近期，上海大学转化医学研究院苏佳灿教授团队在期刊 Advanced Functional Materials 上发表研究性文章："Photothermal Hydrogel with Gel-sol Transition for Programmed Antibacterial and Wound Healing"。本研究构建了一种光热响应型可相变水凝胶，通过NIR触发明胶gel-sol转变，实现抗菌药物的按需释放及后期再生信号的暴露，成功在正常与糖尿病感染创面模型中实现高效抗菌与加速愈合。该体系通过物理可控的外源刺激避免了内源微环境波动带来的不确定性，展现出良好的生物安全性与转化潜力。未来仍需开展大动物模型验证、GMP级制备工艺优化及长期安全性评估，以推动其临床转化应用。上海大学转化医学研究院戚天杭硕士研究生、李云鹏硕士研究生、郭亚楠硕士研究生、上海交通大学医学院附属新华医院盛世豪主治医师为论文共同第一作者，上海大学转化医学研究院苏佳灿教授、张琴副研究员、耿振副研究员、上海交通大学医学院附属新华医院何崇儒副主任医师为论文共同通讯作者。
研究背景
皮肤感染性创面常因细菌持续侵袭与微环境失衡而导致愈合延迟，尤其在糖尿病等慢性疾病背景下更为复杂。传统敷料难以实现抗菌与组织再生过程的时序协调，多依赖被动释药，难以精准调控治疗节律。尽管刺激响应型水凝胶为按需给药提供了新思路，但内源性触发机制易受创面微环境波动影响，稳定性不足。因此，构建一种可外源精准调控、兼具早期高效抗菌与后期促再生功能的智能水凝胶体系，对于实现感染创面的程序化治疗具有重要意义。
本文亮点
构建光热-相变耦合水凝胶体系：设计MMP可降解PEG骨架，整合ICG、明胶与左氧氟沙星，实现光热触发的gel-sol相变调控。
实现抗菌-再生两阶段程序化治疗：NIR照射早期通过光热杀菌+抗生素加速释放实现高效抗菌，后期明胶释放促进血管生成与基质重塑。
外源精准调控释药行为：通过调节NIR功率与时间控制相变动力学，实现按需释放与重复激活。
图1 光热响应水凝胶设计原理与治疗机制示意图
图注：
基于MMP可降解PEG网络构建光热响应水凝胶体系，整合ICG、热敏明胶与左氧氟沙星。NIR照射触发明胶gel-sol转变，实现抗菌与再生的阶段性调控。
图片解析：
图1A展示了水凝胶分子设计框架；
图1B展示两阶段治疗模式：
•第一阶段：光热+抗生素协同灭菌
•第二阶段：明胶释放促进血管生成与基质重塑
该图明确体现“程序化治疗”的核心逻辑。
图2 水凝胶结构与物理化学性能表征
图注：
FTIR验证明胶物理掺入；流变学证明快速光交联；水凝胶具有良好可注射性能和适中的亲水性；Cryo-SEM显示多孔结构；纳米压痕显示引入明胶后水凝胶整体力学增强。
图片解析：
•2 s内完成光交联
•水凝胶具有良好可注射性能
•水凝胶具有适中的亲水性
•明胶引入后孔径减小、溶胀率提高
•杨氏模量显著提高
•降解速率加快，有利于组织再生
该图证明材料构建合理且具备生物应用基础。
图3 光热触发相变与控释行为
图注：
ICG实现稳定光热转换；光热升温时触发明胶相变；NIR循环刺激实现可控精准释药。
图片解析：
•808 nm照射下温度稳定在45°C左右
•明胶在升温过程中发生gel-sol转变
•PGI@L+NIR累计释放达76%
•支持重复激活
该图为“可程序化释放”的关键证据。
图4 生物相容性与细胞迁移/黏附促进能力
图注：
L929活死染色与CCK-8验证细胞安全性；溶血实验评估血液相容性；细胞骨架染色验证细胞黏附行为；划痕实验分析迁移行为。
图片解析：
•各组无明显细胞毒性
•溶血率接近阴性对照
•有明胶的组别细胞形态舒展明显
•PGI@L+NIR组迁移率达91%
表明明胶释放显著增强细胞行为调控。
图5 光热协同抗菌效果
图注：
细菌悬液OD值检测、CFU计数、细菌活死染色及SEM表征抗菌机制。
图片解析：
•PGI@L+NIR组E. coli和S. aureus均显著被抑制
•细菌膜结构严重破坏
•光热+抗生素协同作用优于单一治疗
体现光热增强抗生素渗透的协同机制。
图7 正常感染创面体内治疗效果（SD大鼠）
图注：
S. aureus感染模型中评估创面闭合表现。
图片解析：
•NIR治疗伤口热成像图
•伤口愈合迅速
•肉眼观察炎症显著缓解
验证体内抗菌与修复协同优势。
图10 糖尿病感染创面治疗效果（GK大鼠）
图注：
糖尿病感染模型中评估创面闭合动态。
图片解析：
•PGI@L+NIR处理组伤口闭合最佳
•炎症快速控制
证明系统可克服糖尿病愈合障碍。
总结与展望
本研究构建了一种光热响应型可相变水凝胶，通过NIR触发明胶gel-sol转变，实现抗菌药物的按需释放及后期再生信号的暴露，成功在正常与糖尿病感染创面模型中实现高效抗菌与加速愈合。该体系通过物理可控的外源刺激避免了内源微环境波动带来的不确定性，展现出良好的生物安全性与转化潜力。未来仍需开展大动物模型验证、GMP级制备工艺优化及长期安全性评估，以推动其临床转化应用。
