黄达（Da Huang）、杜佳豪（Jiahao Du）等来自福州大学（Fuzhou University）和南方科技大学（Southern University of Science and Technology）的研究人员，在 Advanced Healthcare Materials 期刊上于2024年发表了一项题为“Injectable hydrogels with integrated pH probes and ultrasound-responsive microcapsules as smart wound dressings for visual monitoring and on-demand treatment of chronic wounds”的研究。该研究开发了一种可注射的智能水凝胶伤口敷料，通过整合食品来源的花青素（anthocyanidin）作为可视化pH探针和聚乳酸（poly(L-lactic acid)，PLLA）微胶囊作为超声响应抗生素递送系统，用于慢性伤口的实时监测和按需治疗。

慢性伤口通常由糖尿病溃疡或严重皮肤损伤引起，难以愈合且易感染。如果未能及时发现和控制感染，局部感染可能进展为菌血症或感染性休克，甚至导致截肢或死亡。水凝胶因其良好的柔韧性、生物相容性、三维多孔结构以及抗菌和止血等功能，被认为是促进伤口愈合的理想敷料。然而，目前大多数水凝胶敷料的监测和治疗是开放式循环的，无法实现感染早期检测和及时干预。因此，迫切需要一种能够同时监测伤口状态并提供按需治疗的智能水凝胶敷料。伤口床的pH值是反映伤口状态的重要生物标志物之一。正常愈合的急性伤口pH通常为弱酸性（4–6），而慢性伤口由于缺血-再灌注损伤pH常升高至7–9，感染发生后pH甚至可升至10。因此，通过监测伤口pH值可以在早期预警细菌感染并判断愈合阶段。

该研究的核心思路是将花青素作为pH响应染料嵌入聚乙二醇（poly(ethylene glycol)，PEG）水凝胶基质中，实现可视化pH监测；同时将负载头孢唑林钠（cefazolin sodium，CS）的PLLA微胶囊整合到水凝胶中，通过超声波触发抗生素的时空可控释放。研究团队首先通过双乳液法制备了CS负载的PLLA微胶囊，扫描电镜显示微胶囊表面光滑致密，动态光散射分析表明其粒径为5.2±0.2 μm。随后，将花青素和CS负载的PLLA微胶囊分别分散到两种四臂PEG前体溶液中，通过双通道注射器混合，快速形成水凝胶。凝胶化时间小于10秒，且可通过注射方式适应不规则形状的伤口。流变学测试表明，所制备的ACPP水凝胶的储能模量（G′）大于损耗模量（G″），证明其具有稳定的凝胶态；与单纯的PEG水凝胶相比，ACPP水凝胶更加柔软且具有更好的柔韧性。扫描电镜显示水凝胶具有典型的多孔结构，且微胶囊在水凝胶中分布均匀。溶胀实验表明，冻干的ACPP水凝胶在PBS中浸泡2小时后最大溶胀率约为1200%，能够快速吸收伤口渗出液。

在pH检测方面，ACPP水凝胶在pH 5至9范围内呈现从紫红色到蓝绿色的颜色变化，且微胶囊的加入不影响pH探针的灵敏度。通过Python对图像进行RGB通道分离分析，研究人员建立了pH值与红蓝通道均值之和之间的线性回归方程：pH = 11.32–0.02158*(R+B)。因此，可以通过智能手机拍摄图像并分析RGB信号来定量读取伤口pH值。在体外超声响应药物释放实验中，研究者设计了一种仅让水凝胶一侧接触释放介质的模型，以模拟伤口表面的药物释放情形。结果显示，在连续超声作用下，CS在16分钟内释放约90%，而无超声时药物释放不足5%。间歇超声实验表明，超声停止时药物释放立即停止，说明药物释放可由超声精确控制。此外，超声功率越高，药物释放速率越快，160 W超声功率下15分钟的累积释放量约为80 W下的1.78倍。

在生物相容性方面，CCK-8实验表明AP、APP和ACPP水凝胶对NIH-3T3和HUVEC细胞均表现出良好的相容性。抗菌实验以金黄色葡萄球菌为模型，结果显示无超声时ACPP水凝胶的细菌存活率约为67%，而超声处理后细菌存活率显著降低至10%以下，证明超声触发药物释放可有效杀灭细菌。在体内实验中，研究者建立了小鼠感染伤口模型。伤口感染后，所有水凝胶颜色变为绿色，通过RGB分析计算得到伤口pH值约为8.75–8.86。随后对ACPP+超声组施加超声处理，该组水凝胶颜色逐渐恢复为紫色，pH值降至6.49，而对照组和无超声组仍处于碱性状态。组织匀浆培养计数结果显示，超声处理组的细菌数量显著低于其他组。在糖尿病伤口模型中，ACPP组在第8天伤口闭合率为54.7%，第17天达到99.3%，显著优于对照组和市售敷料组。同时，ACPP水凝胶在糖尿病伤口中也表现出良好的pH监测能力，其pH检测结果与pH试纸测量结果一致。组织学分析显示，ACPP组伤口边缘更小，胶原蛋白沉积更多。炎症因子检测显示，ACPP组IL-1β、IL-6和TNF-α水平显著降低，而IL-4、IL-10和TGF-β1水平升高，表明水凝胶通过调节炎症反应促进慢性伤口愈合。

该研究的创新点在于将食品来源的天然花青素作为pH探针，避免了合成有机染料的安全性问题；同时将超声响应微胶囊与可视化pH监测集成到可注射水凝胶中，实现了伤口感染的早期预警和抗菌药物的时空可控释放。这种智能敷料在临床和社区伤口管理中具有广阔的应用前景。