铁掺杂姜黄素碳点水凝胶用于感染性糖尿病创面：光热与纳米酶催化如何配合

糖尿病创面迟迟不能愈合，往往不是单一因素造成的。局部血液循环受损、炎症长期存在以及细菌感染可能彼此影响，一旦形成生物膜，抗菌处理和后续修复都会变得更加困难。壳聚糖适合构建创面敷料，与β-甘油磷酸钠混合后还可形成温敏凝胶，不过，仅依靠壳聚糖本身通常难以获得足够的抗菌效果。

姜黄素具有一定生物活性，但水溶性较低，直接应用受到限制。该研究没有将姜黄素作为普通载药分子使用，而是将其转化为铁掺杂碳点。所得FeCDs能够在H₂O₂参与下催化生成具有杀菌作用的羟基自由基，同时消耗谷胱甘肽。介孔二氧化硅承担装载和延缓释放的作用，聚多巴胺则负责吸收近红外光并升温。几种材料由此被整合进同一套局部水凝胶体系。

研究将FeCDs负载介孔二氧化硅后形成的纳米组分嵌入聚多巴胺改性壳聚糖与β-甘油磷酸钠构成的温敏基质中，并将最终体系简称为FMP。研究内容包括材料结构与释放行为、光热性能、催化活性、体外抗菌和抗生物膜作用，以及感染性糖尿病小鼠创面的修复情况。。

图1. FeCDs@MSN@PCH水凝胶的制备与表征

水热反应得到的FeCDs平均粒径约为5 nm，紫外吸收峰位于270和310 nm附近，ζ电位为−13.42 mV。FTIR结果中既能观察到姜黄素相关信号，也出现了与Fe—O键有关的吸收峰。用于装载碳点的介孔二氧化硅粒径约为40～50 nm，比表面积为665.9 m²/g，其吸附等温线符合介孔材料的特征。

聚多巴胺改性壳聚糖与β-甘油磷酸钠按1∶1体积比混合后，可在37 ℃条件下完成凝胶化。加入聚多巴胺后，成胶时间由约420 s缩短至220 s，凝胶孔径及溶胀行为也随之改变。释放实验持续14 d，双层限域体系中碳点的累计释放率为47.1%，低于单独采用介孔硅装载时的62.5%。这组结果说明，介孔结构和凝胶网络都参与了释放过程，但长期释放是否能够在真实创面环境中保持一致，仍需进一步观察。

图2. FeCDs对ROS和GSH的调节及PCH的光热表现

将FeCDs、H₂O₂和TMB共同加入反应体系后，652 nm处出现特征吸收，提示FeCDs具有类过氧化物酶催化活性。DPBF信号随反应时间下降，也说明体系内生成了反应性物种。DTNB实验观察到的变化则与谷胱甘肽消耗有关，而且这种消耗随FeCDs浓度升高而增加。

三种细菌经50 μg/mL FeCDs处理8 h后，培养上清中的蛋白含量上升，研究人员据此判断细胞膜完整性受到影响。光热实验中，含500 μg/mL聚多巴胺的水凝胶在808 nm、1 W/cm²近红外光照射10 min后，温度升至约43 ℃；连续进行五次光热循环，升温幅度没有出现明显衰减。43 ℃属于研究设定的温和光热范围，但是否造成组织损伤，仍取决于照射时间、局部散热和创面状态，不能只根据峰值温度判断。

图3.FeCDs及复合水凝胶体外抗菌与抗生物膜

50μg/mL FeCDs对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和变异链球菌的抑菌率分别为99.1%、98.2%和99.0%。浓度达到25 μg/mL后，生物膜形成受到明显抑制。对成熟生物膜的最高去除率为88.3%。菌落计数和活死菌染色中，FMP近红外照射组的抗菌作用最强。这与升温、催化反应和材料自身作用共同存在有关。L929细胞试验中，FeCDs或介孔硅浓度不高于100 μg/mL时，细胞活力保持在80%以上。

图4.水凝胶促进糖尿病小鼠感染伤口体内愈合

研究在STZ诱导的糖尿病小鼠背部建立全层感染创面，比较对照、单独照射、FeCDs溶液、FMP和FMP照射组。第14天时，FMP照射组创面接近闭合。H&E和Masson染色中可见连续的新生表皮以及较致密的胶原，对照组仍有炎性细胞浸润和较少胶原。蛋白检测显示，该组IL-1β和COX-2表达分别下降30.2%和26.0%。主要脏器切片未见明显病理损伤。结果反映的是小鼠模型中的短期变化，尚不足以说明长期安全性或人体创面疗效。

这套材料把铁掺杂姜黄素碳点、介孔二氧化硅和温敏壳聚糖水凝胶放在同一局部敷料中。介孔硅与凝胶共同延缓释放，聚多巴胺提供近红外升温，FeCDs参与氧化还原反应。体外试验中，三种细菌和生物膜均受到抑制。在糖尿病小鼠感染创面中，联合照射后可见创面缩小、胶原增加和炎症蛋白下降。后续研究仍需确定不同创面深度下的照射剂量，评估铁元素和碳点的长期代谢，并在较大动物和多菌种感染模型中检验材料表现。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.6c05677