細菌感染已成為全球公共衛生重大挑戰。NIR-II成像引導的光熱治療是一種前景廣闊的非侵入性治療策略。然而，其療效受限于治療藥物在感染部位積累不足以及對生物膜穿透能力有限等問題。當前的研究主要聚焦于納米載體的尺寸、形狀和表面性質對細菌生物膜滲透的影響，而載體的硬度這一重要參數在抗菌治療中的作用尚未被充分探索。
近日，山東大學崔基煒教授和山西大學馮麗恒教授合作團隊開發了一種負載J-聚集體的金屬-多酚超分子納米膠囊，可控的納米膠囊硬度能夠改善其在細菌感染部位的富集和在生物膜中的滲透能力，最終實現NIR-II成像引導的高效抗菌光熱治療。該工作的創新之處在于：制備得到的納米膠囊具有NIR-II熒光成像和優異的光熱轉換效率（82.1%），并且證明了較軟的納米膠囊在感染部位具有更優異的富集效率和生物膜滲透能力，從而顯著提高抗菌效果。此外，該納米膠囊在酸性感染微環境中能夠發生降解，釋放出具有抗炎效果的單寧酸（TA），實現協同抗炎。該遞送系統整合了NIR-II成像、高效光熱治療和抗炎三種功能，結合對膠囊硬度的調控，可有效治療淺表或深層組織的細菌感染，為高效抗菌納米材料的設計提供了新的思路。
2026年2月3日，相關研究成果以“Stiffness-Tunable Phenolic Nanocapsules Loaded with J?Aggregates for Near-Infrared II Imaging-Guided Phototherapy of Bacterial Infections“為題發表在ACS Nano上。山東大學化學與化工學院崔基煒教授和山西大學化學化工學院馮麗恒教授為該論文的通訊作者，山西大學田媛副教授為該論文的第一作者。
將合成的具有A-D-π-D-A結構的BTPTIC分子與8-arm-PEG-OH共組裝形成了J-聚集體（BTPTIC@PEG J-aggregates），并負載到ZIF-8中制備得到BTPTIC@PEG@ZIF-8納米顆粒作為模板，在TA的刻蝕下最終形成BTPTIC@PEG-TA納米膠囊。通過調控TA的濃度，制備得到了具有不同硬度的BTPTIC@PEG-TA納米膠囊，分別為BTPTIC@PEG-TA6、BTPTIC@PEG-TA3、BTPTIC@PEG-TA1和BTPTIC@PEG-TA0.5納米膠囊（圖1）。通過分子動力學模擬探究了BTPTIC與8-arm-PEG-OH在水溶液中的自組裝行為，證明了J-聚集體的形成（圖2）。BTPTIC@PEG-TA納米膠囊的硬度隨著膠囊壁厚的增加而增加，在830 nm處具有近紅外吸收，發射波長紅移到NIR-II窗口，展示出了NIR-II成像的潛力。同時，BTPTIC@PEG-TA6、BTPTIC@PEG-TA3、BTPTIC@PEG-TA1和BTPTIC@PEG-TA0.5納米膠囊的光熱轉換效率相比于BTPTIC分子（44.3%）被提高至82.1%、80.3%、75.7%和72.8%，顯示出優異的光熱特性（圖3）。在體外抗菌、抗生物膜和NIR-II活體熒光成像實驗中，最軟的BTPTIC@PEG-TA0.5納米膠囊展現出最優異的殺菌效果、生物膜滲透能力和感染部位富集效率（圖4，5）。結合在酸性條件下降解釋放TA的性能，BTPTIC@PEG-TA0.5納米膠囊在消除細菌生物膜的同時能夠有效緩解感染部位的炎癥從而促進組織修復，對小鼠細菌性生物膜傷口和肺炎均展示出有效的治療（圖6,7）。
圖1.（a）BTPTIC@PEG-TA納米膠囊的制備和硬度調控示意圖。（b）BTPTIC@PEG-TA納米膠囊對細菌感染性傷口和肺炎的治療效果。
圖2.（a）BTPTIC的分子結構。（b）8-arm-PEG-OH和（c）BTPTIC在分子動力學模擬中的結構模型示意圖。（d）BTPTIC和8-arm-PEG-OH組裝后的圖片。BTPTIC聚集體的（e）俯視圖和（f）側視圖。
圖3.（a）BTPTIC@PEG-TA6、（b）BTPTIC@PEG-TA3、（c）BTPTIC@PEG-TA1和（d）BTPTIC@PEG-TA0.5納米膠囊的TEM圖片。比例尺為150 nm。（e）BTPTIC@PEG-TA納米膠囊的壁厚。BTPTIC@PEG-TA納米膠囊的（f）力-變形曲線和（g）楊氏模量。BTPTIC@PEG-TA納米膠囊的（h）吸收光譜、（i）發射光譜和（j）光熱升溫曲線。
圖4.經（a）BTPTIC@PEG-TA6、（b）BTPTIC@PEG-TA3、（c）BTPTIC@PEG-TA1和（d）BTPTIC@PEG-TA0.5納米膠囊處理后金黃色葡萄球菌的存活率。（e）不同處理條件下金黃色葡萄球菌的照片及（f）掃描電子顯微鏡圖像，比例尺為500 nm。（g）不同處理條件下金黃色葡萄球菌生物膜清除率定量分析。（h）不同處理條件下生物膜的3D共聚焦熒光顯微鏡圖像。（i）不同處理條件下L929細胞的存活率及（j）活死細胞染色圖像。綠色與紅色分別代表活細胞和死細胞，比例尺為10 μm。（k）BTPTIC@PEG-TA納米膠囊的溶血率實驗。
圖5.（a）NIR-II活體熒光成像實驗流程示意圖。（b）經尾靜脈注射PBS及不同硬度的BTPTIC@PEG-TA納米膠囊后，細胞感染模型小鼠傷口部位的熒光強度統計數據及（c）對應的活體NIR-II熒光圖像。（d）經尾靜脈注射不同硬度的BTPTIC@PEG-TA納米膠囊，48小時后小鼠體內的分布情況。
圖6.（a）小鼠細菌生物膜傷口建模和治療的流程示意圖。（b）傷口愈合過程的照片和（c）傷口面積統計數據。治療第5天傷口處組織的（d）Giemsa和（e）H&E染色圖片。
圖7.（a）小鼠細菌性肺炎的模型建立和治療流程示意圖。（b）808 nm激光照射下的細菌性肺炎小鼠熱成像圖。（c）治療第5天，對小鼠肺部灌洗液中的細菌進行培養后的照片。（d）小鼠肺組織照片和（e）生存率曲線。（f）不同治療組中，小鼠血清中細胞因子水平（TNF-α、IL-1β、IL-6）。（g）不同治療后第5天，肺組織的H&E和（h）NF-κB染色圖像。（i）肺組織中NF-κB表達的定量統計數據。進行不同治療后，肺組織中M1和M2巨噬細胞的（j）熱圖和（k）比例分析數據。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c19432
