水凝胶实现抗菌到修复功能切换中国科学报

西安交通大学前沿科学技术研究院教授郭保林团队借鉴沙漠蜥蜴调节皮肤光学性质调控体温的生物启发，研制出热反馈模态切换水凝胶。团队把温度响应单体 NIPAM 和两性离子单体 SBVI 共聚，把水凝胶体积相变温度调控到生物安全的光热抗菌区间，同时引入葡萄糖氧化酶（GOx）以及 EGCG?Fe3?金属?多酚网络修饰的热电材料 Bi?Te?（BTE），使水凝胶拥有热反馈、高糖响应以及光热?热电功能转换特性。相关成果近日发表在《自然·通讯》上。

光热材料在抗菌和组织修复等生物医学领域具有广泛应用前景，但传统光热治疗依靠外部光源调控温度，材料本身缺少温度反馈机制，容易局部过热损伤组织。感染性糖尿病创面不同修复阶段还存在差异化治疗需求，感染期需要高温快速抗菌，组织修复阶段则需要温和治疗环境。因此，如何让材料具备自主调温能力，治疗功能可以跟随病理微环境、修复阶段动态改变，是刺激响应生物材料领域亟待解决的难题。

热反馈模态切换示意图。西安交通大学供图

团队研究发现，近红外光照射时，水凝胶达到设定相变温度便发生结构重排，形成微尺度光散射区域，减弱对近红外光的吸收，自主把温度稳定在 48度左右，完成热反馈恒温光热抗菌。创面高糖微环境持续作用下，葡萄糖氧化酶催化葡萄糖生成葡萄糖酸，促使 EGCG?Fe3?网络解离，一方面释放 EGCG 改善炎症微环境，另一方面降低材料光热吸收；温和温度梯度进一步激活 Bi?Te?热电效应产生外源性电场，完成材料从恒温光热抗菌向温和热电促修复的自适应功能切换。 该研究把刺激响应聚合物热反馈相变、病理微环境响应和热电效应集成在一套水凝胶体系，实现治疗温度、功能模式动态自主调控，为传统固定功能生物材料向阶段自适应智能生物材料演进提供了新设计思路。