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  一般來(lái)說(shuō)，糖尿病傷口以高血糖、缺氧、炎癥延長(zhǎng)、氧化應(yīng)激水平升高為特征，導(dǎo)致創(chuàng)面愈合困難，血管生成受阻，創(chuàng)面炎癥增加。針對(duì)此多重特征，同時(shí)具備抗菌活性、血糖調(diào)節(jié)和促進(jìn)血管生成功能的多功能敷料是目前所需要的。在本研究中，通過(guò)將聚多巴胺（PDA）、葡萄糖氧化酶（GOx）和氧化鎢（WO_x）納米線嵌入聚γ-谷氨酸（γ-PGA）框架內(nèi)，制備了一種具備這些特性的新型水凝膠復(fù)合材料（γ-PGA/PDA/GOx/WO_x，簡(jiǎn)稱(chēng)PPGW）。PDA出色的光熱轉(zhuǎn)換性能顯著增強(qiáng)了對(duì)細(xì)菌感染糖尿病傷口的抗菌效果；GOx通過(guò)消耗葡萄糖并產(chǎn)生過(guò)氧化氫（H₂O₂）來(lái)調(diào)節(jié)高血糖；而WO_x納米線在808納米近紅外輻射下展現(xiàn)出卓越的光催化能力，可將H₂O₂轉(zhuǎn)化為氧氣（O₂）。通過(guò)密度泛函理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了WO_x介導(dǎo)的光催化分解H₂O₂產(chǎn)生O₂的機(jī)制。這些轉(zhuǎn)化有效緩解了糖尿病傷口的缺氧環(huán)境，加速了血管生成，促進(jìn)了細(xì)胞的爬行與增殖。因此，具備光熱、抗菌及酶催化活性的多功能水凝膠敷料PPGW能夠有效降低傷口部位的高血糖水平。此外，光催化產(chǎn)氧為治療慢性細(xì)菌感染的糖尿病傷口提供了一個(gè)極具前景的策略。

示意圖 1 (a) PPGW水凝膠制備工藝示意圖；(b) PPGW水凝膠的糖尿病創(chuàng)面愈合機(jī)制示意圖

圖2 PPGW水凝膠產(chǎn)O₂行為、WO_x幾何結(jié)構(gòu)的理論模擬及WO_x光催化途徑：(a)不同OV濃度下WO_x的H₂O₂消耗；(b)不同水凝膠的紫外可見(jiàn)光譜；(c)不同水凝膠的升溫曲線；d)近紅外輻照5次（808 nm, 0.5 W/cm², 10 min）下PPGW水凝膠的熱穩(wěn)定性；(e)不同水凝膠生成H₂O₂；(f)不同水凝膠的H₂O₂耗量；(g) H₂O₂活化的催化途徑，說(shuō)明了光催化活性；(h)不同過(guò)渡態(tài)對(duì)應(yīng)的能量分布

圖3糖尿病小鼠模型創(chuàng)面愈合評(píng)價(jià)：(a)糖尿病創(chuàng)面模型建立及水凝膠處理過(guò)程；(b)傷口的照片和傷口愈合的痕跡；(c)創(chuàng)面閉合評(píng)估(P值采用單因素方差分析方法計(jì)算，*** P < 0.001；****p < 0.0001)。數(shù)據(jù)以平均值±SD表示。(d)不同處理組新生皮膚組織第14天的H&E染色和(e) Masson染色。b和c的實(shí)驗(yàn)分別重復(fù)了三次，結(jié)果相似。

  PPGW水凝膠具備多功能特性，能夠有效促進(jìn)糖尿病傷口的愈合。為評(píng)估其愈合效果和生物相容性，本研究采用了糖尿病傷口模型（圖3a）。圖3b展示了傷口的照片及愈合痕跡，說(shuō)明了傷口修復(fù)的過(guò)程以及不同水凝膠處理的效果。圖6c則呈現(xiàn)了糖尿病傷口面積的定量分析。值得注意的是，接受PPGW水凝膠治療并且經(jīng)過(guò)808 nm NIR照射的傷口在第七天的愈合速度顯著快于其他四組。對(duì)照組、PP、PPW、PPG和PPGW組的傷口面積比例分別為43.7%、36.7%、36.3%、35.7%和21.7%。即便經(jīng)過(guò)14天的治療，對(duì)照組、PP、PPW和PPG水凝膠治療的糖尿病傷口愈合速度依然緩慢。在NIR（?）組中，傷口愈合幾乎沒(méi)有變化，基本可以得出結(jié)論，材料在沒(méi)有NIR照射的情況下并不促進(jìn)傷口愈合。此外，傷口皮膚在第14天進(jìn)行了細(xì)菌培養(yǎng)測(cè)試。另有實(shí)驗(yàn)顯示，對(duì)照組存在高濃度的金黃色葡萄球菌，阻礙了傷口愈合。相比之下，四個(gè)實(shí)驗(yàn)組的細(xì)菌數(shù)量顯著減少。值得一提的是，接受PPGW+NIR處理的皮膚上的金黃色葡萄球菌被完全消滅。這一體內(nèi)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)了PPGW水凝膠在顯著加速傷口愈合及其體內(nèi)光熱抗菌活性方面的重要作用。因此，PPGW水凝膠有效促進(jìn)了細(xì)菌感染的糖尿病傷口愈合。

結(jié)論

作者簡(jiǎn)介

  李鵬，教授，博士生導(dǎo)師，西北工業(yè)大學(xué)柔性電子研究院副院長(zhǎng)，西安市生物醫(yī)學(xué)材料研究中心主任。李鵬教授課題組針對(duì)各類(lèi)微生物感染和病菌耐藥性日益增強(qiáng)的威脅，專(zhuān)注于抗菌生物材料與柔性器件這一研究領(lǐng)域。在Nat. Mater.、Adv. Mater.、Sci. Adv.等期刊發(fā)表論文100余篇，總他引6000余次；出版英文專(zhuān)著4章節(jié)，授權(quán)/申請(qǐng)專(zhuān)利20余項(xiàng)；主持國(guó)家級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)、省部級(jí)項(xiàng)目10余項(xiàng)。擔(dān)任陜西省柔性電子學(xué)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng)，全國(guó)疝和腹壁外科協(xié)會(huì)第13分會(huì)副主任委員，中國(guó)生物材料學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員及生物醫(yī)用高分子、表界面工程、康復(fù)器械與生物材料分會(huì)委員，J. Mater. Sci. Technol.客座編輯，FlexMat、Smart Mater. Med.編委，Sci. China Mater.青年編委。

  張悅周，副教授，博士生導(dǎo)師，2014年于芬蘭赫爾辛基大學(xué)榮獲博士學(xué)位。之后，相繼在澳大利亞莫納什大學(xué)、墨爾本大學(xué)及芬蘭奧博學(xué)術(shù)大學(xué)開(kāi)展博士后研究工作，2019年初入職西北工業(yè)大學(xué)。研究重心圍繞人民生命健康，尤其針對(duì)社會(huì)普遍關(guān)注的重大疾病，如腫瘤與細(xì)菌感染。長(zhǎng)期以來(lái)，專(zhuān)注于化療-光動(dòng)力/光熱診療一體化技術(shù)的探索，并致力于先進(jìn)納米藥物遞送系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。至今，已在Adv. Mater.、Angew. Chem.、Adv. Funct. Mater.、Adv. Healthcare Mater.、J. Controlled Release等高水平期刊上發(fā)表論文40余篇，同時(shí)，獲得了5項(xiàng)專(zhuān)利授權(quán)并提交了12項(xiàng)專(zhuān)利申請(qǐng)。累計(jì)主持及參與了超過(guò)10項(xiàng)科研項(xiàng)目，其中包括國(guó)家、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃及寧波市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202411117