一、研究背景

3D打印是一种新兴的方法，通过计算机辅助设计模型，逐层铺设粘性或固体材料，以获得所需的几何形状，从而形成3D支架。该方法制备的3D支架具有足够的孔径和相互连接的多孔结构，可增强生物医学应用所需的细胞附着、迁移和增殖。几种3D打印技术正在应用于生物医学领域，包括激光辅助沉积、挤压、熔融沉积建模（FDM）和喷墨打印，特别是用于骨再生和伤口愈合方法。其中，FDM是一种低成本，高速，方便的方法，涉及熔融热塑性聚合物的挤出各种热塑性聚合物，如聚氯乙烯、聚丙烯酰胺、聚己内酯（PCL）、聚乙烯和聚乳酸-共羟基乙酸，已被研究用于FDM方法制造3D支架。[9,10]与天然聚合物相比，PCL具有优异的可加工性、良好的生物相容性和较高的机械性能，是3D打印过程中最常用的线性脂肪族聚酯之一Hutmacher等采用FDM方法制作3d打印PCL支架。他们的结果表明，不同的分层模式改变了支架的力学行为。用原代人成纤维细胞进行的体外研究表明，在前2周，0/60/120°分层模式的体外细胞增殖高于0/72/144/36/108°。在另一项研究中，Teo等人研究了硫酸庆大霉素- PCL/磷酸三钙3d打印支架在伤口愈合中的应用。作者报道，加入15%硫酸庆大霉素的PCL/磷酸三钙3d打印支架在2h内降低了金黄色葡萄球菌的细菌活力，而支架对正常人真皮成纤维细胞（NHDF）没有细胞毒性

静电纺丝是一种从微到纳米尺度形成无纺布纤维垫的通用、经济、传统技术。这种电纺丝垫模拟细胞外基质（ECM）结构，促进细胞附着、增殖和分化。到目前为止，各种合成和天然聚合物已经被纺成和设计成用于伤口敷料。例如，Rojara等制备了腰果胶多糖-聚乙烯醇电纺丝纳米纤维，用于无疤痕伤口愈合。实验结果表明，电纺丝纳米纤维具有促进组织再生和愈合的潜力最近，Anaya Mancipe等人成功制备了核-壳纳米纤维，其中含有疏水的PCL芯和亲水的I型胶原/聚乙烯醇壳，用于慢性伤口治疗

最近，研究人员专注于通过3D打印和静电纺丝技术的结合来开发一种新的分层支架家族，以展示增强的机械性能、生物活性和生物医学应用的类似ecm的3D结构。例如，Yu等人制作了由3D打印PCL结构和PCL- gel静电纺丝纳米纤维组成的分层支架。基于他们的研究结果，3D打印和静电纺丝相结合的方法增加了MC3T3-E1成骨前细胞的增殖。在另一项研究中，Choi等发现pcl -角蛋白分层支架不仅提高了雄性BALB/c小鼠的NHDF和HaCaT细胞活力，而且增加了再资本化的形成。在最近的一项研究中，Ghomi等人制作了用PCL/明胶/聚lysine纤维层增强的3d打印PCL支架作为伤口敷料。他们的研究结果表明，3D打印和静电纺丝方法的结合改善了支架的力学性能，以及成纤维细胞和HaCaT细胞的活力

另一方面，在伤口愈合过程中，一个关键问题是由于微生物感染和过量活性氧（ROS）的形成而抑制愈合过程。因此，开发既能抑制细菌感染又能降低氧化应激的抗菌抗氧化创面敷料具有重要意义。近年来，由于其抗菌、抗炎和抗氧化的特性，人们对使用天然植物治疗剂如精油（EOs）在伤口愈合中的应用越来越感兴趣特别是薄荷油（PEP）和丁香油（CLV）是很有前景的植物治疗药物，可以促进伤口愈合，加速胶原形成，避免细菌感染的日益流行，减少氧化应激。

本研究的目的是将3D打印和静电纺丝技术相结合，开发含植物治疗的分层支架。此外，本研究不仅关注多种制造技术组合的协同效应，还关注精油在分层支架上的生物学效益。在这方面，3d打印的PCL支柱首先使用熔融沉积建模（FDM）制造，然后进行碱性表面改性以提高静电纺纳米纤维的附着力。最后一步，使用冰醋酸（GAA）作为“良性”（无毒）溶剂制备含有PEP或CLV的PCL- gel静电纺丝纳米纤维，通过静电纺丝技术在3d打印的PCL上纺丝，以实现植物治疗的分层支架。在此，研究了其微观结构、表面化学、力学行为以及抗菌、抗氧化、抗炎和生物相容性等生物活性。据作者所知，这是第一个研究植物治疗性支架的研究，该支架由3d打印PCL结构和PEP或clv结合的PCL- gel静电纺纳米纤维制成，用于伤口愈合应用。

二、摘要

为了解决传统抗生素的局限性，本研究的重点是通过三维（3D）打印和静电纺丝的结合来开发含有植物治疗剂的杂交支架，以提高机械性能并提供抗菌活性。在这方面，3d打印聚己内酯（PCL）支柱首先使用熔融沉积建模（FDM）制造。然后，采用碱性表面处理提高静电纺纳米纤维的附着力。最后，通过静电纺丝设备将薄荷油（PEP）或丁香油（CLV）加入PCL-明胶（GEL）静电纺丝纳米纤维收集在3d打印的PCL支架上。聚氯乙烯-凝胶静电纺纳米纤维中加入PEP或CLV可增强支架的层脱性和附着力。此外，DPPH自由基清除活性测定表明，加入PEP或CLV可提高支架的抗氧化性能。此外，抗菌活性结果表明，PEP或CLV支架对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有抑制作用。此外，抗炎实验表明，支架可降低Raw 264.7巨噬细胞样细胞释放的一氧化氮（NO）浓度。另一方面，植物治疗分级支架对正常人真皮成纤维细胞（NHDF）无毒性作用，PEP或CLV可增强细胞的附着和增殖。总的来说，将天然植物治疗剂纳入分层支架中显示出推进伤口愈合应用的希望。

三、结论

在本研究中，开发了具有抗菌、抗氧化和抗炎活性的植物治疗分级支架。将PEP或CLV作为天然植物治疗剂，增强了支架的生物相容性。植物治疗剂结合电纺丝纳米纤维被设计为支持生物活性，而微尺寸的3d打印支柱被设计为模拟天然ECM。结合不同的制造方法，如3D打印和静电纺丝技术，利用协同效应来生产这些植物治疗级支架。将PEP或CLV掺入电纺丝纳米纤维层中可以防止细菌感染，而改良的3D-PCL支撑电纺丝纳米纤维层，模仿皮肤的天然结构。此外，通过碱性水解进行表面改性，使静电纺纳米纤维层与3d打印PCL支板之间的附着力增强，有效地解决了层之间的分层问题。此外，DPPH自由基清除活性实验表明，PEP或CLV的掺入增强了植物治疗级联支架的抗氧化性能；因此，它们可能是治疗伤口愈合过程中氧化应激的潜在生物材料。此外，基于体外抗炎实验，我们观察到PEP或clv纳入的植物治疗分级支架降低了Raw 264.7巨噬细胞样细胞释放的NO浓度，从而证实了这些支架增强的抗炎特性。结果表明，结合EOs，特别是CLV，可以被认为是一种方便的伤口愈合应用方法。此外，目前的研究为分层分层结构作为伤口敷料的设计提供了重要的见解，包括通过表面改性改善层之间的粘附性。分层植物治疗支架可被视为不需要降解的伤口敷料，可能需要每3-7天更换一次，以提供抗感染保护，帮助控制氧化和炎症，以及保持湿润的伤口环境和吸收渗出液。综上所述，目前的研究结果表明，将天然植物疗法结合到分层支架中，不仅可以模拟天然组织结构，还可以治疗微生物感染和解决氧化应激的影响，是伤口愈合应用的一个有希望的发展。

图1.A)打印过程中使用的热塑性喷嘴的3d打印PCL支柱俯视图、侧视图和数码相机图像示意图，b) PCL的一般碱水解机理，c) 3d打印PCL支柱的碱水解处理，d)分层支架制作。

图2.分级支架的SEM图像：a、b)修饰的3d - pcl， c) 3D-PCL-GEL, f) 3D-PCL-GEL/PEP6, i) 3D-PCL-GEL/CLV6。