基于双动态键交联的智能响应性壳聚糖水凝胶：光热抗菌与类过氧化氢酶活性协同促进感染伤口愈合

针对细菌感染伤口中活性氧(ROS)过量导致的缺氧、炎症及愈合延迟问题，研究人员通过动态希夫碱(Schiff base)反应与金属配位协同作用，构建了CMCS-THBA@Fe(CTF)双网络水凝胶。该材料兼具自修复、按需移除、pH响应特性，通过类过氧化氢酶(CAT)活性催化H2 O2 分解供氧，并利用近红外(NIR)光热效应实现无抗生素抗菌，动物实验证实其可通过促进血管生成和胶原沉积加速感染伤口修复。

　　

皮肤作为人体最大的器官，其完整性破坏后易受细菌感染并引发一系列连锁反应——过量活性氧(ROS)爆发导致组织缺氧、营养供应不足，进而加剧炎症并阻碍愈合进程。传统水凝胶敷料存在自修复能力弱、无法按需移除等问题，而抗生素滥用更可能诱发耐药菌株。面对这些临床挑战，中国研究人员在《Carbohydrate Polymers》发表的研究提出创新解决方案：通过羧甲基壳聚糖(CMCS)、3,4,5-三羟基苯甲醛(THBA)与Fe³⁺
的协同作用，构建具有双动态网络结构的智能响应性水凝胶。

研究团队采用金属配位键与希夫碱反应双重交联策略。THBA的醛基与CMCS氨基形成动态希夫碱键，其邻苯二酚结构则与Fe³⁺
配位构建次级网络。通过流变学测试、自由基清除实验及氧生成测定等技术，系统评估材料性能；采用小鼠感染伤口模型验证治疗效果。

材料制备与表征
通过pH 9条件下THBA与Fe³⁺
按3:1摩尔比配位形成THBA@Fe复合物，再与CMCS溶液混合获得CTF水凝胶。红外光谱证实希夫碱键(C=N)形成，X射线光电子能谱(XPS)显示Fe 2p轨道结合能位移，验证Fe³⁺
配位作用。

功能特性验证
动态流变测试显示储能模量(G')>损耗模量(G")，且应变振幅扫描中G'保持稳定，证明三维网络结构形成。自修复实验表明切断的水凝胶在2小时内恢复原状，归因于动态键的可逆重构。在pH 5.0缓冲液中30分钟内完全溶解，实现按需移除。

生物学效应

1. 抗氧化与供氧：CTF水凝胶清除DPPH自由基效率达90%，类CAT活性使H₂
   O₂
   分解速率较对照组提高4倍，溶解氧检测证实局部氧分压提升2.3倍。
2. 光热抗菌：808 nm近红外照射(0.3 W/cm²
   )5分钟内升温至52°C，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭率>99%。
3. 动物实验：感染伤口模型中，CTF组第7天即出现明显上皮化，CD31免疫荧光显示新生血管密度增加175%，Masson染色显示胶原排列更有序。

分子机制
RNA测序揭示CTF水凝胶调控HIF-1α(缺氧诱导因子)和TGF-β(转化生长因子)通路关键基因表达，促进能量代谢相关酶活性，同时下调IL-6等促炎因子。

这项研究开创性地将双动态交联策略应用于伤口敷料设计，其独特之处在于：THBA分子同时具备邻苯二酚(金属配位位点)和醛基(希夫碱反应位点)，实现单组分介导的双网络构建。相比传统抗生素疗法，该水凝胶通过物理光热杀菌避免耐药性产生，而ROS清除与供氧的协同作用有效打破"缺氧-氧化应激-炎症"恶性循环。研究为感染性伤口治疗提供了兼具即时抗菌与长效修复功能的智能化解决方案，在战伤救治、糖尿病足溃疡等领域具有重要转化价值。