近红外光驱动自收缩水凝胶通过活性氧杀菌和加速伤口愈合治疗耐药菌生物膜感染

《Bioactive Materials》：Near-infrared light-driven photocatalytic reactive oxygen species-generating antibacterial and self-shrinking hybrid hydrogels for combating drug-resistant bacterial biofilm infection and accelerating wound healing

本研究针对耐药细菌生物膜感染伤口难以治愈的临床难题，开发了一种近红外光控的钴掺杂氧空位富集Bi2O2-XS(Co-BOS)光催化剂/硫酸软骨素-Pluronic F127杂化水凝胶(Co-BOS@C/F Gel)。该水凝胶具备光热/光催化协同抗菌、NIR驱动自收缩、组织粘附等多功能特性，可有效清除95%的MRSA生物膜，并通过调控氧化应激通路和代谢网络加速伤口愈合，为耐药菌感染治疗提供了创新策略。

　　

皮肤作为人体第一道防线容易受损形成伤口，而耐药细菌如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)形成的生物膜会严重阻碍愈合过程，导致组织坏死甚至败血症。传统治疗方法难以穿透生物膜屏障，且缺乏主动促进组织再生的能力。针对这一临床难题，四川大学华西医院生物治疗国家重点实验室钱志勇教授团队在《Bioactive Materials》发表研究，开发了一种近红外光驱动的智能水凝胶敷料。

研究团队通过液相离子交换法成功合成了二维钴掺杂Bi₂O_2-XS(Co-BOS)纳米片，并将其作为客分子与硫酸软骨素-己二酸二酰肼/醛基化Pluronic F127(C/F Gel)水凝胶主体通过动态希夫碱反应构建杂化水凝胶。研究采用透射电镜、X射线光电子能谱等技术表征材料特性，通过光电流响应、电化学阻抗谱等评估光电性能，并利用小鼠MRSA生物膜感染模型验证治疗效果。

材料表征结果显示，钴掺杂有效降低了Bi₂O₂S的带隙(从0.88 eV降至0.80 eV)，增加了氧空位浓度，显著提升了光生载流子分离效率。Co-BOS表现出优异的光热性能(转化效率达34.09%)和强大的活性氧(ROS)生成能力。制备的Co-BOS@C/F Gel具有良好的温度敏感性、组织粘附性和导电性，特别是在近红外光照射下可产生自收缩行为，收缩率可达60.6%。

在抗菌性能方面，Co-BOS@C/F Gel在近红外光照射下对大肠杆菌和MRSA均表现出广谱抗菌活性，对MRSA的杀菌效率达98.78%。通过扫描电镜观察发现，处理后细菌出现明显皱缩和裂解现象。活死染色结果显示，该水凝胶可清除95%的成熟MRSA生物膜。转录组学分析揭示其通过调控氧化磷酸化、磷酸转移酶系统(PTS)和ABC转运蛋白等多条代谢通路实现抗菌作用。

细胞实验表明，水凝胶降解产物硫酸软骨素能有效促进人脐静脉内皮细胞(HUVEC)增殖和迁移。在小鼠MRSA生物膜感染伤口模型中，Co-BOS@C/F Gel在近红外光照射下能自适应覆盖不规则伤口，9天内伤口愈合率高达96.46%。组织学分析显示，治疗组炎症反应显著减轻，胶原沉积和血管生成明显增强。

该研究创新性地将光催化抗菌与智能水凝胶技术相结合，实现了对耐药菌生物膜感染伤口的有效治疗。Co-BOS@C/F Gel不仅具备"一石四鸟"的功能：抗菌、抗生物膜、促进愈合和自收缩，还为新型伤口敷料的开发提供了新思路，在生物医学领域具有广阔的应用前景。