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通过多巴胺修饰策略制备了具有组织粘附性和光热功能的可注射钠alginate水凝胶（SA-DA/PDA），利用CaCO3/GL系统实现快速凝胶化，在近红外辐照下（808 nm，1.5 W/cm2）产生46℃高温，有效清除大肠杆菌和金黄色葡萄球菌（杀菌率97%），并在感染性全层皮肤缺损大鼠模型中使残存创面面积在第9天降至1%，展现多功能的创面修复潜力。
马新波|黄晓楠|张学莲|张建妮|孙欣宇|马月|李家伟|于涵|赵彦涛|肖超
首都师范大学化学系，中国北京西三环北路105号，100048
摘要
基于海藻酸钠（SA）的创可贴在伤口管理中受到了越来越多的关注。在本研究中，通过多巴胺修饰策略开发了一种多功能可注射海藻酸水凝胶。将多巴胺接枝到海藻酸钠（SA-DA）上，并与多巴胺纳米颗粒（PDA）结合，制备出具有强组织粘附性和光热功能的SA-DA/PDA水凝胶。利用碳酸钙（CaCO?）/葡萄糖-δ-内酯（GL）体系实现了原位交联，从而快速凝胶化并覆盖不规则伤口。得益于亲水的SA骨架和PDA的引入，该水凝胶表现出良好的膨胀行为、结构稳定性和增强的光热响应性。在808纳米近红外（NIR）光照射下（1.5 W cm?2），10分钟后水凝胶温度升高至约46°C，产生了有效的温和光热效应。这种响应导致体外杀菌效果显著，杀死了约97%的大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus），同时还具有快速促凝作用。在感染全层皮肤缺损的大鼠模型中，单次注射后进行NIR照射显著加速了伤口愈合，第9天时残留伤口面积降至1%，且未观察到全身毒性。总体而言，SA-DA/PDA水凝胶结合了可注射性、光热杀菌性和生物相容性，显示出作为加速感染伤口愈合的多功能敷料的巨大潜力。
引言
作为人体最大的器官，皮肤在维持体温、抵御病原体以及执行代谢和免疫功能方面起着关键作用。然而，生理异常以及机械、热或物理压力等因素都可能导致皮肤损伤（Freedman等人，2023年）。特别是细菌感染时，常常会造成严重的组织损伤、持续的炎症过程和伤口愈合延迟。细菌感染会破坏或降解皮肤组织和器官结构，进而导致皮肤灌注减少和炎症加剧，最终阻碍伤口的自然愈合过程（Cai等人，2022年；Xie等人，2026年）。恢复皮肤的结构完整性、内部稳态和防御功能对几乎所有生物都具有重要意义（Wang等人，2025年；Zhang等人，2025年）。在临床实践中，抗生素常用于预防和治疗伤口感染。然而，抗生素的过度使用导致了多重耐药菌株的出现，使得慢性伤口难以治愈。因此，为高度感染性和慢性伤口提供快速治疗成为全球性挑战。传统的临床方法依赖于绷带、纱布等创可贴（Hao等人，2025年）。这些传统敷贴在移除时存在困难，还可能加剧药物耐药性。因此，迫切需要创新和开发新型创可贴来治疗难以愈合的慢性伤口（Lyu等人，2025年）。
生物聚合物在伤口愈合中具有巨大潜力，因为它们能够调节伤口修复过程（Zeng等人，2025年）。由生物聚合物制备的水凝胶因其可调节的物理和机械性能而成为伤口愈合的首选材料；这些特性可以模拟人体自然的细胞外基质并保护伤口（Ye等人，2025年）。例如，海藻酸钠是一种天然多糖，常见于褐藻的细胞壁中，由于其优异的生物相容性，常用于生物医学材料（如创可贴、组织工程支架）（Barman等人，2023年；Ming等人，2021年；Zhou等人，2018年）。其独特的物理化学性质，包括生物降解性和生物相容性，对细胞分化、增殖和迁移等组织发育和再生过程具有重要影响（Pranantyo等人，2024年；Zhang等人，2025年）。因此，海藻酸钠可以制成用于治疗皮肤病变和损伤的再生生物材料（Hao等人，2025年；Zhou等人，2022年）。然而，海藻酸钠缺乏粘附分子或跨膜糖蛋白，这大大限制了细胞与海藻酸钠的相互作用，从而降低了其粘附性（Liu等人，2022年；Yang等人，2024年）。
最近，研究的热辅助创可贴被评估其在促进伤口愈合方面的潜力（Maleki等人，2021年）。此外，散热创可贴也被研究作为一种增强皮肤伤口愈合的方法，其原理是通过刺激增加毛细血管灌注（Yu等人，2025年；Zhao等人，2024年）。研究表明，对伤口进行局部辐射加热可以提高皮肤温度，从而增加真皮血流并促进淋巴细胞外渗（Maleki等人，2021年；Qiao等人，2023年）。结果表明，集成热辐射附件可以显著加快伤口愈合过程（Barman等人，2023年；Zeng等人，2025年）。多巴胺纳米颗粒（PDA）是一类与石墨烯相似的创新纳米材料，具有优异的粘附性和较大的比表面积（Zhang等人，2025年）。PDA具有吸收近红外（NIR）光的能力，能将其转化为热能，这种转化使其具有出色的光热转换性能（Huang等人，2022年；Liu等人，2025年；Xiong等人，2024年）。这些固有特性使其在生物医学治疗中具有广泛应用前景，利用了所谓的“光热转移效应”（Yang等人，2025年）。与其他有机纳米材料不同，PDA在近红外区域I（NIR）光的刺激下表现出光热性能，这证明了其有效穿透感染组织的能力，使其可用于肿瘤治疗、生物成像和药物递送（Yang等人，2025年）。
碳酸钙（CaCO?）是一种生物相容且成本低廉的无机材料，在生物医学领域已成为一种多功能止血剂（Ma等人，2025年；Zhang等人，2025年；Zhou等人，2022年）。其止血机制主要依赖于与血液接触时快速释放钙离子（Ca2?），释放的Ca2?作为辅因子激活内源性和外源性凝血级联反应中的凝血因子，加速纤维蛋白网络的形成，捕获血小板和红细胞（Barman等人，2023年；Li等人，2025年）。此外，Ca2?也是一种常用的交联剂，可以快速交联海藻酸钠形成水凝胶（Qiu等人，2024年；Zhang等人，2025年）。
我们假设通过Ca2?配位将多巴胺修饰的海藻酸钠（SA-DA）与原位聚合的多巴胺（PDA）纳米颗粒和CaCO?交联，可以制备出一种多功能可注射水凝胶平台（SA-DA/PDA）。该系统结合了多种功能：多巴胺的儿茶酚基团赋予优异的生物相容性和组织粘附性以及快速止血效果；PDA纳米颗粒提供强大的光热性能，在近红外照射下协同杀菌；而海藻酸钠基质则确保了优异的水分保持和膨胀能力。通过同时调节出血、感染和炎症，这种水凝胶有望显著加速感染伤口的修复，为临床伤口管理提供重要的转化潜力（图1）。
材料
实验中使用的海藻酸钠来自褐藻（Sigma-Aldrich，美国密苏里州圣路易斯）。其在25°C、0.1 M NaCl条件下的1%水溶液动态粘度为120 mPa·s。通过尺寸排阻色谱-多角度激光光散射（SEC-MALS）测定，其重量平均分子量（Mw）为420,000 Da，数平均分子量（Mn）为260,000 Da，多分散指数（Mw/Mn）为1.62，以及古洛糖酸与甘露糖醛酸的比例
SA-DA/PDA水凝胶的合成与表征
为了满足伤口愈合中光热治疗的要求，利用多巴胺修饰的海藻酸钠制备了一种可生物降解、可原位注射的交联抗菌水凝胶。将多巴胺接枝到海藻酸钠上得到SA-DA（图1）。加入PDA后，SA-DA组的平均孔径从（18.7 ± 2.3）μm增加到SA-DA/PDA组的（32.4 ± 4.1）μm（图X），形成了更开放、大孔结构的凝胶，有利于细胞
结论
在本研究中，合理设计并合成了一种新型生物相容性聚合物抗菌水凝胶，以实现高效的细菌感染清除和加速伤口愈合。这种SA-DA/PDA杂化水凝胶通过两步制备策略构建：首先，将多巴胺共价接枝到海藻酸钠的羧基上形成SA-DA聚合物前体；随后，将PDA引入体系中，并通过原位离子交联
CRediT作者贡献声明
马新波：撰写 – 原稿撰写，项目管理，方法学研究，数据整理。
黄晓楠：监督，方法学研究，资金获取，概念构思。
张学莲：撰写 – 审稿与编辑。
张建妮：正式分析。
孙欣宇：项目管理。
马月：正式分析。
李家伟：正式分析。
于涵：撰写 – 审稿与编辑，方法学研究。
赵彦涛：撰写 – 审稿与编辑，方法学研究。
肖超：撰写 – 审稿与编辑。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（编号22478417和82272493）和北京市自然科学基金（编号L256001）的支持。
