主要作者及发表信息
本研究由黄鑫鑫（Xinxin Huang）、王嘉杰（Jiajie Wang）等学者共同完成，通讯作者为吴秀文（Xiuwen Wu）、张秋红（Qiuhong Zhang）及贾叙东（Xudong Jia）。研究团队主要来自南京大学（Nanjing University）化学化工学院及配位化学国家重点实验室。该研究成果于 2025年6月12日 正式发表于国际知名期刊 《ACS Nano》（2025, 19, 22270−22290）上。
研究背景与目的
糖尿病慢性伤口（chronic wounds）的难愈性已成为全球性的医疗挑战，其核心病理特征在于伤口部位活性氧（reactive oxygen species, ROS）的过度产生与反复的细菌感染，二者共同导致持续的炎症反应，严重阻碍了再上皮化（epithelialization）和血管新生等关键愈合进程。因此，开发兼具抗氧化与抗菌（antioxidant and antibacterial, A&A）双重功能的水凝胶敷料（hydrogel dressings）具有重大临床意义。然而，当前水凝胶敷料普遍存在A&A活性短暂且不可再生的瓶颈，导致必须频繁更换敷料。这一行为不仅机械性地干扰了脆弱的愈合过程，还增加了成本、并发症风险和医疗废弃物。为攻克这一难题，实现“无干扰伤口愈合”（undisturbed wound healing）的理念，本研究旨在开发一种全新的长效水凝胶敷料，通过构建动态氧化还原化学系统，从分子层面实现抗氧化与抗菌活性物质的持续再生与控释，从而显著延长单次敷料的有效作用时间。
研究设计与详细流程
本研究的设计核心是仿生生物体内的动态氧化还原平衡系统，并据此构建了一套从纳米反应器设计到功能性水凝胶制备，再到体内外效果验证的完整研究流程。
第一部分：银-乌贼墨纳米颗粒（AgCINPs）纳米氧化还原反应器的设计与制备。 研究团队首先从新鲜乌贼墨汁中通过差速离心法提取了天然的乌贼墨纳米颗粒（cuttlefish ink nanoparticles, CINPs）。选择CINPs不仅因其固有的止血抗炎特性，更关键的是其富含的邻苯二酚基团（catechol groups）能提供卓越的抗氧化功能，但该基团在氧化为醌（quinone）后会功能失活。为解决此问题，研究者们通过一步氧化还原反应，在CINPs上原位沉积了银纳米颗粒（AgNPs），制备了纳米氧化还原反应器——银-乌贼墨纳米颗粒（AgCINPs）。其创新性在于，AgNPs表面等离子体共振效应可催化醌向邻苯二酚的可逆转化，实现邻苯二酚基团的再生；同时，邻苯二酚的还原性又能将释放的银离子（Ag+）还原为银原子（Ag），反之调控了Ag+的释放速率。此二者协同，构成了“银−邻苯二酚动态氧化还原系统”，为材料的持久双重活性奠定了化学基础。制备完成后，研究者利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱等多种表征手段确认了AgCINPs的成功合成。
第二部分：AgCINPs掺杂水凝胶（NPS-PSH）的合成、机制探究与性能表征。 研究者将AgCINPs与两性离子单体SBMA、丙烯酸羟乙酯（HEA）及引发剂过硫酸铵（APS）混合。通过电子顺磁共振波谱等手段证明，AgCINPs中的银能催化APS在室温下快速产生硫酸根自由基和羟基自由基，无需外界能量（如加热或紫外光照）即可在约7分钟内引发自由基聚合，实现快速溶液-凝胶转变。这种便捷、经济的制备方法是本研究的一大特色。通过对所得NPS-PSH水凝胶的各项理化性能进行系统测试，结果显示其具备诸多适用于伤口敷料的优异性能：其韧性高达506.15 kJ m⁻³，能承受高达1124%的拉伸应变；对猪皮的粘附强度达到14.21 kPa；组织级别的导电率为0.42 S m⁻¹，可用于传导电信号；且具有与商业聚乳酸材料相媲美的良好生物相容性。
第三部分：长效抗氧化与抗菌活性的体外验证。 研究者通过一系列体外实验评价了NPS-PSH水凝胶的A&A活性持久性。在抗氧化方面，将NPS-PSH水凝胶每日更换新鲜的过氧化氢（H₂O₂）溶液进行测试，结果显示，即使经过7天的持续消耗，其对H₂O₂的清除效率仍能维持在50%以上，而对照组的CINPs活性则迅速衰减。XPS分析证实，AgCINPs中的醌基团被持续转化为邻苯二酚，这是其能够持久清除ROS的结构证据。在抗菌方面，通过银离子释放曲线检测发现，与普通载银水凝胶3天内爆发性释放不同，NPS-PSH水凝胶实现了长达21天的持续稳定Ag+释放。抑菌圈实验表明，其对金黄色葡萄球菌的抗菌活性可持续11天，对大肠杆菌达9天，远超商业敷料仅1天的有效期。活/死细菌染色和扫描电镜观察均证实其能有效破坏细菌膜结构并根除生物被膜。
第四部分：糖尿病大鼠伤口模型中的体内疗效评估与机制解析。 研究者构建了链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠全层皮肤缺损模型，以验证NPS-PSH水凝胶在模拟临床“无干扰愈合”条件下的疗效。实验设置对照组、商业敷料组和NPS-PSH组，每7天更换一次敷料。14天疗程结束后，NPS-PSH组伤口愈合率达90%，显著高于对照组的73%和商业敷料组的76%。组织学分析进一步显示，NPS-PSH处理的伤口肉芽组织更厚，胶原沉积更致密，再上皮化更完全，并观察到更多的毛囊新生和血管结构。免疫荧光染色揭示其促进巨噬细胞向M2型（抗炎型）极化的效应，同时下调促炎因子TNF-α，上调抑炎因子IL-10。鉴于水凝胶的导电特性，研究者还创新性地联合了经皮电刺激（electrical stimulation, ES）治疗，结果显示NPS-PSH@ES组愈合效果进一步显著提升，愈合率高达96%。为探索深层分子机制，研究者对创面组织进行了转录组测序分析。基因富集分析指出，NPS-PSH治疗下调了与炎症相关的NOD样受体、TNF、IL-17等信号通路基因，上调了与表皮发育、血管新生和细胞迁移相关的基因。电刺激的协同作用则进一步增强了细胞迁移和胶原纤维组织相关基因的表达。
结论与研究价值
本研究成功开发了一种基于银-邻苯二酚动态氧化还原化学机制的长效水凝胶敷料NPS-PSH。其科学价值在于，开创性地提出了利用仿生动态氧化还原偶联策略解决生物材料活性不可持续难题的范式，从分子层面上实现了活性基团的“自更新”与功能因子的“智能控释”。在应用价值上，该水凝胶敷料凭借其超过8天的持久抗氧化与抗菌活性，以及在动物模型中证实的7天无更换有效促愈效果，为应对临床糖尿病慢性伤口护理中频繁更换敷料的痛点提供了切实可行的全新解决方案，有望实现高效、低成本且更具可持续性的“无干扰伤口愈合”，具有广阔的转化应用前景。
研究亮点
本研究的主要亮点集中体现在三个方面：第一，精巧的核心策略，其设计灵感源于生物体内NAD⁺/NADH等动态氧化还原对，首次构建的“银−邻苯二酚”动态氧化还原系统极具巧思，巧妙地将“活性再生”与“物质控释”协同起来。第二，便捷的制备工艺，利用AgCINPs自身催化引发自由基聚合，实现了无外部能量输入的室温快速成胶，该方法简单、经济、环保。第三，明确的应用优势，在大鼠模型中实现了7天单次敷料使用下的高效愈合，并创新性地验证了其与电刺激的协同疗效，为未来先进伤口管理提供了组合式策略参考。