可见光驱动TiO2/Pt纳米酶敷料：整合光动力疗法、氧合与生物力学支撑促进压疮修复

本文开发了一种通过原子层沉积（ALD）制备的TiO2/Pt纳米酶，其通过铂掺杂将TiO2带隙从3.30 eV降至3.05 eV，显著增强可见光（660 nm）驱动的羟基自由基（•OH）生成，对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌效率分别达100%和97.38%。该纳米酶兼具类过氧化氢酶（CAT）和超氧化物歧化酶（SOD）活性，可清除活性氧（ROS）并缓解缺氧。通过将其嵌入温敏性壳聚糖/β-甘油磷酸酯（CS/β-GP）水凝胶（TPCG），并与可压缩壳聚糖/纳米纤丝化纤维素（CS/NFC）气凝胶结合，实现了光动力抗菌、组织氧合与机械应力缓解的协同治疗，为压疮（PU）管理提供了创新策略。

　　

1 引言

压疮（PU）因长期压迫导致局部缺血和代谢紊乱，伴随细菌感染、炎症反应及血管神经病变。传统敷料仅提供物理屏障，难以解决缺氧、氧化应激等微环境问题。TiO₂基光催化剂虽具抗菌潜力，但其宽禁带（≈3.2 eV）限制可见光利用。本研究通过原子层沉积（ALD）构建空间限域的TiO₂/Pt纳米酶，整合三重催化功能：可见光驱动水分解产生活性氧（•OH）用于光动力抗菌；类CAT活性分解H₂O₂生成O₂缓解缺氧；类SOD活性清除超氧阴离子（·O₂^?）减轻氧化损伤。

2 结果与讨论

2.1 TiO₂/Pt纳米酶的制备与表征

通过ALD在碳纳米纤维（CNFs）模板上依次沉积Pt纳米颗粒（平均粒径8.51 nm）和TiO₂层（厚度11 nm），煅烧后获得中空纳米管结构。X射线衍射（XRD）证实其为锐钛矿相，Pt负载量达17.63 wt%。X射线光电子能谱（XPS）显示Ti 2p峰向高结合能偏移，表明电子从TiO₂向Pt转移。

2.2 催化性能

可见光（660 nm）照射下，TiO₂/Pt通过甲基紫（MV）降解实验证实•OH生成效率（反应速率1.78 μM/min），且pH稳定性优异（4.6-9.0）。类CAT活性在pH 7.4时最佳，可快速分解5 mM H₂O₂产氧；类SOD活性达88.9%，优于天然酶（4002 U/mg）。电子顺磁共振（ESR）验证了•OH生成与·O₂^?清除能力。

2.3 催化机制

Pt掺杂使TiO₂带隙缩窄至3.05 eV，紫外-可见光谱（UV-vis）显示吸收边红移。价带XPS表明其价带顶下移1.32 eV，促进光生电荷分离。光致发光（PL）和瞬态荧光光谱显示荧光寿命延长至3.39 ns，证实载流子分离效率提升。电化学阻抗谱（EIS）显示界面电荷转移加速。

2.4 体外抗菌

TiO₂/Pt在可见光下对E. coli和S. aureus的杀菌率分别达100%和97.38%。活/死染色与扫描电镜（SEM）显示细菌膜破裂，蛋白质泄漏导致凋亡。

2.5 水凝胶与气凝胶的构建

将纳米酶嵌入CS/β-GP温敏水凝胶（TPCG），其多孔结构（SEM证实）与流变特性（G′>G″）适配伤口形状。CS/NFC气凝胶压缩应力达1.16 MPa（应变80%），水下形状恢复率>90%，可有效分散机械应力。

2.6 体外促修复

TPCG在光照下促进人脐静脉内皮细胞（HUVECs）迁移（速率91.6%）和血管生成（管状结构增加）。巨噬细胞极化实验显示M2型标志物CD206上调，炎症因子减少。

2.7 体内压疮治疗

小鼠PU模型显示，TPCG/气凝胶组（光照）16天伤口完全愈合，组织学分析显示表皮再生、胶原有序排列及CD31/VEGF高表达，证实血管新生加速。主要器官H&E染色未发现毒性。

3 结论

TiO₂/Pt纳米酶通过三重催化协同光动力抗菌、氧合与ROS清除，结合CS基水凝胶/气凝胶的力学支撑，为PU治疗提供了临床转化潜力。该研究为设计响应复杂伤口微环境的智能敷料提供了新思路。

（注：全文严格依据原文实验数据与结论归纳，未添加非文献支持内容）