3%，具优异的巨噬细胞极化调控及炎症微环境缓解能力。划痕实验（模拟创伤区细胞迁移，图3f）显示，48 h时BFM组细胞迁移率为91.4±1.0%，显著高于其他组（图3g）；细胞增殖实验证实，5天后BFM组细胞增殖率达135.3±2.5%，可持续促进细胞分裂与组织再生（图3h），表明SeO₃^2-、Zn²⁺、胶原蛋白及CZ可有效促进损伤区成纤维细胞迁移，加速上皮化与伤口愈合。BFM的光合活性等生物活性在不同区域均匀分布（图3i、j），可实现不规则伤口的精准一致治疗。

图3  BFM 对细胞迁移、增殖及 ROS 清除的促进作用。（a）不同材料的溶解氧产生量；（b）不同材料的 DPPH 清除率；（c）Transwell 中 BFM 与细胞共培养的示意图；（d）BFM 培养 4 h 后 H₂O₂处理 L929 细胞的 DCFH-DA 染色结果；（e）流式细胞术定量分析 ROS 清除效率；（f）L929 细胞划痕愈合实验结果；（g）BFM 对 L929 细胞横向迁移能力影响的定量分析；（h）CCK8 法检测 BFM 培养 1、3、5 天后 L929 细胞的增殖情况；（i）BFM 的实物图（上）及叶绿素荧光图像（下）；（j）BFM 不同部位光合作用效率的定量分析

（4）BFM烧伤创面的愈合效果

BFM对烫伤大鼠的伤口愈合效果研究显示（图4a），监测1、3、7、10、14天伤口变化发现，对照组愈合延迟，3天闭合率仅12.7±2.0%，14天为71.9±1.5%；而BFM组愈合加速，3天闭合率38.0±2.3%，14天达95.8±3.4%，高于市售产品Tegaderm（14天闭合率低于80%）（图4b–d）。对照组、Zn/Se组及Zn/Se/Col组存在明显炎症反应，Zn/Se/CZ组与BFM组无可见炎症，证实BFM具优异抗炎特性。14天组织学评估显示，HE染色表明对照组上皮化不完全（733.7±8.5 μm），BFM处理组表皮完整性恢复（1132.9±64.8 μm），炎症细胞浸润显著减少；Masson染色显示对照组胶原沉积仅53.9±2.5%，BFM组形成致密蓝色纤维，胶原沉积率84.5±4.1%，显著高于其他组（图4e,f），该加速愈合效果源于材料的持续释氧、抗氧化及促细胞增殖迁移等多功能性。心、肝、脾、肺、肾等主要器官HE染色与健康大鼠对照组微观结构相似，表明BFM具生物相容性。转录组测序分析显示，对照组与BFM组测序数据一致可比，PCA结果表明两组基因表达聚类不同；差异表达基因（DEGs）共736个下调、270个上调，火山图与热图可视化显示两组基因表达差异显著（图4g）。BFM处理后，伤口愈合相关基因（Lox、Mmp23、Notch3、Col27a1）上调，炎症相关基因下调（图4h）；GO富集分析显示DEGs主要富集于上皮细胞迁移、细胞外基质组织、成纤维细胞增殖、皮肤表皮发育及组织再生（图4i）；KEGG富集分析显示DEGs涉及JAK-STAT、PI3K-Akt、IL-17及PPAR信号通路，其中IL-17、JAK-STAT等炎症相关通路下调，PI3K-Akt、PPAR通路助力烫伤愈合（图4j）。

图4  BFM对烧伤创面愈合效率及再生皮肤基因表达的提升作用。（a）动物实验流程示意图；（b）不同材料处理后大鼠烧伤创面在0、3、7、14天的外观图；（c）不同时间点创面愈合程度示意图；（d）不同材料处理大鼠烧伤创面的愈合率；（e）各处理组胶原蛋白沉积率定量分析；（f）各处理组胶原蛋白沉积的Masson三色染色结果；（g）对照组与BFM组再生皮肤差异表达基因的火山图；（h）烧伤创面修复关键基因的相对表达量；（i）BFM诱导再生皮肤DEGs的GO功能富集分析；（j）BFM诱导再生皮肤DEGs的KEGG信号通路富集分析