《Biomaterials》深圳大学陈实/吴军：激光辅助类过氧化物酶水凝胶实现伤口感染监测与清除！

第一作者：Zhibin Li

通讯作者：陈实、吴军

通讯单位：深圳大学医学院

研究速览

最近，深圳大学医学院陈实团队和吴军团队在《Biomaterials》期刊发表了激光辅助类过氧化物酶水凝胶：同时实现伤口感染监测与清除的文章。临床上，尽管人们已付出巨大努力来预防急性和慢性伤口中的侵袭性细菌感染，但抗菌剂的滥用或过度使用仍然是伤口管理的一大障碍，这显著增加了伤口消毒中有害副作用和并发症的风险。在此，作者研发了一种 MPAH 水凝胶敷料，以实现实时感染监测和按需抗菌治疗。在该方案中，作者提出了一种创新策略，即利用激光辅助 MPAH 光分解 H₂O₂，触发活性氧（ROS）的爆发释放，从而杀灭细菌。借助 pH 值变化的可视化指示以及激光介导的 ROS 爆发释放特性，MPAH 能够实时监测伤口感染状态，同时在低 H₂O₂剂量下赋予其优异的按需抗菌活性。此外，MPAH 还能提供良好的愈合环境，协同促进伤口闭合和上皮再生。凭借这些优势，MPAH 在伤口消毒方面展现出巨大潜力，同时解决了常规医用 H₂O₂（3%，体积比）的组织毒性问题。因此，作者的研究不仅开创了一种极具前景的替代性抗菌策略，更令人振奋的是，还为激光辅助 H₂O₂光分解的潜在生物医学应用开辟了广阔前景。

要点分析

要点一：作者发现近红外光照射能够显著增强 MoS₂ NSs 的过氧化物酶催化反应，同时检测到强烈的活性氧信号。随后的抗菌实验表明，在低浓度 H₂O₂的辅助下，MPAH 联合近红外照射展现出更强的抗菌活性。在该体系中，低剂量 H₂O₂的使用降低了常规医用 H₂O₂固有的细胞毒性，同时实现了激光可控的按需伤口消毒治疗方式，从而解决了临床实践中因抗菌剂滥用或过量使用而引发的重大医疗问题。此外，体内伤口灭菌和愈合实验结果还显示，在激光辅助低浓度 H₂O₂光分解的作用下，MPAH 能够实现可视化的伤口监测和按需抗菌活性，进而促进伤口愈合。这些独特的优势促使作者提出了一种替代传统伤口消毒的创新治疗方案。

图1. MPAH 的制备过程及其在激光辅助类过氧化物酶抗菌应用中用于伤口消毒和组织重塑的示意图。在此设计中，MPAH 具有诸多令人关注的优势，如监测伤口 pH 值变化、类过氧化物酶光分解活性、激光促进的活性氧爆发释放、按需抗菌活性、最小化的细胞毒性以及良好的伤口愈合环境，这些优势使其成为对抗伤口感染的一种极具潜力的替代方案。

图文导读

图2. MPAH 的制备与表征。（a）风力辅助通过钙离子交联制备含二硫化钼纳米片（MoS₂ NSs）的海藻酸盐水凝胶微球的示意图。（b）MoS₂ NSs 的扫描电子显微镜（SEM）表征。（c）MoS₂ NSs 的原子力显微镜（AFM）测量（插图：沿红线的高度剖面）。（d）含 MoS₂ NSs 的水凝胶微球的光学显微镜观察。（e）含 MoS₂ NSs 的水凝胶微球内部形貌的 SEM 观察。（f）酚红（PR）、MPAH、MoS₂ NSs、含酚红的聚丙烯酰胺 - 海藻酸盐双网络水凝胶（PPAH）、SDS-PAGE 凝胶的傅里叶变换红外光谱（FTIR）。（g）SDS-PAGE 凝胶和（h）MPAH 的代表性表面形貌。（i）SDS-PAGE 凝胶、PAH 和 MPAH 的拉伸性能评估。

图 3. MPAH 的激光辅助类过氧化物酶活性表征。（a）经对苯二甲酸（TA）处理的 H₂O₂溶液和 MPAH 在有无近红外（NIR）激光照射下的羟基对苯二甲酸（TAOH）荧光光谱；（b）以 DMPO 为自由基捕获剂检测・OH 的电子自旋共振（ESR）光谱；（c）以 DMPO 为捕获剂检测・O₂⁻的 ESR 光谱；（d）以 TEMP 为自旋捕获剂检测 ¹O₂生成的 ESR 光谱；（e）不同功率密度近红外照射下・OH 指示剂亚甲基蓝（MB）脱色的紫外 - 可见 - 近红外光谱；（f）预设温度条件及不同处理下 H₂O₂水平的测定。

图 4. MPAH 的 pH 敏感性及其在伤口感染监测中的潜在应用。（a）pH 敏感型 MPAH 可指示 4.5 至 9.0 范围内的 pH 值。（b）MPAH 在不同 pH 条件（4.5-9.0）下的荧光光谱。（c）代表性数码照片显示 MPAH 在体内从第 0 天到第 3 天监测伤口感染的情况。

图5.体外抗菌和抗生物膜评估。（a）不同组对大肠杆菌（E. coli）和金黄色葡萄球菌（S. aureus）的抗菌效果。（b）不同组对铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）和鲍曼不动杆菌（A. baumannii）的抗菌效果。（c）代表性共聚焦激光扫描显微镜（CLSM）三维投影图显示激光辅助 MPAH 光分解 H₂O₂的抗生物膜性能。

图6.解析 MPAH 的激光辅助抗菌行为及其潜在机制。（a）扫描电子显微镜（SEM）图像显示经 H₂O₂、H₂O₂+ 近红外（NIR）、MPAH、MPAH+NIR、H₂O₂+MPAH 或 H₂O₂+MPAH+NIR 处理后细菌的形态变化。（b）不同处理后细菌的胞内活性氧（ROS）水平；（c）不同处理后细菌的谷胱甘肽（GSH）损失率。

图 7. MPAH 作为激光辅助抗菌伤口敷料的细胞相容性和血液相容性。（a）人永生化角质形成细胞（HaCaT）和（b）小鼠成纤维细胞（L929）在浓度为 2% 至 10%（体积比）的 MPAH 浸提液处理后的细胞活力。（c）流式细胞术定量分析高浓度（10% 体积比）MPAH 浸提液处理后的 HaCaT 细胞总凋亡率，以及（d）L929 细胞总凋亡率。（e）细胞在 H₂O₂、MPAH 浸提液、H₂O₂+MPAH（有无近红外照射）处理后的细胞毒性。（f）经不同处理后，钙黄绿素 - AM（绿色荧光，活细胞）和碘化丙啶（PI，红色荧光，死细胞）共染色细胞的共聚焦荧光图像。（g）红细胞与不同成分水凝胶孵育后的溶血实验。（h）大鼠建立感染伤口模型并经不同处理后，在第 1 天、第 3 天和第7天。

结论

总之，作者成功研发出一种新型 MPAH 水凝胶敷料，可同时实现伤口感染的监测与清除。其中，pH 敏感型酚红作为指示剂，赋予 MPAH 实时监测伤口感染状态的能力。当伤口发生感染时，其 pH 值会变为碱性，MPAH 则通过可见的颜色变化来指示感染状态。此外，当 MPAH 辅以低浓度 H₂O₂溶液并暴露于近红外光照射时，其激光辅助的类过氧化物酶活性可高效分解 H₂O₂并爆发释放活性氧（ROS），从而灭活细菌，实现激光可控的按需伤口消毒。从机制上讲，当近红外光的能量超过 MPAH 内部所包裹的 MoS₂纳米片的能隙时，光能可极大促进电子从价带（VB）向导带（CB）跃迁，形成电子 - 空穴对，进而促进 H₂O₂分解并爆发释放 ROS。借助这种激光可控的 ROS 爆发释放，作者成功开发出一种基于低剂量 H₂O₂溶液的先进伤口消毒方式，从而避免了常规医用 H₂O₂所导致的不良组织毒性。令人惊喜的是，体外和体内研究均表明，该治疗方案具有多种优良特性，如 pH 敏感型伤口感染监测能力、激光辅助的类过氧化物酶抗菌活性、良好的生物相容性以及促进伤口愈合的能力。因此，本研究提出了一种集伤口感染监测与清除于一体的激光辅助类过氧化物酶抗菌水凝胶敷料新设计，这不仅为伤口管理中根除细菌感染提供了一种极具前景的替代敷料，也为探索激光辅助 H₂O₂光分解在更广泛抗菌应用中的潜力开辟了新视野。

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2025.123542

参考文献：Zhibin Lia,b, Guangtao Huanga, Xiangqiang Daia,b, Mulan Qahara, Zi Yea,b, Minghui

Wanga, Jiawen Denga, Xiaoqi Zhanga, Yan Zhoua, Yu Hec, Shi Chena,b, Jun Wu. Laser-facilitated peroxidase-like hydrogel with simultaneous wound infection monitoring and eliminating.

Biomaterials

DOI: 10.1016/j.biomaterials.2025.123542