武汉科技大学王玉华教授团队: 基于MXene的糖尿病预防和治疗功能平台

基于MXene的糖尿病预防和治疗功能平台

题目：MXene-Based Functional Platforms for Diabetes Prevention and Treatment

作者：Zixuan Wang, Yuhua Wang, Haijun Zhang, Yumei Wang, Jingwen Liu, Xinghui Liu

DOI：10.1002/cnl2.70130

链接：https://doi.org/10.1002/cnl2.70130

第一作者：Zixuan Wang

通讯作者：Yuhua Wang，Yumei Wang，Xinghui Liu

单位：武汉科技大学

研究背景

糖尿病患病率持续上升且呈年轻化趋势，已成为严重威胁人类健康的重要慢性疾病。尽管近年来血糖监测、药物治疗和并发症干预等手段不断进步，但糖尿病在早期预警、连续无创监测、慢性创面修复以及肾病等并发症管理方面仍面临诸多挑战。在这一背景下，开发兼具高灵敏检测、精准干预和良好生物相容性的新型功能材料，正成为糖尿病预防与治疗领域的重要研究方向。

作为一类新兴二维材料，MXene 兼具优异导电性、丰富表面官能团、大比表面积、良好光热性能和可调界面化学等优势，在糖尿病相关诊疗中展现出独特潜力。现有研究表明，MXene 不仅可用于构建连续无创血糖监测平台，还可通过抗菌、清除活性氧、促进血管生成等作用改善糖尿病创面修复，并在肌酐检测、尿毒症毒素清除等并发症管理中显示出良好应用前景。不过，现阶段相关研究仍主要集中于体外实验和小动物模型，其长期生物安全性、体内代谢与清除行为、复杂生理环境下的结构稳定性以及功能持久性，仍有待进一步系统评估。尤其是在富氧、富水的生理环境中，部分 MXene 材料可能发生氧化降解，进而影响其导电性、界面特性和长期使用稳定性，这也为其在慢性病长期管理中的应用提出了更高要求。与此同时，MXene 的临床转化还面临制备工艺标准化不足、规模化生产一致性不强以及监管评价路径尚不清晰等现实障碍。比如，传统 HF 刻蚀路线可能带来含氟终端基和杂质残留问题，从而增加材料纯度控制、批间差异评估和生物安全验证的难度；未来，围绕无氟绿色制备、关键理化参数界定、ISO 10993 等标准框架下的系统生物学评价，以及与纳米材料监管要求相衔接的质量控制体系建设，将是推动 MXene 从实验室走向临床应用的重要前提。基于此，本文系统总结了 MXene 及其复合材料在糖尿病预防与治疗中的研究进展，并进一步梳理了其在临床转化与监管层面面临的关键问题。

成果介绍

武汉科技大学王玉华教授团队等系统总结了MXene及其复合材料在糖尿病预防和治疗中的最新研究进展。文章围绕MXene高导电性、丰富表面官能团、优异光热响应和良好生物相容性等优势，重点梳理了其在连续无创血糖监测、糖尿病创面抗菌/清除活性氧/促血管生成修复，以及糖尿病肾病相关肌酐检测、尿毒症毒素清除和AGEs抑制等并发症管理中的应用潜力与作用机制，并进一步分析了长期生物安全性、标准化制备、规模化生产和监管评价路径等临床转化关键问题。该工作为MXene基糖尿病功能平台的理性设计及后续临床应用推进提供了系统参考。该成果以《MXene‐Based Functional Platforms for Diabetes Prevention and Treatment》为题发表在高水平期刊 Carbon Neutralization 上。

本文亮点

1、系统总结了MXene及其复合材料在糖尿病预防与治疗中的最新进展，搭建起从监测到治疗再到并发症干预的整体研究脉络。

2、聚焦MXene在连续无创血糖监测、糖尿病创面修复及并发症管理中的多功能应用，展现其在生物医学领域的独特优势。

3、面向实际应用，梳理了MXene在长期安全性、标准化制备、规模化生产和监管评价等方面面临的临床转化关键挑战。

本文要点

要点一

系统梳理MXene及其复合材料在糖尿病预防、治疗及并发症管理中的功能平台构建思路，并阐明其重要性

图1：糖尿病疾病负担及相关研究发展趋势示意图。图中展示了全球糖尿病人群分布、相关研究论文数量变化以及未来发病趋势预测，说明糖尿病防治仍面临长期挑战。

图2：基于MXene的糖尿病功能平台示意图：MXene支持无创血糖监测和多功能伤口愈合解决方案，有助于缓解糖尿病相关并发症。

图1，图2中系统梳理了MXene在糖尿病预防与治疗中的整体应用框架。从图1可以看出，糖尿病患病负担仍在持续加重，围绕血糖检测、创面修复和并发症干预等方向的研究也在不断增加；在此背景下，MXene凭借高导电性、丰富表面官能团、良好亲水性、光热性能和生物相容性等优势，逐渐成为糖尿病功能平台构建的重要候选材料。图2则从无创血糖监测、创面修复到并发症管理三个层面出发，概括了MXene在糖尿病诊疗中的平台化应用潜力，突出了其在多场景协同干预中的综合价值。

要点二

MXene凭借高导电性和可调表面化学，在连续无创血糖监测中展现出优异潜力，涵盖酶型与非酶型传感两类路径

图3：MXene基酶型葡萄糖传感器的设计与应用。

图3展示了MXene通过与rGO、PANI等材料复合，构建三维多孔或柔性传感结构，从而提高酶固定化效率、电子传输能力和葡萄糖检测灵敏度，并进一步拓展到运动状态下的可穿戴汗液血糖监测应用。

图4：MXene基非酶型葡萄糖传感器的设计与应用。

图4汇总了Pt/MXene柔性传感贴片及多种MXene复合非酶型传感体系，说明MXene可通过与Pt、Cu2O、rGO、NiCo LDH等材料协同复合，改善界面电荷传输和电催化反应过程，从而实现更高灵敏度、更宽检测范围和更稳定的汗液葡萄糖检测。

图5：MXene基酶型与非酶型葡萄糖传感器性能对比图，展示了不同体系在检测限、稳定性、响应范围和灵敏度等方面的差异。

图5显示MXene基酶型与非酶型葡萄糖传感器在检测限、循环稳定性、响应范围和灵敏度等关键性能指标上的对比情况，直观反映了不同传感体系在连续无创血糖监测中的性能差异。结合正文可以看出，MXene一方面可通过优异导电性促进电子传输、提升传感响应效率，另一方面还可借助表面官能团和复合结构设计实现酶固定、抗干扰增强及检测范围拓展，因此在可穿戴、柔性、连续化血糖监测平台中展现出较强应用前景。该图也进一步说明了，MXene在酶型与非酶型两类传感路径中都具备良好的材料适配性和性能优化空间。

要点三

在糖尿病创面修复中，MXene可通过抗菌、清除ROS、免疫调控及促血管生成等多机制协同加速伤口愈合

图6：MXene基导电水凝胶在糖尿病创面修复中的构建与作用机制。

图6a–e主要展示了PGMT导电水凝胶体系：其中图6a-b为TA包覆Ti₃C₂及PGMT水凝胶的制备过程，图6c-d说明该体系在电刺激作用下可增强ROS清除并促进细胞增殖，图6e进一步表明其能够加快糖尿病创面愈合。图6f–h主要展示了PPMAg导电抗菌水凝胶体系。整体来看，该图说明MXene可通过构建导电水凝胶平台，在电刺激参与下协同促进糖尿病创面愈合。

图7：MXene基微针体系促进糖尿病创面血管生成与修复。

图7a–d主要展示了 MN-PGA-MXene-GOx 微针体系：其中图7a为该微针的构建过程，图7b–d则表明该体系能够上调 CD31、VEGF 和 HIF-1α 等血管生成相关因子表达，说明其有助于改善创面微环境并促进血管新生。图7e–g主要展示了 TM-MNs 微针体系。该图说明MXene可通过微针递送、光热响应和促血管生成协同作用，加速糖尿病创面愈合。

图8：用于糖尿病伤口愈合的MXene基复合材料的结构-特性-功能示意图。

图8展示了MXene基复合材料用于糖尿病创面修复的“结构—性能—功能”关系，较为全面地概括了其在改善糖尿病创面微环境中的作用机制。图中表明，MXene不仅能够依托其本征特性实现活性氧清除和抗菌抑炎，还可通过调控免疫微环境、促进巨噬细胞极化、增强血管生成和组织再生等途径，协同提升创面修复效果。整体来看，该图较好地揭示了MXene在糖尿病慢性伤口治疗中由单一治疗功能向多机制协同干预发展的特点，也凸显了其在构建智能伤口修复材料方面的优势。

要点四

长期生物安全性、标准化制备、规模化生产、监管评价以及人工智能设计仍是MXene临床转化需要突破的关键问题

图9：MXene在糖尿病监测、创面修复及并发症管理中的研究进展与未来发展方向示意图。

图9展示了MXene在糖尿病监测、创面修复及并发症管理中的研究演进与未来发展方向，不仅回顾了其在不同应用场景中的研究进展，也进一步归纳了未来临床转化所面临的核心挑战，其中包括材料长期生物安全性和大规模制备，面向患者分层需求的个体化设计，以及AI辅助MXene结构优化等，这些都是推动其从实验室走向临床应用的重要基础。

本文小结

该工作系统总结了MXene及其复合材料在糖尿病预防与治疗中的研究进展，从连续无创血糖监测、糖尿病创面修复到并发症管理三个层面梳理了其功能平台构建思路。研究表明，凭借高导电性、丰富表面官能团、优异光热性能和良好生物相容性，MXene在提升葡萄糖传感灵敏度与稳定性、改善感染与氧化应激微环境、促进血管生成与组织修复，以及肌酐检测、尿毒症毒素清除和AGEs抑制等方面均展现出独特优势。与此同时，文章也指出，MXene在糖尿病相关应用中的临床转化仍处于早期阶段，长期生物安全性、体内代谢与清除行为、材料氧化稳定性、标准化制备、规模化生产一致性及监管评价路径等问题仍需进一步解决。该工作不仅为MXene基糖尿病功能平台的理性设计提供了系统参考，也指出未来研究应重点关注以下方向：（1）加强长期毒理学、生物分布及降解行为研究，建立更完善的安全性评价体系；（2）推动无氟绿色制备、规模化稳定生产和质量控制体系建设，提升材料临床转化可行性；（3）结合临床分层需求、人工智能辅助设计和规范化监管要求，加快MXene从实验室研究走向真实医学应用。

作者介绍

通讯作者

王玉华

王玉华现任武汉科技大学物理与力学学院教授。其主要研究方向为能源，环境及交叉材料的探索与开发。

期刊介绍

发 展 历 程

2022年7月17日

期刊首刊发布仪式

2023年3月10日

期刊编委会在中国国际钠离子电池前沿技术与产业发展论坛期间举办

2023年3月11日

高级编委聘任仪式在中国国际钠离子电池前沿技术与产业发展论坛上举行

2023年5月

被国际知名学术期刊数据库DOAJ收录

2024年3月10日

助力第二届中国国际钠离子电池前沿技术与产业发展论坛

2024年4月16日

被ESCI数据库收录

2024年9月20日

助力2024纳米材料与器件创新发展大会

2024年11月16日

助力2024世界青年科学家峰会新能源技术论坛

2025年6月18日

获得首个影响因子=12

2025年7月18日

被EI数据库收录

2025年8月16日

被Scopus数据库收录

2025年8月21日

助力2025全省特种电池材料与技术重点实验室正式启动

2025年11月26日

2026年3月24日

入选新锐分区（原中科院分区）

Carbon Neutralization（《碳中和研究》期刊）是温州大学与Wiley共同出版的国际性跨学科开放获取期刊，立志成为综合性旗舰期刊。期刊于2022年创刊，名誉主编由澳大利亚新南威尔士大学Rose Amal院士担任，主编由温州大学校长赵敏教授和温州大学碳中和技术创新研究院院长侴术雷教授担任，编委会由来自11个国家和地区的28名国际知名专家学者组成，其中编委会19位编委入选2025年度全球“高被引科学家”。且期刊已被ESCI、Scopus、EI、CAS、DOAJ数据库收录，入选为中国科技期刊卓越行动计划二期高起点新刊、新锐分区（原中科院分区），并于2025年获得首个影响因子12。

Carbon Neutralization（《碳中和研究》期刊）重点关注碳利用、碳减排、清洁能源相关的基础研究及实际应用，旨在邀请各个领域的专家学者发表高质量、前瞻性的重要著作，为促进各领域科学家之间的合作提供一个独特的平台。

一审 |

王玉华

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谢棉棉

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侴术雷

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期刊编辑部

carbon-neutralization@wzu.edu.cn.

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