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  致病菌感染嚴(yán)重威脅著公眾健康，基于光熱殺菌的治療策略因其高效且可降低致病菌耐藥性的發(fā)生而越來越引起科研和醫(yī)護(hù)人員的重視。但是光熱殺菌過程引起的高溫會(huì)損傷周圍正常組織和細(xì)胞，針對這一問題，劉亞青教授團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種由致病菌觸發(fā)的多功能水凝膠，通過與局域化學(xué)動(dòng)力療法（L-CDT）相結(jié)合實(shí)現(xiàn)了低溫光熱（LT-PTT）高效殺菌。該工作將具有光熱特性的硫化銅納米顆粒（CuS_NPs）與透明質(zhì)酸（HA）和Fe³⁺-EDTA復(fù)合物混合制備了多功能水凝膠。所制備水凝膠對致病菌表現(xiàn)出很好的吸附性，為后續(xù)L-CDT的發(fā)生提供了很好的基礎(chǔ)。積聚在凝膠表面的細(xì)菌分泌透明質(zhì)酸酶來分解HA并釋放Fe³⁺，F(xiàn)e³⁺被細(xì)菌的微環(huán)境還原成Fe²⁺引發(fā)芬頓反應(yīng)，產(chǎn)生的羥基自由基引發(fā)L-CDT的抗菌作用。進(jìn)而結(jié)合CuS_NPs的光熱特性，實(shí)現(xiàn)可控的LT-PTT抗菌。構(gòu)建的方法在提高抗菌效率的同時(shí)，最大限度地減少了對正常組織的損害。進(jìn)一步將凝膠制作成創(chuàng)可貼，可以有效地促進(jìn)金黃色葡萄球菌感染傷口的愈合過程，證實(shí)了其臨床應(yīng)用的巨大潛力。

圖1. LT-PTT/L-CDT協(xié)同抗菌平臺(tái)的構(gòu)建

  通過體外平板涂布、熒光活/死染色、掃描電子顯微鏡（SEM）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所開發(fā)LT-PTT/L-CDT的抗菌特性（圖2）。單一的抗菌策略L-CDT或LT-PTT可實(shí)現(xiàn)部分抗菌，但其抗菌效果相對較低。兩者的協(xié)同作用極大提高了抗菌能力，殺菌后再培養(yǎng)72小時(shí)也未觀察到菌落，表明構(gòu)建的多功能水凝膠具有良好的抗菌特性。

圖2. 體外抗菌研究：（A）菌落平板計(jì)數(shù)，（B）熒光活/死成像，（C）SEM圖，（D）抗菌效率計(jì)算，（E）平均熒光強(qiáng)度，（F）菌落生長曲線。

  進(jìn)一步構(gòu)建了金黃色葡萄球菌感染的傷口模型，將水凝膠制備成創(chuàng)可貼貼于患處進(jìn)行治療（圖3A），評價(jià)其實(shí)際應(yīng)用的可能性。將傷口部分的中心溫度控制在41-45 °C（圖3B），由于溫度的熱擴(kuò)散特性，傷口周圍溫度低于37°C，降低了高溫對傷口周圍正常組織的熱損傷（圖3C）。L-CDT和LT-PTT的協(xié)同作用有效降低了傷口處致病菌數(shù)量，促進(jìn)了大量成纖維細(xì)胞和膠原纖維的生成，加快了傷口的愈合（圖3 D-G）。對小鼠的生物安全性評估證明治療過程對小鼠的臟器沒有明顯的毒副作用，為其實(shí)際應(yīng)用提供了可能。

圖3. 多功能凝膠創(chuàng)可貼的應(yīng)用：促傷口愈合示意圖（A），小鼠傷口光熱圖（B）及傷口周圍溫度分布（C），傷口愈合圖（D）及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（E），傷口處平板涂布圖（F）及抗菌統(tǒng)計(jì)（G）。

  以上工作以Bacteria-Triggered Multifunctional Hydrogel for Localized Chemodynamic and Low-Temperature Photothermal Sterilization發(fā)表在Small，2021（DOI:10.1002/smll.202103303）。論文第一作者為天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院博士生林曉東，通訊作者為天津科技大學(xué)食品營養(yǎng)與安全國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉亞青教授及南開大學(xué)王碩教授。

  論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202103303