摘要：细菌感染，特别是多重耐药细菌（MDR）感染引起的慢性伤口问题严重威胁患者的生命，也给全世界公共医疗系统带来了沉重负担。因此，迫切需要开发能够有效治疗细菌感染并促进伤口愈合的先进伤口敷料。
细菌感染，特别是多重耐药细菌（MDR）感染引起的慢性伤口问题严重威胁患者的生命，也给全世界公共医疗系统带来了沉重负担。因此，迫切需要开发能够有效治疗细菌感染并促进伤口愈合的先进伤口敷料。
近日，海南大学生物医学工程学院吴锡龙教授团队通过溶液吹纺（SBS）工艺将单层碳化钛（Ti3 C2 Tx）/缺氧钼氧化物（MoO3-x，x）复合纳米颗粒（简称T/M）嵌入聚乳酸（PLA）基质中，随后在表面进行聚苯胺（PANI）的原位聚合，从而制备出一种多功能仿生导电纳米纤维支架，即T/M@PLA/PANI复合支架。这种支架模仿天然细胞外基质（ECM），结合了光热治疗（PTT）、光动力治疗（PDT）和催化抗菌活性与电刺激（ES）的优势，为治疗多重耐药菌感染和促进伤口愈合提供了一种全方位策略。
32x是一种具有类金属特性的光热材料，在近红外窗口（808 nm）表现出强烈的局域表面等离子体共振（LSPR）效应，已被广泛用于光热治疗和光催化应用。同样，含有氧空位的MoO3-x也表现出可调的LSPR效应。T/M双等离子体结构可以利用LSPR耦合效应增强光热转换效果，且构成的肖特基异质结可以加快光电子传输，结合I型与II型PDT产生大量的·O2−2；与此同时，Mo5+和Mo6+引起的环状类过氧化物酶（POD-like）反应和类谷胱甘肽氧化酶（GSHOx-like）反应不断利用H22产生·OH，并消耗GSH，形成“ROS飓风”，压垮细菌的防御机制。此外，由于PANI的加入，复合纳米纤维支架还表现出优异的导电性。利用ES增强电传输，构建细胞通讯网络，从而在伤口愈合的中后期刺激细胞增殖、分化和迁移，有效促进伤口愈合。图1. T/M@PLA/PANI复合纳米纤维支架的合成过程以及抗菌和伤口修复机制示意图
图3. T/M@PLA/PANI复合纳米纤维支架的表征
通过场发射扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射仪（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、接触角测量仪、同步热分析仪（TGA）以及力学拉伸实验仪等仪器测试分析，该研究成功制备了Ti32x和MoO3-x、T/M纳米颗粒和T/M@PLA/PANI复合纳米纤维支架。图4. T/M复合纳米颗粒的光热性能及光学仿真
32x和MoO3-x的接触会产生LSPR耦合，该研究使用FDTD Solutions软件进行了光学仿真。结果表明，一方面Ti32x和MoO3-x在808 nm激光照射下分别产生的LSPR，能够通过两种材料的接触发生耦合，这种耦合使材料表面的电场强度得到了大幅提高，进而提高其光吸收能力。另一方面Ti32x3-x的锚定提供了位点，使得MoO3-x可以相互靠近或接触，产生两个MoO3-x之间的LSPR耦合。两种机制共同导致了复合材料局部电场的增强，为Ti32x/MoO3-x的光学吸收和光热转换效应做出贡献。图5. T/M@PLA/PANI复合纳米纤维支架的光热性能
图6. 光动力效应和纳米酶活性表征
经过一系列光电化学和活性氧捕获的测试，该研究对于光动力反应过程的机制可以做出如下解释：：（1 ）由于MoO3-x的导带电位为-0.64 eV（vs NHE）比O2222。而x价带电势（-0.12 eV vs NHE）却没有比OH-/·OH的标准电势（2.40 eV vs NHE）更正，因此光生空穴无法通过与H2O反应生成·OH。（2 ）与此同时，Ti32x表面产生热电子，将三重态的氧分子转换成对细菌高毒性的1 O2。（3 ）因此，MoO3-x通过Ⅰ型PDT途径产生了·O232x232x和MoO3-x复合纳米颗粒的构建，实现了单波长光照射下Ⅰ型PDT和Ⅱ型PDT结合，显著提升光动力效果。图7. 密度泛函数理论计算
根据密度泛函数（DFT）理论计算的结果，该研究得出以下结论。当Ti32x和MoO3-x接触后，由于它们的费米能级差异，在Ti32x/MoO3-x界面可以形成一个肖特基异质结。电荷从MoO3-x到Ti32x发生不可逆的迁移，直到达到功函数的平衡并形成稳态。此外，随着Ti32x的引入，MoO3-x的带隙减小，更多的光生电子可以跃迁到导带并转移到Ti32x的表面。然后，肖特基势垒的形成可以阻止光生电子与空穴重新结合，大大提高了光催化效率。图8. T/M@PLA/PANI复合纳米纤维支架的体外抗菌性能
图9. T/M@PLA/PANI复合纳米纤维支架的体外抗生物膜性能
平板涂布菌落计数、细菌活死染色、扫描电镜观察以及结晶紫染色等实验均表明，T/M@PLA/PANI复合纳米纤维支架在808 nm激光照射下具有优异的抗菌、抗生物膜作用。
图10. T/M@PLA/PANI复合纳米纤维支架抗感染和促进伤口愈合的体内分析
图11. 体内伤口愈合的组织学分析
体内实验结果表明，T/M@PLA/PANI复合纳米纤维支架在808 nm激光以及电刺激的作用下，可以快速清除感染、减轻炎症反应、促进成纤维细胞的增殖和成纤维细胞对胶原蛋白的分泌，且具有优异的生物安全性。
总体而言，这项工作提供了一种具有良好治疗性能并机制清晰的仿生纳米纤维支架，以对抗MDR细菌感染并促进伤口快速愈合。这种具有前瞻性的新策略，将为感染伤口的治疗提供新思路。
相关工作以“Plasmon-enhanced schottky nanoscaffolds for phototherapy and catalytic treatment of multidrug-resistant bacterial infections”为题发表在学术期刊《Chemical Engineering Journal》上。海南大学生物医学工程学院吴锡龙教授为文章唯一通讯作者。海南大学本科毕业生吕超逸（现北京协和医学院硕士研究生）和海南大学吴云娣高级实验师为文章共同第一作者。
该研究得到了国家自然科学基金（52073077、22065011和51703256）、海南省自然科学基金（522CXTD512和522MS039）、海南省重点研发专项（ZDYF2025SHFZ026和ZDYF2023SHFZ142）、海南大学协同创新中心研究项目（XTCX2022JKB06）、海南医科大学国家卫生健康委员会热带病防治重点实验室开放基金（2023NHCTDCKFKT21004）的资助。在此项研究中，感谢南海海洋资源利用国家重点实验室先进仪器设施提供的支持。
通讯作者简介：
吴锡龙，教授/研究员，博士生导师，博士后合作导师。海南省高层次拔尖人才、海南省优秀研究生导师、海南大学C类高层次引进人才，现为海南大学微纳米智能生物诊疗团队带头人。主要研究方向为微纳米诊疗技术、生物水凝胶与功能微纳米纤维、类器官疾病模型、生态环境污染与微纳米防治技术等，相关科研成果以通讯或第一作者发表在Advanced Functional Materials、Advanced Science、Biomaterials、Small、Chemical Engineering Journal等国际著名SCI期刊上，近年来主持包括国家自然科学基金面上项目、青年项目与地区项目、海南省自然科学基金创新研究团队项目、海南省科学研究人才基金等国家级和省市级项目，并获得国家授权发明专利十余项。同时担任国家卫生健康委科技创新2030-“癌症、心脑血管、呼吸和代谢性疾病防治研究”重大项目评审专家、国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项评审专家、国家自然科学基金委面地青项目评审专家、教育部学位中心学位论文评审专家、中国生物医学工程学会类器官和器官芯片分会委员、广东省精准医学应用学会类器官和器官芯片分会常务委员、北京市自然科学基金评审专家、海南自由贸易港知识产权法院技术调查官，并担任学术期刊Journal of Membranes and Separation Technology、Journal of Modern Nanotechnology等学术期刊编委。
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来源：高分子科学前沿
