基于右旋糖酐的热敏水凝胶，具有光热增强的抗菌性能，适用于伤口愈合

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Dextran-based thermosensitive hydrogel with photothermal enhanced antibacterial property for wound healing

MXene@TXA/hydrogel复合材料通过温敏性和近红外光热效应实现止血与伤口修复双重功能。该水凝胶由PNH/ODex构建，具有37.8℃的体感温度响应特性，复合MXene后可吸收NIR并产热杀灭E. coli和S. aureus，同时负载的TXA增强止血效果。体内实验显示其通过抑制炎症反应促进伤口愈合并减少瘢痕形成。

　　

朱静静|王俊玲|张青青|崔哲|王勇|李文娟|周成彦|王先玲|秦建磊

河北大学化学与材料科学学院，中国河北省保定市 071002

摘要

热敏性和抗菌性水凝胶在伤口愈合应用中展现出巨大的潜力。本研究开发了一种热敏性的P(NIPAM₃₃₅-co-肼₅₀)/氧化葡聚糖 (PNH/ODex) 水凝胶，并将其与MXene纳米片复合，以赋予其近红外（NIR）刺激的光热性能。此外，还加载了止血药物氨甲环酸（TXA），制备了多功能MXene@TXA/水凝胶，用于止血和伤口修复。该水凝胶具有良好的生物相容性，并表现出优异的组织粘附性，从而增强了止血效果。MXene的光热效应在近红外光照射下产生高温，赋予MXene@TXA/水凝胶对抗大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌性能。体内伤口修复实验表明，MXene@TXA/水凝胶通过抑制炎症反应促进了伤口修复并减少了疤痕形成。总之，本研究开发的热敏性MXene@TXA/水凝胶在临床应用中作为抗菌伤口敷料具有良好潜力。

引言

皮肤容易受到外部损伤[1]，伤口可能导致大量出血、感染、炎症，甚至在极端情况下危及生命[2],[3],[4]。虽然纱布覆盖和外科缝合在止血和伤口闭合方面有效，但这些方法在更换敷料时可能会造成二次损伤和其他并发症[5]。此外，疤痕形成几乎是不可避免的[6],[7],[8]，并对皮肤的外观和生理功能产生负面影响[9],[10]。近年来，基于天然多糖的水凝胶因其模仿细胞外基质（ECM）的结构而显示出巨大的潜力[11],[12]，这有助于药物和生长因子的扩散[13],[14],[15]，并能够维持湿润的生物环境，从而促进细胞增殖和组织再生[16],[17],[18]。天然多糖来源于多种来源，包括壳聚糖[19],[20]、透明质酸[21]、海藻酸钠[22]和葡聚糖[23]，它们具有出色的亲水性，适合用于水凝胶的制备。其中，葡聚糖由于其主链上的丰富羟基而成为设计可降解水凝胶敷料的理想原料，因为它具有生物活性[24],[25]。此外，基于葡聚糖的水凝胶可以降解为代谢物，从而减少副作用[26]。除了这些优点，基于葡聚糖的水凝胶还期望能够对外部刺激（如温度、光和pH值）作出响应。这些刺激可以改变水凝胶的体积、渗透性和相态，从而增强其功能性和多功能性[27]。在这些智能水凝胶中，含有聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM）的水凝胶尤为突出，因为它们的最低临界溶解温度（LCST）可以调节到体温[28],[29]。当温度升高超过LCST时，水凝胶网络会聚集，加速药物释放[30]，并缩小体积以减少瘢痕形成[31],[32]。因此，由功能化的PNIPAM和改性葡聚糖制备的水凝胶可以结合这两种成分的优势，表现出多种所需的性能[33]。最近，二维（2D）MXene被开发为光热剂，在近红外（NIR）区域具有高吸收率，并因其局域表面等离子体共振效应而表现出显著的光热转换效率[34]。此外，MXene还被复合到一系列水凝胶中，以增强抗肿瘤活性[35]和促进伤口修复[36],[37]，并具有NIR诱导的光热性能。

在这项研究中，设计了一种由ODex和肼官能化的PNH交联而成的热敏性水凝胶。这种LCST略高于体温的热敏性水凝胶表现出良好的柔韧性、优异的生物相容性、温度敏感的药物释放能力和对皮肤组织的良好粘附性。将具有光热性能的MXene复合到水凝胶中，通过NIR刺激诱导相变，用于伤口愈合（图1）。加载了止血药物氨甲环酸（TXA）以增强复合水凝胶的止血性能，而具有光热增强抗菌性能的复合MXene@TXA/水凝胶在NIR照射下减少了炎症并加速了伤口愈合。总之，本研究开发的MXene@TXA/水凝胶可以作为智能支架，作为药物递送载体，增强止血和伤口修复效果。

材料

甲基丙烯酸甲酯（MA）、葡聚糖（MW：20 kDa）和NaIO₄（99%）由Macklin Biochemical Technology Co., Ltd.（中国上海）提供。N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）从Energy Chemical Technology Co., Ltd.（中国上海）购买。其他化学品和溶剂（偶氮二异丁腈、肼水合物、二氧六环和石油醚）从Tianjin Kermel Chemical Reagent Co., Ltd.（中国）购买。

PNH和ODex的合成

温度敏感的P(NIPAM₃₃₅-co-MA₅₀)（PNMA）的合成和肼解

PNH和ODex的表征

热敏性PNH通过RAFT聚合和肼解反应合成（图1）。PNMA的组成通过¹H NMR确定（图S1），肼解的成功通过FT-IR验证。PNMA在1730 cm^?1处的特征吸收完全消失（图1a），证明MA片段转化为了肼基团，产物直接命名为PNH。PNH的LCST升高至37.8 °C，而PNMA的LCST为35.7 °C（图1b）。

结论

总之，从PNH和ODex制备了一种LCST接近体温的热敏性PNH/ODex水凝胶。将MXene纳米片复合到其中，赋予其NIR刺激的光热性能，同时加载TXA以增强止血性能。该复合水凝胶在NIR刺激下会自主收缩，从而精确调节药物释放，满足伤口愈合过程中的止血和抗炎需求。

CRediT作者贡献声明

朱静静：撰写——原始草稿、可视化、方法学。王勇：方法学。崔哲：方法学。张青青：研究。王俊玲：研究。秦建磊：撰写——审阅与编辑、概念构思。王先玲：撰写——审阅与编辑、资金获取、数据管理。周成彦：撰写——审阅与编辑、验证。李文娟：资源提供。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金（82104224）和河北省自然科学基金（C2023201073）的支持。