聚多巴胺修饰透明质酸水凝胶负载Bi2S3用于光热抗菌治疗与创面愈合

《Carbohydrate Polymer Technologies and Applications》：Polydopamine-modified hyaluronic acid hydrogel incorporating Bi 2S 3 for photothermal antibacterial therapy and wound healing

　　

针对细菌感染并促进组织再生的智能创面敷料开发仍是临床难题。本研究报道了一种经化学修饰的透明质酸基水凝胶（Bi2S3/PDA-HA），通过多巴胺对透明质酸骨架的功能化，赋予其可注射性、自愈合性及组织黏附性。研究人员合成了棒状Bi2S3纳米结构并将其嵌入PDA-HA网络中，以引入光热与导电性能。光电化学测试证实，Bi2S3的引入使水凝胶导电性增强，同时保留了透明质酸衍生物的优良特性。在近红外（NIR）照射下，Bi2S3/PDA-HA水凝胶可高效产生局部热疗，实现强效光热抗菌作用。体内感染创面模型研究表明，与对照相比，该水凝胶敷料显著加速创面愈合，并增强肉芽组织形成与再上皮化。此外，该敷料上调CD31并下调IL-6与TNF-α，提示形成有利的抗炎微环境。上述结果表明，基于化学修饰透明质酸基质的NIR响应型Bi2S3/PDA-HA水凝胶有望作为皮肤组织修复的智能生物活性材料，并为感染创面的按需光热治疗提供思路。

研究背景方面，感染性皮肤创面的处理仍是重要临床难题，耐药菌日益普遍且创面微环境复杂，阻碍组织再生。传统敷料如纱布与绷带缺乏固有抗菌活性，无法为创面愈合提供最佳微环境，导致愈合时间延长、继发感染风险增加及患者明显不适。水凝胶敷料因三维多孔结构、高含水率和良好生物相容性而受关注；其中透明质酸（HA）基水凝胶因固有生物活性、可降解性及参与细胞增殖、迁移与炎症调控等关键生物学过程而颇具前景，但纯HA水凝胶存在力学强度不足、缺乏自愈合能力及抗菌活性有限等问题。多巴胺修饰透明质酸（PDA-HA）水凝胶虽可提供组织黏附、自愈合与良好生物相容性，并可充当还原剂与交联界面以引入功能纳米材料，但其本身不具备按需抗菌能力。近红外（NIR）光热治疗（PTT）通过物理热损伤杀灭细菌，可规避抗生素耐药问题；在众多光热转换材料中，硫化铋（Bi₂S₃）具有强NIR吸收、高光热转换效率、良好生物相容性与成本优势，且具本征光电化学活性，可赋予复合材料导电性，而导电生物材料有助于促进细胞迁移、血管生成与组织再生。基于此，研究人员提出将Bi₂S₃引入PDA-HA基质，构建兼具NIR触发光热抗菌与导电生物电调控的单一体系，以弥补单一功能PDA-HA水凝胶与传统Bi₂S₃复合材料之间的研究空白。

研究人员开展了以下工作：以一步水热法合成棒状Bi₂S₃纳米结构，并将其掺入PDA-HA水凝胶构建多功能纳米复合体系；假设多巴胺修饰的透明质酸基质可提供促进血管生成、减轻炎症的生物活性微环境，而Bi₂S₃纳米棒可产生局部热疗以清除细菌。据此，研究人员系统表征了水凝胶的理化性质（可注射性、自愈合能力、组织黏附性等），评价其光热性能与对代表性菌株的体外抗菌活性，并通过感染性全层皮肤创面模型评估体内创面愈合效果及机制。研究结论表明，该NIR响应型Bi₂S₃/PDA-HA水凝胶有望成为皮肤组织修复的智能生物活性材料，并为感染创面的按需光热治疗提供思路，具有重要意义。

关键技术方法方面（不超过250字）：采用一步水热法合成棒状Bi₂S₃纳米结构；通过多巴胺在过硫酸铵（AP）引发下与HA共混制备PDA-HA及系列Bi₂S₃/PDA-HA水凝胶；利用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）与X射线光电子能谱（XPS）表征材料；通过流变学测试、降解与溶胀实验评价理化性能；以DPPH与ABTS法评价抗氧化活性；采用980 nm近红外激光（1.0 W/cm²，10 min）结合红外热像仪考察光热性能；以平板计数法与SEM评价对大肠杆菌（E. coli）与金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌效果；以CCK-8法在HaCaT细胞上评价细胞毒性；并建立体内感染全层皮肤创面模型评估愈合效果。本研究未涉及样本队列来源。

研究结果方面：在可注射性与自愈合分析中，以2.0 Bi₂S₃/PDA-HA为代表，通过切半后断面接触拍照记录自愈合过程、经针头与注射器注入水中测试可注射性，表明水凝胶具备可注射与自愈合特性。在降解行为中，通过37 °C PBS（pH 7.4）孵育并按公式计算剩余重量百分比，评价水凝胶降解行为。在溶胀测试中，以冻干圆柱样浸入PBS并按公式计算溶胀率，评价其溶胀性能。在流变学测量中，于37 °C平行板夹具下对PDA-HA与2.0 Bi₂S₃/PDA-HA进行频率扫描（记录储能模量G’与损耗模量G’’）、剪切速率扫描及三步黏度恢复测试，评价其流变行为与高剪切后的恢复能力。在抗氧化活性中，通过DPPH与ABTS清除实验并按公式计算清除率，评价水凝胶抗氧化活性。在体外抗菌实验中，采用标准平板计数法，在有无980 nm NIR照射条件下处理菌悬液并计数菌落，计算抗菌效率。在细菌形态观察中，通过SEM观察处理后的细菌形态变化。在光热性能中，以红外热像仪记录980 nm NIR照射10 min内的温度变化与红外图像，并通过五次自然冷却循环评价光热稳定性。在体外细胞实验中，以CCK-8法检测不同浓度水凝胶浸提液对HaCaT细胞的毒性并按公式计算细胞活力。体内感染创面模型研究显示，该水凝胶敷料较对照显著加速创面愈合，增强肉芽组织形成与再上皮化，并上调CD31、下调IL-6与TNF-α，提示有利的抗炎微环境。

讨论与结论部分：研究人员指出，PDA-HA水凝胶虽具组织黏附、自愈合与良好生物相容性，但缺乏按需抗菌能力；常规Bi₂S₃复合材料多仅利用其光热性能，而较少将其本征光电化学活性带来的导电性整合进PDA-HA水凝胶体系用于感染创面愈合。本研究将Bi₂S₃合理引入PDA-HA基质，形成集NIR触发光热抗菌与导电生物电调控于一体的新设计范式，填补了单一功能PDA-HA水凝胶与传统Bi₂S₃复合材料之间的研究空白。研究结论译为：上述结果表明，基于化学修饰透明质酸基质的NIR响应型Bi₂S₃/PDA-HA水凝胶有望作为皮肤组织修复的智能生物活性材料，并为感染创面的按需光热治疗提供思路。