本文是一篇原创性研究论文（类型a），作者为Zhendong Guo、Lisi Yan、Bo Zhou、Peiwen Zhao、Wenyuan Wang、Siyan Dong、Bo Cheng、Jing Yang、Xinyu Wang和Binbin Li，主要研究机构包括武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室、武汉理工大学三亚科教创新园、武汉理工大学深圳研究院、武汉大学中南医院口腔科以及英国伯明翰大学生物科学学院。该研究于2023年5月25日在线发表于《International Journal of Biological Macromolecules》第242卷，文章编号125028，DOI为10.1016/j.ijbiomac.2023.125028。论文通讯作者为Xinyu Wang和Binbin Li。

该研究属于生物医用材料与糖尿病慢性伤口修复交叉领域。糖尿病足溃疡等慢性伤口常因高血糖诱导的免疫功能障碍、细菌感染和过量活性氧（reactive oxygen species, ROS）积聚而难以愈合。高血糖削弱免疫细胞清除细菌的能力，同时为细菌增殖提供营养；氧化应激进一步加剧炎症反应，形成感染与氧化应激的恶性循环，导致伤口长期停滞于炎症期，难以进入增殖期和重塑期。传统干态支架难以适配不规则伤口，而水凝胶敷料因高含水量和三维多孔结构可提供湿润环境、促进细胞迁移与增殖。其中，可原位成型水凝胶能够无缝填充复杂伤口，并可通过光交联实现快速固化。丝素蛋白（silk fibroin, SF）具有良好的生物相容性和可修饰性，经甲基丙烯酰化改性后可在405 nm光照下迅速交联。ε-聚赖氨酸（ε-polylysine, EPL）具有广谱抗菌活性与自由基清除能力，而牛血清白蛋白模板制备的二氧化锰纳米颗粒（MnO₂ nanoparticles, BMNPs）可催化过氧化氢分解为水和氧气，缓解氧化应激。因此，本研究旨在构建一种兼具原位成型、抗菌和抗氧化功能的丝素蛋白基水凝胶，以改善糖尿病感染伤口的微环境并加速愈合。

研究分为材料制备与表征、体外性能评价和体内动物实验三大阶段。第一阶段，作者通过丝素蛋白与甲基丙烯酸缩水甘油酯（glycidyl methacrylate, GMA）的开环反应合成甲基丙烯酰化丝素蛋白（methacrylated silk fibroin, SFMA），并以牛血清白蛋白为模板与高锰酸钾发生氧化还原反应制备BMNPs。利用核磁共振氢谱（¹H NMR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）确认SFMA的乙烯基修饰，通过X射线光电子能谱（XPS）证实BMNPs中Mn(IV)的存在。动态光散射测得BMNPs平均粒径约170 nm，ζ电位约为-18.1 mV；与带正电的EPL静电复合后ζ电位反转为+10.5 mV。第二阶段，将SFMA与EPL-BM复合物及光引发剂苯基(2,4,6-三甲基苯甲酰基)磷酸锂盐（LAP）混合，在405 nm光照5秒内固化成型，制备出SF@(EPL-BM)水凝胶。根据EPL浓度不同，分别制备SF@(0.7EPL-BM)、SF@(1.0EPL-BM)和SF@(1.5EPL-BM)。扫描电镜显示水凝胶具有均一多孔结构；溶胀率最高达80.54%，48小时保水率为48.75%；在2 U/mL中性蛋白酶中21天降解超过85%。压缩强度随EPL浓度增加从92.00 kPa降至46.33 kPa；猪皮剪切黏附强度在EPL浓度为1.0%时最高，为31.608 kPa。第三阶段，体外抗氧化实验显示SF@(0.7EPL-BM)对2,2-二苯基-1-苦基肼自由基（DPPH）清除率达95.24%，对超氧阴离子清除率达98.31%，接近维生素C水平。抗菌实验表明，该水凝胶对金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus, S. aureus）和大肠杆菌（Escherichia coli, E. coli）的抗菌活性分别达96.93%和96.17%；扫描电镜证实细菌细胞壁被破坏。细胞实验显示0.1% BMNPs和SF@(0.7EPL-BM)水凝胶对L929细胞无显著毒性，且能降低H₂O₂刺激诱导的细胞内ROS水平。第四阶段，在链脲佐菌素（streptozotocin, STZ）诱导的2型糖尿病C57BL/6小鼠背部建立直径6 mm的全层皮肤缺损并接种金黄色葡萄球菌，分别给予PBS、SF水凝胶和SF@(0.7EPL-BM)水凝胶处理。第7天SF@(0.7EPL-BM)组伤口已进入上皮化阶段，第14天出现毛发生长；伤口面积统计显示该组愈合速率显著快于对照组和SF组。ROS荧光染色显示第3天和第7天SF@(0.7EPL-BM)组ROS水平显著降低；平板涂布法显示该组伤口残留细菌极少。免疫组织化学染色显示SF@(0.7EPL-BM)组第3天促炎因子肿瘤坏死因子-α（TNF-α）表达显著下调，第7天血管内皮标志物CD31表达上调，新生血管密度增加。H&E染色显示第7天该组新生上皮厚度最大，第14天可见毛囊等皮肤附属器；Masson染色显示该组胶原沉积更致密，第7天和第14天胶原容积分数显著高于其他组。

研究结论表明，SF@(EPL-BM)水凝胶通过光交联实现快速原位成型，EPL赋予其高效抗菌活性，BMNPs与EPL协同清除多种自由基。该水凝胶在体外可保护L929细胞免受氧化应激损伤，在体内通过抑制细菌感染、降低ROS水平、下调TNF-α、上调CD31，促进血管新生和胶原沉积，加速糖尿病感染伤口的愈合。该研究为慢性糖尿病伤口的多功能原位成型敷料开发提供了新策略，具有重要的科学价值和应用前景。

本研究的亮点在于：将天然抗菌肽EPL与生物矿化BMNPs通过静电复合，在保持各组分功能的同时简化了制备流程；利用405 nm光交联实现5秒内原位成型，可适配复杂伤口形状；系统验证了抗菌与抗氧化协同改善伤口微环境的作用机制，包括炎症因子下调和血管生成标志物上调；采用STZ诱导的2型糖尿病合并金黄色葡萄球菌感染模型，更贴近临床实际。此外，水凝胶还具备良好的溶胀、保水和生物降解性能，有利于维持伤口湿润环境并减少换药刺激。