近日，太原理工大学黄棣/魏延团队和四川大学邓怡团队合作，在ACS Applied Materials & Interfaces上发表了题目为“Nanocatalytic Hydrogel with Rapid Photodisinfection and Robust Adhesion for Fortified Cutaneous Regeneration”的研究论文，本研究在快速光消毒和强粘附性的纳米催化水凝胶用于强化皮肤再生方面取得新进展。

  侵袭性细菌感染引起的慢性炎症，严重干扰皮肤再生的正常愈合过程。感染微环境缺氧(IME)严重影响了光动力疗法在光疗中的抗菌作用。研究使用水热法原位合成了MXene/CuS 2D生物异质结，将MXene/CuS 2D生物异质结引入聚乙烯醇(PVA)和聚多巴胺(PDA)的复合体系中，设计并制备了一种具有多种功能的MXene/CuS 2D生物异质结水凝胶系统(PVA/PDA/MXene/CuS 水凝胶)。原位合成的MXene/CuS 2D生物异质结使该系统具有优良的光热和光动力性能，并表现出良好的抗氧化和抗菌性能，能有效杀死细菌。抗菌实验表明，加入MXene/CuS 2D生物异质结后，水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抑菌活性，在近红外光照射60 min (980 nm，1.4 W/cm²)下，抗菌活性分别显著提高至95.14%和94.47%。PDA进一步改善水凝胶系统生物相容性的同时使水凝胶具有粘附性，对猪皮的粘附力为69.23 kPa。PVA/PDA/MXene/CuS水凝胶可以维持Cu²⁺的持续释放，MXene/CuS 2D生物异质结的加入能明显减缓和抑制Cu²⁺的释放，在37℃ PBS环境中36 h，Cu²⁺的释放量为201.65 μg /L，显著低于PVA/PDA/CuS水凝胶。CCK8细胞毒性试验表明PVA/PDA/MXene@CuS水凝胶具有较低的细胞毒性。细菌感染的直径为6 mm的圆形小鼠后背伤口，7天后可完全愈合。本研究提出了一种简单的方法来制备多功能异质结水凝胶，用于无药物清除细菌感染和避免抗生素耐药性，有效促进皮肤创面愈合。

研究亮点：

  亮点一：MXene/CuS生物异质结的制备：采用水热法原位合成了MXene/CuS 生物异质结，使该系统具有优异的PDT/PTT性能。

  亮点三：近红外光下快速杀菌。加入MXene/CuS 2D生物异质结后，水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有良好的抑菌活性，在近红外光照射60 min (980 nm,1.4 W/cm²)后，抗菌活性分别达到95.14%和94.47%。

  亮点四：快速促进伤口愈合。通过促进胶原和毛细血管再生，细菌感染的直径为6 mm的圆形小鼠后背伤口，7天后可完全愈合。

图2.(a)不同水凝胶的应力-应变曲线。(b)不同水凝胶的弹性模量。(c)不同水凝胶断裂时的伸长。（d）粘附强度试验图。(e)水凝胶对猪皮的粘合强度。(f)PVA/PDA/MXene/CuS水凝胶在37°C时对各种底物的粘附强度。(g)显示PVA/PDA/MXene/CuS水凝胶对聚丙烯(PP)，玻璃，钢和猪皮粘附的图片。

图3. (a)铜离子标准曲线的确定。(b) PVA/PDA/MXene/CuS水凝胶在37°C下累积释放Cu²⁺。(c) Cu²⁺从水凝胶累积释放到PBS中60 min。(d) DPBF的反应机制。(e)在980 nm近红外（1.4 W/cm²）下，紫外光谱仪在414 nm处检测到DPBF溶液的A_t/A₀值，(f) DPBF损耗率。(g) TA的反应机制。(h)用荧光光谱仪在435 nm处检测到TAOH的A_t/A₀值。(i)不同水凝胶在同一时间的氧化酶活性(无光60 min，有光5 min)。水凝胶和AA的浓度分别为50和2.5 mg/mL。(j)MXene/CuS生物异质结中PDT效应机制的示意图。

图5. 用不同样品处理(a)大肠杆菌和(b)金黄色葡萄球菌的抑菌结果。(c)水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌（*与金黄色葡萄球菌有关，#与大肠杆菌有关）的抗菌率在冰浴中980 nm近红外辐照60 min。对(d)大肠杆菌和(e)金黄色葡萄球菌的抗菌率。(*与?近红外24 h有关，#与+近红外60 min有关)。

图6. (a)感染伤口结构及伤口消毒/愈合过程示意图。(b) 具有代表性的实时红外热图像。(c, d) PVA/PDA/MXene/CuS水凝胶的光热加热曲线。(e) PVA/PDA/MXene/CuS水凝胶治疗后不同时间点的伤口愈合率定量分析。(f) 伤口照片。(g) 伤口闭合演变。(h) 金黄色葡萄球菌在体内治疗5天和7天后的平板结果。(Group I: control group; Group II: commercial hydrogel excipients; Group III: PVA/PDA/MXene/Cu; Group IV: PVA/PDA/MXene/CuS(+NIR))。

  该文成功合成了一种具有增强型光疗功能的新型纳米催化水凝胶，可快速杀灭细菌并修复感染引起的慢性皮肤创面。与之前报道的光疗杀菌相比，PVA/PDA/MXene/CuS纳米水凝胶在不添加H₂O₂的情况下产生·OH。此外，MXene/CuS在近红外下既可以进行PTT又可以进行PDT，Cu²⁺也具有持续的抗菌能力，Cu/Cu²⁺显示出持续产生O₂的能力，从而增强了PDT在体内的作用。值得注意的是，这种生物催化方法在808 nm激光照射下显示出显著的光疗效果，包括优异的PTT和提高的PDT效率。PVA/PDA/ MXene/CuS纳米催化水凝胶也具有良好的生物相容性，可通过减轻炎症、促进胶原沉积和血管生成来加速创面愈合。因此，这种具有增强光疗效果和激活IME反应的纳米催化水凝胶将在未来的临床实践中对感染创面具有较高的治疗效果。

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c17366