本文是一篇综述论文，题为《Smart-responsive antibacterial fibers: mechanisms, fabrication, and biomedical applications》（智能响应型抗菌纤维：机制、制备与生物医学应用），发表于 advanced materials 期刊，接收日期为2026年8月4日，在线发表日期为2026年，DOI为10.1002/adma.74601。论文通讯作者包括 Xiangmei Liu（湖北大学）、Zhaoyang Li（天津大学）、Shengli Zhu（天津大学）和 Shuilin Wu（天津大学/北京大学）。主要作者来自天津大学材料科学与工程学院、河北工业大学健康科学与生物医学工程学院、湖北大学生物医学材料工程研究中心及北京大学先进防水材料国家重点实验室等机构。
本文属于类型b，是一篇系统性综述论文。论文聚焦于智能响应型抗菌纤维（smart-responsive antibacterial fibers, SAFs）这一新兴前沿交叉领域，从细菌感染与耐药性危机出发，梳理抗菌策略的演进历程，系统阐述SAFs的内源性与外源性响应机制、纤维基材选择、制备方法及生物医学应用，并展望人工智能（AI）在智能抗菌纤维平台构建中的关键赋能作用。论文的核心论点是：传统被动释放型抗菌材料已无法应对日益严重的多重耐药菌感染威胁，基于刺激响应的按需精准抗菌策略代表了未来发展的方向，而纤维作为人体防护屏障的理想载体，与智能响应材料的结合将催生新一代高效、安全、可集成的抗菌平台。
论文开篇以大量流行病学数据论证了这一观点。根据世界卫生组织（WHO）统计，全球每年因细菌感染导致的死亡人数超过千万，其中多重耐药（multidrug-resistant, MDR）菌感染占比持续攀升。2019年全球约有1370万感染相关死亡，其中770万直接归因于33种细菌病原体，金黄色葡萄球菌（*Staphylococcus aureus*）致死超过100万。论文进一步指出，预计到2050年耐药菌感染将成为全球首要死因，年死亡人数将超过1000万，经济损失达100万亿美元。
在机制层面，论文详尽阐述了细菌产生抗菌素耐药性（antimicrobial resistance, AMR）的六种途径：外排泵系统过表达、药物靶点或代谢途径改变、细胞壁或膜通透性修饰、特异性酶对药物的结构修饰或降解、抗生素靶点相关酶的过量产生、以及基因突变导致靶点结构改变。此外，耐药基因可通过质粒接合、噬菌体转导或环境游离DNA摄取等水平基因转移机制在菌种间乃至跨物种传播，加速耐药性的扩散。基于上述证据，论文得出结论：传统被动抗菌模式——无论是金属离子基、有机抗菌剂、天然抗菌剂还是无机纳米材料——均存在抗菌谱窄、耐久性差、生物毒性风险及诱导耐药性等固有局限，无法满足复杂感染防控需求。
论文将抗菌材料的发展划分为三个关键阶段：被动释放型（passive-release type）、接触杀灭型（contact-killing type）和刺激响应型（stimuli-responsive type）。被动释放型依赖浓度梯度实现抗菌剂的持续扩散释放，虽制备简单、起效快，但缺乏靶向性和可控性，抗菌剂耗尽后功能丧失，且大量无效扩散导致资源浪费和环境污染。接触杀灭型通过表面修饰引入抗菌功能基团（如季铵盐）或构建微纳结构（如纳米针、粗糙表面），在微生物直接接触时破坏其细胞膜，避免了药物释放带来的毒性问题，但抗菌效果高度依赖于接触条件，在蛋白质或体液覆盖下效能显著下降。
相比之下，智能响应型抗菌材料以“精确控制、按需抗菌”为核心理念，其关键特征在于：在无感染或无特定刺激时保持生物惰性，不释放抗菌剂也不激活抗菌功能，从而将对正常细胞和有益微生物的副作用降至最低；一旦感知到感染信号或外部触发，则迅速激活抗菌功能，实现局部高浓度精准释放；由于避免了持续低剂量暴露，显著降低了细菌产生适应性进化的概率，从而减少耐药性诱导风险；多种刺激响应机制可协同工作，并可与抗炎、组织修复、传感诊疗等功能集成，实现“抗菌+”的多功能平台。
论文系统地归纳了四种内源性响应类型并逐一分析其原理与不足。pH响应机制基于正常组织液pH 7.35–7.45与感染部位酸性微环境（pH 5.5–6.5）的差异，利用聚组氨酸、聚甲基丙烯酰胺、壳聚糖、聚丙烯酸等pH敏感聚合物作为载体，在酸性条件下发生质子化或水解而释放抗菌剂。然而，体内多种生理微环境均为酸性，炎症与细菌感染的pH窗口高度重叠，单纯依赖pH难以实现感染特异性靶向，且轻度感染产酸不足导致药物释放不充分，重度感染则引起药物突释。温度响应机制利用感染部位局部升温（38–40℃）与正常体温的差异，以聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）或聚乙二醇（PEG）等温敏聚合物为载体，在温度升高时发生相转变释放药物。但人体温度波动范围仅1–3℃，病灶与周围组织的温差微乎其微，热响应纳米材料难以有效区分细菌感染灶的热信号。氧化还原响应机制以二硫键、二硒键、硫缩酮等活性基团为载体连接单元，在活性氧（ROS）作用下发生断键释放抗菌剂。该策略虽可实现胞内靶向递送，但氧化还原信号并非感染特异性，且不同感染阶段ROS水平差异巨大，疗效不稳定。微生物信号响应机制利用群体感应（quorum sensing, QS）系统，通过负载群体感应抑制剂或酶响应性聚合物，在特异性信号分子或酶存在时触发抗菌剂释放。这一策略理论上具有最高的感染特异性，但单一底物仅适用于特定菌株，难以实现广谱抗菌，同时体内蛋白酶抑制剂会削弱响应性能。
论文将外源性响应机制细分为六类。光响应机制是最为成熟的一类，涵盖光热疗法（材料将光能转化为局部热量，升温至50–60℃破坏菌膜和蛋白质）、光动力疗法（光敏剂受激后向氧分子传递能量产生单线态氧、羟基自由基和超氧阴离子等ROS）及光触发释放（利用邻硝基苄基、偶氮苯、香豆素等光敏基团的断键或构象变化释放抗菌剂）。超声响应机制凭借其深达数十厘米的组织穿透能力，通过机械振动、空化效应、热效应和声化学反应四种途径实现深层组织感染的无创治疗，这对于解决光响应穿透深度不足的局限具有重要意义。机械响应机制通过机械应力直接破坏细菌结构、诱导压电或摩擦电效应产ROS，以及产生局部电场实现电击穿灭菌。电响应机制包括电解/电化学灭菌（原位电解产生强氧化性物质）、电穿孔灭菌（局部增强电场导致细胞膜磷脂双分子层形成瞬时微孔）、焦耳热辅助灭菌和电场触发释放。热响应机制以外加热源或材料热效应实现直接热损伤杀菌或温控释放。磁响应机制利用磁热效应、磁靶向、磁催化和磁控释放实现深部感染的非侵入性精准治疗。
论文将纤维基材分为天然纤维、合成纤维和复合纤维三类。天然纤维（棉、麻、羊毛、丝、壳聚糖等）具有可再生、可生物降解和优异的生物相容性，其中的纤维素基植物纤维还具备高吸湿性和透气性。合成纤维以聚酰胺（PA）、聚酯（PET）、聚氨酯（PU）、聚丙烯腈（PAN）等为代表。论文指出，传统抗菌纤维的制备方法——后整理法和共混纺丝法——分别存在耐久性差和生物毒性高的缺陷，而纳米技术与电纺、湿法纺丝、熔融纺丝等新型制备手段的结合为实现持久、高效、多功能的抗菌纤维开辟了新路径。
论文在结尾部分着重强调了人工智能在未来智能抗菌纤维发展中的核心地位。理想的SAFs不仅应具备抗菌功能，还应同时集成智能传感、实时监测、温度管理和能量转换利用等多元功能。AI的介入将使纤维具备环境感知、自适应调控和与数字健康平台无缝互操作的能力，从而实现从“被动防护材料”向“主动健康管理节点”的转变。论文提出“纤维-电子-AI”智能平台的概念框架，旨在为下一代抗菌纤维的研发提供系统性参考。
本文的学术价值在于：第一，系统构建了智能响应型抗菌纤维的分类学框架，以内源性与外源性刺激为一级分类维度，并进一步细化至pH、酶、氧化还原、光、超声、机械力、电场、热、磁等具体机制，为该领域的研究者提供了一张清晰的“概念地图”；第二，深入剖析了各响应机制的科学原理、材料载体和固有局限，指出现有研究中的核心问题——如pH和温度响应缺乏感染特异性、酶响应难以实现广谱性、外源性刺激的穿透深度和安全性平衡等，为后续研究提供了明确的问题导向；第三，将传统抗菌策略的演进逻辑与智能响应策略的优势进行系统对比，论证了“按需精准抗菌”范式替代“被动持续释放”范式的必然性。
在应用价值层面，该综述覆盖了临床感染控制、公共卫生防护、食品保鲜、可穿戴医疗设备等多个场景，并提出AI与智能纤维深度融合的愿景，对于推动抗菌材料从实验室研究向产业化转化、从单一功能向集成化平台演进具有重要的指导意义。