随着糖尿病患病人数持续上升,糖尿病伤口感染已成为临床治疗的一大难题。高血糖环境与微血管功能异常,使得糖尿病伤口极易被细菌感染,愈合速度也大幅变慢。传统抗生素治疗面临耐药菌株(如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌MRSA)的威胁,亟需开发新型无抗生素抗菌策略。
活性氧(ROS)介导的化学动力疗法(CDT)和光动力疗法(PDT),在抗菌领域展现出良好潜力,但CDT受糖尿病伤口中性至碱性的pH值、过氧化氢(H₂O₂)含量不足的限制;PDT依赖外部光源照射,容易损伤伤口周围的正常组织。因此,构建一种无需外部光源、能够自适应调控伤口微环境的智能抗菌材料具有重要意义。
近期,武汉纺织大学胡烈锋老师团队通过静电纺丝技术结合Fe²⁺交联,制备出葡萄糖驱动的自激活MOF@纳米纤维复合膜(LPA@PHM(Fe))。该膜集成了PCN-222 MOF纳米光敏剂、具备葡萄糖氧化酶样活性的金纳米颗粒(Au NPs)、化学发光分子鲁米诺(Lum),并封装在聚乙烯醇(PVA)与透明质酸(HA)构建的纳米纤维骨架中。该智能敷料能响应感染伤口中过表达的透明质酸酶和H₂O₂,触发MOF释放、消耗局部葡萄糖并降低pH值,实现自供H₂O₂的增强型CDT;同时借助化学发光共振能量转移(CRET)激活PDT,全程无需外部光源。

制备过程及作用机理
研究团队首先合成了梭形PCN-222 MOF纳米颗粒,在其表面原位生长Au NPs,再物理包封鲁米诺,得到LPA复合纳米颗粒。随后通过静电纺丝,将LPA均匀负载于PVA/HA纳米纤维膜中,经Fe²⁺交联后,最终制得LPA@PHM(Fe)复合膜。透射电镜(TEM)和能谱分析(EDX)证实了Au NPs在MOF表面的均匀分布以及Lum的成功负载。X射线衍射(XRD)和氮气吸附-脱附等温线表明,LPA保留了PCN-222的晶型结构和介孔特性,同时比表面积略有下降,证实了Au和Lum的引入。

LPA介导的CRET过程及其光敏性能
光谱检测显示,PCN-222的吸收峰(约410 nm)与Lum的化学发光发射峰(约425 nm)高度契合,CRET效率达78.3%。在模拟慢性伤口的100 μM H₂O₂环境中,LPA NPs呈现浓度依赖的强化学发光,加入20 mM葡萄糖后发光强度进一步提升,这是因为Au NPs可催化葡萄糖生成额外H₂O₂。DPBF探针实验表明,LPA+H₂O₂+葡萄糖组合,在无外部光照条件下能大量产生单线态氧(¹O₂),成功实现自激活PDT。

复合纳米纤维膜的表征
SEM和TEM显示,LPA NPs均匀嵌入且沿纤维轴向排列,未破坏膜的多孔结构。亲水性测试表明,添加LPA后膜的亲水性提升(接触角从68°降至54°);Fe²⁺交联后,膜亲水性略有下降(水接触角升至83.4°),但仍保持亲水特性,机械强度显著提高。该膜可轻松集成于绷带模型中,贴合皮肤并保持结构完整性。

糖尿病MRSA感染伤口愈合的体内评价
在糖尿病小鼠MRSA感染全层皮肤缺损实验中,LPA@PHM(Fe)组第14天伤口完全愈合,对照组仍有明显溃疡。伤口细菌计数显示,LPA@PHM(Fe)组伤口细菌数量最低,抗菌效果突出。组织学分析显示,LPA@PHM(Fe)组再生皮肤毛囊完整、胶原沉积致密、新生血管丰富,血清中炎症因子水平显著降低,且小鼠主要器官未见明显毒性,生物相容性优异。
该研究通过静电纺丝技术成功构建葡萄糖驱动的自激活MOF@纳米纤维复合膜,实现无外部光照的CDT/PDT协同抗菌。该智能敷料可响应伤口感染微环境,自主调节葡萄糖、pH值与H₂O₂水平,为糖尿病感染伤口的无抗生素治疗提供新路径,在可穿戴医疗、智能伤口敷料领域拥有广阔应用前景。