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針對上述問題，重慶大學鄭曉媛團隊設計了一種納米復合水凝膠（KC@PF@TA），以利用由銀（Ag）納米顆粒增強的Ti 3C 2 Tx的光熱抗菌性能和PF的抗炎、血管生成和細胞增殖促進作用。該水凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的生物相容性、可注射性和機械性能，使其適用于治療不規(guī)則傷口。水凝膠的KC（氧化葡甘聚糖和羧甲基殼聚糖）組分促進了藥物的持續(xù)釋放，負反饋減少了炎癥，增強了抗菌作用，促進了細胞增殖和血管生成，不斷推動傷口血運重建。研究Ti 3C 2 Tx和Ag之間的相互作用，評估了水凝膠的性質(zhì)，并評估了其體外抗菌效率，細胞活力和生物相容性，并在糖尿病動物模型中應用于治療全層感染傷口，結(jié)果顯示該水凝膠能加速傷口閉合，為糖尿病傷口治療提供了全面解決方案。該文章于2025年2月8日以《An MXene nanocomposite hydrogel for enhanced diabetic  infected wound healing via photothermal antibacterial properties and bioactive molecule integration》為題發(fā)表于《MTB》（DOI:10.1016/j.mtbio.2025.101538）。

圖1 研究示意圖

（1）Ti?C?Tx-Ag復合材料的合成和表征

Ti?C?Tx-Ag納米復合材料的制備過程如圖2所示。對Ti?AlC?的致密結(jié)構(gòu)（圖2A）進行HF蝕刻，去除了Al層，將其轉(zhuǎn)化為多層的中空手風琴狀結(jié)構(gòu)的m-Ti?C?Tx（圖2B）。在TMAOH插層和超聲剝離之后，獲得了尺寸約為300 nm的u-Ti?C?Tx納米片（圖2C）。選擇1：5的比例。u-Ti?C?Tx表面存在豐富的活性-OH基團可能是導致檸檬酸鈉還原的AgNPs尺寸不均勻的原因（圖2D-F）。元素分析證實了AgNPs在u-Ti?C?Tx納米片上的成功沉積（圖2G）。

圖2 Ti?C?T?-Ag 復合材料的合成。（A）Ti3AlC2的SEM圖像 （B）m-Ti3C2Tx的SEM圖像 （C）u-Ti3C2Tx的TEM圖像 （D）Ag NPs的TEM圖像 （E）Ti3C2Tx-Ag的SEM圖像 （F）Ti3C2Tx-Ag的TEM圖像 （G）（F）中Ti、Ag元素的EDS分布圖

XRD 分析顯示，Ti?AlC? 的 (104) 峰在 HF 刻蝕后完全消失，表明 Al 層被去除。同時，(004) 和 (002) 峰強度減弱并發(fā)生位移，說明層間距改變和結(jié)構(gòu)有序度降低。此外，出現(xiàn)銀特征的 (111)、(200)、(220) 峰，證實 AgNPs 成功結(jié)合到 u-Ti?C?Tx 納米片中且結(jié)晶度高（圖 3A）。XPS 分析顯示，去除 Al 層后出現(xiàn)新峰（如 C 1s 在 283.3 eV、280 eV），表明 C 和 Ti 的鍵合環(huán)境改變。Ti 2p 峰左移，可能是由于形成表面終止基團（如 -OH、-F 或 -Cl）。Ag 3d 結(jié)合能（367.3 eV 和 373.4 eV）低于純銀，表明 Ag 3d 與 Ti?C?Tx 形成表面化學鍵。Ti 2p 峰右移進一步支持這種相互作用（圖 3B - F）。

圖3 納米復合材料的表征（A）Ti?AlC?、m-Ti?C?Tx、Ti?C?Tx-Ag的XRD圖譜（B）XPS譜圖及（C）Al 2p、（D）Ti 2p、（E）C 1s、（F）Ag的高分辨率XPS譜圖

（2）KC@TA水凝膠的制備和表征

所得KC水凝膠具有獨特的3D孔隙結(jié)構(gòu)（圖4A）。引入Ti?C?Tx-Ag納米復合材料后，KC@TA水凝膠呈現(xiàn)深綠色，孔隙明顯變小，形成更緊湊的3D架構(gòu)（圖4B）。元素分析證實了Ti?C?Tx-Ag的成功結(jié)合。傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）顯示，O-H和N-H鍵在3421 cm?1處有輕微位移，可能是由于交聯(lián)引起的氫鍵變化。C=O峰在1601 cm?1處的位置和強度變化表明形成新的酰胺鍵或羧基，確認CMCS和OKGM成功交聯(lián)并形成新型3D網(wǎng)絡，同時保持原有化學特性（圖4D）。X射線衍射（XRD）顯示Ti?C?Tx-Ag在（111）晶面的特征峰，證實其成功加載到KC水凝膠中（圖4E）。拉曼光譜分析顯示KC@TA水凝膠背景強度升高，特征峰較弱，表明Ti?C?Tx-Ag負載量低但仍存在（圖4F）。X射線光電子能譜（XPS）顯示KC@TA在282.9 eV處有明顯的C-Ti峰，而KC在283.0 eV處信號較弱，證實C-Ti鍵形成和Ti?C?Tx-Ag成功整合到KC基質(zhì)中。O 1s譜從KC的531.1 eV移至KC@TA的530.8 eV，表明通過KC氧基團與Ti?C?Tx-Ag的相互作用形成了Ti-O/Ag-O鍵。這些結(jié)果表明Ti?C?Tx-Ag成功結(jié)合到KC水凝膠基質(zhì)中，形成穩(wěn)定的C-Ti和Ti-O/Ag-O鍵，增強了復合水凝膠的結(jié)構(gòu)完整性。

圖4 水凝膠的制備與表征（A）KC的SEM圖像（B）KC@TA水凝膠的SEM圖像及Ti、Ag的EDS分布圖（C）室溫下KC@TA水凝膠的數(shù)碼照片（D）OKGM、CMCS和OKGM-CMCS的FT-IR光譜（E）Ti?C?Tx-Ag和KC@TA的XRD圖譜（F）KC、Ti?C?Tx-Ag和KC@TA復合水凝膠材料的拉曼光譜

CMCS、OKGM和Ti?C?Tx-Ag的交聯(lián)在2分鐘內(nèi)迅速形成水凝膠（圖5A），且這些水凝膠具有出色的自愈合性能，分段的水凝膠在室溫下5分鐘內(nèi)可重新形成完整結(jié)構(gòu)（圖5B）。水凝膠良好的可注射性使其適用于不規(guī)則傷口治療（圖5C）。KC@TA水凝膠在第一小時內(nèi)迅速膨脹，12小時內(nèi)膨脹率持續(xù)增加，24小時后接近平衡（圖5D）。降解過程緩慢，約11天完全降解（圖5E）。此外，Ag能夠從水凝膠中持續(xù)釋放（圖5F）。這些結(jié)果表明，KC@TA水凝膠的高吸水性和慢降解率有助于促進傷口愈合的濕潤環(huán)境，同時實現(xiàn)藥物的持續(xù)釋放，減少頻繁換藥需求，提高治療效果。

圖5 水凝膠綜合性能測試（A）KC@TA水凝膠形成過程的照片（B）自愈合過程的照片（C）可注射性能的照片（D）水凝膠膨脹比%隨時間變化的曲線（E）水凝膠剩余重量%隨時間變化的曲線（F）有無近紅外（NIR） irradiation (808 nm, 1.2W/cm+2, 10 min) 下Ag濃度隨時間釋放的曲線（????p < 0.0001, n = 3）

（3）復合材料和水凝膠的光熱性能

Ti?C?Tx和Ti?C?Tx-Ag在808 nm近紅外光照射下展現(xiàn)出濃度依賴性的光熱升溫效果（圖6A、B），且KC@TA水凝膠的光熱穩(wěn)定性強于Ti?C?Tx-Ag納米復合材料（圖6C、D）。與純水相比，KC@TA水凝膠在近紅外光照射下溫度顯著升高，且在循環(huán)激光照射下光熱效果穩(wěn)定。這些結(jié)果表明，KC@TA水凝膠具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換能力。Ti?C?Tx-Ag和KC@TA在20分鐘照射下的溫度曲線（圖6E）顯示，KC@TA達到峰值溫度較慢，可能是由于水凝膠基質(zhì)調(diào)節(jié)了光熱轉(zhuǎn)換過程，使其溫度響應更漸進和穩(wěn)定。通過冷卻時間與溫度差比值的自然對數(shù)線性擬合計算時間常數(shù)（τ）和光熱轉(zhuǎn)換效率（η）。KC@TA的τ值為4.106分鐘，略低于Ti?C?Tx-Ag的4.284分鐘（圖6F）。然而，KC@TA水凝膠的光熱轉(zhuǎn)換效率達29.39%（圖6F），表明水凝膠提升了光熱性能。這種提升歸因于水凝膠與納米材料的協(xié)同作用，改善了熱絕緣和光熱能量分布。紅外熱成像進一步證實，將Ti?C?Tx-Ag納入KC水凝膠基質(zhì)可以有效調(diào)節(jié)溫度上升，提供更受控和均勻的光熱響應（圖6G、H），顯示水凝膠基質(zhì)增強了熱穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)了熱分布，體現(xiàn)了兩者的協(xié)同效應。

圖6 光熱性能測試 (A,B) Ti?C?T? 與 Ti?C?T?-Ag 懸浮液的溫度變化曲線。(C, D) 激光“開/關”五輪循環(huán)中 (C) Ti?C?T?-Ag 與 (D) KC@TA 水凝膠的溫度波動。(E) Ti?C?T?-Ag 與 KC@TA 水凝膠溶液在輻照-冷卻全程的溫度曲線。(F) 冷卻階段“時間-ln(ΔT)”線性擬合圖，用于計算光熱轉(zhuǎn)換效率。(G) H?O、Ti?C?T?、Ti?C?T?-Ag 及 KC@TA 水凝膠在近紅外輻照不同時間點的典型紅外熱像。(H) 對應 (G) 的定量溫度統(tǒng)計（***p < 0.001，****p < 0.0001，n = 3

（4）水凝膠的體外抗菌特性

研究三種水凝膠（KC、KC@T200、KC@TA200）對金黃色葡萄球菌（S.aureus）的抗菌效果，其中KC@TA200在近紅外光（808 nm, 1.2 W/cm2）照射下展現(xiàn)出優(yōu)越的光熱抗菌活性，能顯著減少細菌活性至約10%，且在該條件下未觀察到細菌菌落形成（圖7A和B）。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示，KC@TA200處理后的細菌出現(xiàn)嚴重變形和破壞，進一步證實了其抗菌性能的提升（圖7C）。

圖7 體外抗菌實驗（A）水凝膠與S.aureus共培養(yǎng)后菌落照片（B）S.aureus存活率定量分析（C）NIR照射后不同組S.aureus的SEM圖像（比例尺：1 μm）

（5）PF促進HUVECs增殖和遷移

PF（從芍藥中提取的活性化合物）對HUVECs細胞增殖和遷移的影響實驗表明：PF濃度在3.125至200 μmol/L范圍內(nèi)，經(jīng)48小時處理后，細胞增殖呈劑量依賴性增加，12.5 μmol/L開始顯著上升，200 μmol/L時達到最高（圖8A）。細胞遷移實驗顯示，在低（6.25 μmol/L）、中（12.5 μmol/L）、高（25 μmol/L）濃度PF下，隨時間推移遷移率明顯提高，尤其是48小時后，以25 μmol/L PF時遷移率最高（圖8 B和C）。這些結(jié)果表明PF能促進細胞增殖和加速細胞遷移，對有效傷口愈合至關重要。

圖8 HUVECs細胞增殖和遷移評估（A）不同濃度PF處理的HUVECs增殖率結(jié)果（B）PF處理的HUVECs遷移率及（C）0小時、24小時和48小時的代表性圖像（?p < 0.05, ??p < 0.01, ????p < 0.0001, n = 4；比例尺：200 μm）

（6）水凝膠的體外生物相容性

對KC@PF@TA水凝膠進行生物安全性評估發(fā)現(xiàn)，0、25、50、100、200、400 μg/mL濃度下，除400 μg/mL組外，其余組24小時共培養(yǎng)后細胞存活率均超75%，表明具有良好的細胞相容性，但48小時時400 μg/mL組細胞存活率降至54.86%，顯示該濃度下存在顯著細胞毒性，故選擇200 μg/mL為最佳濃度，在此濃度下，Calcein-AM/PI染色顯示共培養(yǎng)48小時后死細胞極少，表明細胞毒性影響小。此外，KC@PF@TA水凝膠的溶血率約為3.17%，低于生物醫(yī)用材料要求的5%標準，說明其對紅細胞的不良影響較小，進一步支持其體內(nèi)使用的安全性。圖9展示了相關實驗結(jié)果。

圖9 體外生物相容性及溶血測試（A）KC@PF@TA水凝膠中不同濃度Ti?C?Tx-Ag處理的NIH3T3細胞毒性結(jié)果（24小時和48小時）（B）200 μg/mL水凝膠處理48小時后Calcein-AM/PI染色細胞的代表性圖像（比例尺：100 μm）（C）溶血代表性圖片及（D）溶血率定量分析（??p < 0.01, ????p < 0.0001, n = 3）

KC@PF@TA水凝膠在適當?shù)募{米材料濃度下展現(xiàn)出良好的生物相容性和低溶血率，表明其作為傷口修復材料的安全性和有效性。

（7）KC@PF@TA水凝膠體內(nèi)糖尿病感染創(chuàng)面愈合性能

體外研究表明，KC@PF@TA水凝膠對修復糖尿病傷口具有顯著潛力。通過連續(xù)五天給C57BL/6J小鼠注射STZ，成功建立糖尿病小鼠模型，血糖水平穩(wěn)定超過16.7 mM。在小鼠背部制造6 mm全層傷口，并在治療前48小時感染金黃色葡萄球菌，隨后用KC、KC@PF和KC@PF@TA水凝膠進行治療。

如圖10A和B所示，與空白水凝膠（KC組）相比，KC@PF和KC@PF@TA水凝膠處理的傷口愈合速度顯著加快。在第13天之前，KC@PF和KC@PF@TA組的愈合率差異不大，但從第13天到第21天，KC@PF@TA水凝膠處理的傷口愈合加速，第21天愈合率達到約88.12%（圖10C）。這表明，盡管KC@PF和KC@PF@TA組與空白水凝膠相比在愈合率上沒有顯著差異，但藥物負載水凝膠有效縮短了炎癥階段，促進了愈合向增殖階段的轉(zhuǎn)變。重要的是，KC@PF@TA水凝膠還增強了組織重塑階段。

圖10 糖尿病小鼠傷口愈合實驗（A）不同時間點（-2、0、3、7、13、21天）傷口代表性圖像（B）傷口面積隨時間變化圖（比例尺：20 mm）（C）傷口面積統(tǒng)計分析（D）21天傷口組織的HE染色（E）Masson's trichrome染色（F）血清中TNF-α、IL-6和VEGF表達水平的ELISA結(jié)果（G）傷口組織中上述因子的表達水平

HE 染色顯示，KC@PF@TA 組在第 21 天愈合狀態(tài)最佳，表皮厚度增加，傷口長度減少（圖 10D）。Masson's trichrome 染色顯示，KC 組傷口處仍有血痂殘留，表皮結(jié)構(gòu)不完整；KC@PF 組表皮更清晰完整，但膠原纖維排列不規(guī)則；KC@PF@TA 組傷口表皮完整，膠原纖維均勻排列，接近健康皮膚（圖 10E）。此外，KC@PF 和 KC@PF@TA 水凝膠處理顯著降低了血清和傷口組織中 IL-6 和 TNF-α 的表達，同時 VEGF 表達增加（圖 10 F和G），表明這兩種水凝膠有效抑制了炎癥反應，促進了新生血管形成和組織再生。

（8）KC@PF@TA水凝膠通過抗炎和促血管生成促進傷口愈合

免疫組化染色顯示，KC 組 CD163 表達較低，表明 M2 巨噬細胞活性弱，可能導致免疫調(diào)節(jié)不足而傷口愈合延遲（圖 11A）。相比之下，KC@PF 組 CD163 表達顯著增加，表明 PF 能有效激活 M2 巨噬細胞，增強免疫調(diào)節(jié)功能，加速傷口修復。而 KC@PF@TA 組 CD163 表達更高，凸顯了 PF 和 Ti?C?Tx-Ag 的協(xié)同作用在促進 M2 巨噬細胞活性方面的優(yōu)勢，這種增強的免疫調(diào)節(jié)可能促進了組織修復和傷口愈合。Western blot 定量分析 CD163 蛋白表達的結(jié)果與免疫組化觀察一致，進一步證實了 M2 巨噬細胞通過免疫調(diào)節(jié)在傷口愈合中的關鍵作用（圖 11C–E）。免疫熒光分析顯示，KC@PF@TA水凝膠處理的傷口在第21天形成更成熟、更長且管腔更大的血管，表明該水凝膠促進了血管生成（圖11B）。Western blot結(jié)果表明，KC@PF和KC@PF@TA處理的傷口中α-SMA表達增加（圖11C和D），表明肌成纖維細胞被激活，這些細胞通過合成細胞外基質(zhì)和收縮傷口組織，在傷口愈合和重塑中發(fā)揮重要作用，同時可能促進膠原蛋白合成，進一步支持組織重塑和創(chuàng)傷愈合。

圖11 KC@PF@TA水凝膠激活M2型巨噬細胞并促進血管新生（A）第21天再生皮膚組織中CD163的免疫組化染色（比例尺：200 μm）；（B）DAPI（藍色）、CD31（綠色）、α-SMA（紅色）及合并的免疫熒光染色結(jié)果（比例尺：50 μm）；（C）GAPDH、α-SMA、CD163的Western blot分析及（D）α-SMA、（E）CD163的定量分析（?p < 0.05, ??p < 0.01, ???p < 0.001, n = 3）