兼具感染控制与骨缺损修复功能的多功能支架为治疗骨缺损提供了有效途径，但实现抗菌效能与成骨能力的最优平衡仍面临挑战。本研究通过将包裹氧化铜纳米颗粒的沸石咪唑酯骨架-8（ZIF-8@CuO）整合到聚乳酸-乙醇酸共聚物（PLGA）中，开发出一种3D打印纳米复合支架（ZIF-8@CuO/PLGA支架）。ZIF-8与CuO纳米颗粒的协同作用赋予该支架优异的智能响应能力，既能响应微环境内源性信号（pH 响应、清除活性氧、募集钙磷离子进行仿生矿化），也能响应外源性刺激（近红外响应）。借助这些智能响应特性，该支架实现了抗菌效能与成骨能力的最优平衡，可高效修复感染性骨缺损。早期阶段，通过光热治疗、光动力治疗和化学动力治疗的联合作用，支架能快速清除细菌；随后，去除细菌清除的触发条件后，支架通过抗氧化作用改善成骨微环境，刺激血管生成和仿生骨形成（自矿化和成骨诱导），协同促进骨再生。

为研发适用于感染性骨缺损修复的智能响应支架，研究采用了系统的实验方法。首先通过一锅法合成ZIF-8@CuO纳米颗粒，将其与PLGA按不同质量比混合制备3D打印墨水，利用低温沉积3D打印技术制备ZIF-8@CuO/PLGA支架，并通过透射电镜、扫描电镜、X射线衍射、傅里叶变换红外光谱等技术对纳米颗粒和支架的结构、成分、粒径等进行表征。在性能检测方面，评估了支架的力学性能、亲水性、体外降解特性、光热性能、pH响应性离子释放能力及抗氧化活性。体外实验中，培养大鼠骨膜来源干细胞（PDSCs）和人脐静脉内皮细胞（HUVECs），通过CCK-8法、活细胞染色等检测支架生物相容性；采用管形成实验、划痕实验评估血管生成能力；利用碱性磷酸酶（ALP）染色、茜素红S（ARS）染色、qPCR等方法分析成骨分化效果；通过持续细菌活性检测、抑菌圈实验、活菌 - 死菌染色等评估抗菌性能。体内实验中，构建大鼠感染性颅骨缺损模型，设置空白组、PLGA 组、ZIF-8/PLGA组和ZIF-8@CuO/PLGA组，术后第一周均给予短期近红外照射，分别在术后2周、4周和8周通过Micro CT、组织学染色（HE、Masson、Giemsa）、免疫荧光染色等评估支架的体内抗菌效果、骨修复能力、血管生成及免疫调节作用。其中，Micro CT评估环节采用锐视医疗科技有限公司的IMAGING 100 Micro-CT，扫描参数设置为45kV电压、435μA电流、15μm层厚，对骨缺损部位的骨体积分数（BV/TV）、骨密度（BMD）、骨小梁厚度（Tb.Th）等参数进行定量分析。

实验结果充分验证了ZIF-8@CuO/PLGA支架的优异性能和修复效果。材料表征显示，ZIF-8@CuO纳米颗粒成功制备，CuO纳米颗粒嵌入ZIF-8框架内，支架具有规则的多孔结构（大孔400-550μm，微孔5-30μm），孔隙率约68%，力学性能与骨组织匹配，且具有良好的降解特性。性能检测表明，支架在近红外照射下能快速升温，温度变化可通过质量分数和功率密度调控，且光热稳定性良好；在酸性环境中能加速释放Zn²⁺和Cu²⁺，同时具有显著的抗氧化活性，可有效清除H₂O₂和DPPH自由基。体外实验中，支架能显著促进PDSCs增殖、迁移和成骨分化，ALP活性及成骨相关基因（COL-1、Runx2、OPN）表达均显著升高；能促进 HUVECs 迁移和管形成，提升CD31表达；对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有强效抗菌作用，ZIF-8@CuO+近红外组可实现细菌彻底清除。体内实验中，术后2周支架组感染得到有效控制，切口愈合良好，无脓肿形成，Micro CT显示骨缺损边缘光滑，无骨破坏；术后4周和8周，ZIF-8@CuO/PLGA组的BV/TV、BMD等参数显著高于其他组，新骨形成量充足，胶原蛋白沉积丰富，同时能促进血管生成，调控巨噬细胞从M1型向M2型极化，改善免疫微环境。

图2 ZIF-8@CuO支架的抗菌与成骨整合修复效果评估

本研究通过低温3D打印技术成功制备出ZIF-8@CuO/PLGA纳米复合支架，该支架具有多孔结构、良好的力学性能、生物降解性、抗氧化活性、pH响应性和光热效应。体内外实验证实，该支架具备优异的生物相容性、抗氧化应激能力、血管生成潜力、成骨分化活性和抗菌性能，是一种整合抗菌与成骨功能的多功能支架。其核心优势在于智能响应特性，早期可通过多途径快速清除细菌，控制感染；去除触发条件后，能切换至修复模式，通过抗氧化作用优化免疫微环境，促进血管生成和仿生骨形成，实现感染控制与骨再生的协同进行。该智能响应支架为感染性骨缺损的治疗提供了新思路，具有广阔的临床转化前景。