一种用于近红外-II（NIR-II）触发协同抗菌治疗及实时pH监测的智能微针贴片，适用于感染的糖尿病伤口

《International Journal of Pharmaceutics》：A theranostic microneedle patch for NIR-II-triggered synergistic antibacterial therapy and real-time pH monitoring in infected diabetic wounds

糖尿病溃疡治疗与实时监测技术：开发多功能水凝胶微针贴剂，集成光热/化学动力学协同杀菌与基于pH敏感染料的视觉监测系统，实现感染控制与愈合进程的动态评估。

　　

周 Lubin|赵 新达|梁 娜|孙 新星|王 好|盖 婷婷|卢 小峰|黄 碧童|周 冯进

上海大学转化医学研究所，中国上海 200444

摘要

糖尿病伤口由于持续存在的多重耐药性细菌生物膜以及缺乏实时、客观的监测工具，给临床和公共卫生带来了重大挑战。本文报道了一种多功能水凝胶微针贴片，它结合了协同抗菌疗法和动态伤口评估功能。该微针的针尖由透明质酸和聚乙烯吡咯烷酮制成，并负载了硫化铜纳米颗粒（CuS NPs），以实现微创、局部化的药物输送到伤口组织中。在近红外-II（NIR-II）照射下，CuS NPs 通过光热和化学动力学作用共同发挥抗菌效果，有效控制伤口感染并调节伤口微环境以促进愈合。基于聚乙烯醇的水凝胶基底中嵌入了含有亮黄色染料的微珠，这些微珠能够对伤口渗出物产生可见的颜色变化。通过智能手机成像进行定量分析，可以实现实时、无创的伤口pH值监测。这一诊疗平台为设计用于精准治疗糖尿病伤口的集成智能敷料提供了有前景的策略。

引言

糖尿病伤口是慢性伤口中的一个重要类型，在临床管理中构成了严峻挑战。其复杂的愈合微环境——表现为持续的炎症、血管生成受损以及氧化应激增加（例如高水平的过氧化氢）——使得伤口极易感染且难以愈合，从而给全球医疗系统带来了巨大负担（Guo等人，2022年；Li等人，2025b年；Xuan等人，2025年；Zhang等人，2025b年）。目前，糖尿病伤口的临床管理面临两个关键瓶颈：首先，生物膜的形成和多重耐药性细菌（如MRSA）的持续定植使得抗生素治疗无效（Guo等人，2024年；Jin等人，2024年）；其次，缺乏方便且实时的无创方法来评估伤口的愈合状况，导致治疗决策常常滞后于伤口的动态变化（Fu等人，2025年；Fu等人，2024年）。因此，开发一种兼具高效抗菌性能和实时监测功能的智能敷料对于实现糖尿病伤口的精准管理和干预具有重要的临床意义（Hou等人，2025年；Yao等人，2024年）。

水凝胶微针（HMN）作为一种新兴的药物输送平台，受到了广泛关注（Jing等人，2025年；Li等人，2025b年）。面对糖尿病伤口的治疗挑战，HMN能够以微创方式穿透表皮屏障，将药物精确输送到深层伤口组织，同时避免传统注射或口服给药带来的全身毒性（Yang等人，2024年；Yao等人，2024年）。其三维交联网络结构可以装载多种活性成分，并通过调节交联密度实现可控的药物释放，从而延长局部药物作用时间并减少用药频率（Luan等人，2024年；Tian等人，2024年）。HMN在糖尿病伤口的治疗中应用日益增多（Zhuang等人，2026年）。

在感染控制策略领域，光热疗法（PTT）和化学动力学疗法（CDT）等新型抗菌方法因不依赖抗生素且降低耐药性风险而受到关注（Chen等人，2025年；Li等人，2025a年）。CuS NPs 在 PTT/CDT 中表现出显著的协同抗菌效果，这得益于其优异的光热转换效率（尤其是在近红外-II 波段）和类似酶的活性（Xue等人，2022年；Huang等人，2023年；Song等人，2025年）。CuS NPs 在近红外-II 照射下能产生热量，破坏细菌结构，并通过类似芬顿反应催化生成高毒性自由基，利用伤口微环境中过量的 H₂O₂ 来有效清除多重耐药性细菌生物膜。更重要的是，Cu²⁺ 的浓度还有潜力调节免疫微环境、减轻氧化应激并促进血管生成，为协同伤口愈合提供了理论基础。然而，如何将 CuS NPs 精确输送到深层感染部位并实现可控激活仍是其临床应用的关键挑战（Ergashovich等人，2022年；O'g'li等人，2025年；Yunusov等人，2024年；Yunusov等人，2021年）。

在伤口监测方面，伤口渗出物的 pH 值是伤口愈合过程的动态指标，从炎症期的碱性 pH 范围（pH 7.4–9.0）转变为增殖/重塑期的酸性 pH 范围（pH 5.5–6.5）（Xiao等人，2024年）。传统的 pH 检测方法具有侵入性和耗时性，不适合用于即时检测。近年来，基于颜色变化的传感技术因其直观、快速且无需仪器的特点而成为研究热点。基于颜色变化的 pH 监测技术提供了直观、快速的解决方案，可以与智能手机结合进行定量分析。

尽管之前的研究分别关注了抗菌微针或智能传感敷料的发展，但很少有报告将高效协同抗菌疗法（如 PTT/CDT）与实时视觉 pH 监测集成到单一、便捷的 HMN 平台中——这是实现“传感-治疗”集成功能的关键步骤。本文报道了一种新型多功能微针（MFMN）贴片（图 1）。MFMN 贴片的针尖负载了 CuS NPs，在近红外光照射下实现协同的 PTT/CDT 抗菌治疗。在近红外-II 照射下，CuS NPs 通过协同的 PTT/CDT 机制产生强烈的局部热效应和高反应性的自由基，有效杀灭细菌并减轻氧化应激。同时，MFMN 的基底层均匀嵌入了宽范围（pH 5–9）的 pH 敏感树脂微球，这些微球会根据伤口渗出物的 pH 值产生即时、明显的颜色变化，可通过智能手机成像进行半定量分析。通过 体外 模拟渗出物，观察到了 MFMN 微针的 pH 可视化和即时响应性。此外，还使用糖尿病大鼠模型验证了其抗菌性能和伤口愈合效果。这项工作不仅为糖尿病伤口的协同治疗和动态监测提供了新的解决方案，也为未来远程医疗应用中开发智能、响应性生物材料开辟了新途径。

材料

聚乙烯吡咯烷酮（PVP，K30）、氯化铜（CuCl₂，≥98%）、3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB，99%）和硫化钠（Na₂S·9H₂O，≥98%）购自 Aladdin（中国上海）。透明质酸（HA，30–45 KDa）、O-(2-巯基乙基)-O′-甲基聚乙二醇（MeO-PEG-SH，M_w 2000）、乙酸（CH₃COOH，0.1?N）和 AmberChrom^TM 1?×?4 离子交换树脂珠（氯化物形式，100–200 网目）购自 Sigma-Aldrich（美国）。肼一水合物（N₂H₄·H₂O，≥80%）和过氧化氢（H₂O₂，30%）也用于实验。

MFMN 贴片的制备

MFMN 贴片的示意图如图 1 所示，它具有药物输送和伤口 pH 监测的双重功能。MFMN 贴片由两层组成：一层是含有 HA/PVP 的 MFMN 针尖层，另一层是 PVA 基底层。针尖层负载了 CuS NPs，用于治疗细菌感染的伤口，并具有抗菌性能。CuS NPs 通过光热机制和化学动力学过程发挥协同抗菌作用。

结论

成功开发出兼具强效协同抗菌性能和实时 pH 监测功能的 MFMN 贴片。MFMN 贴片针尖中的 CuS NPs 在 H₂O₂ 的催化氧化和光热效应方面表现出优异性能，通过生成 ·OH 和近红外照射实现了双重协同杀菌效果。MFMN 贴片的基底层具备 体外 pH 可视化功能，有助于...

未引用的参考文献

Chen 等人，2025a；Chen 等人，2025b；He 等人，2024；Perry 和 Taylor，1986；Proksch，2018；Zhang 等人，2025a。

CRediT 作者贡献声明

周 Lubin：撰写 – 审稿与编辑、可视化、验证、资金获取、正式分析。赵 新达：验证、资源准备、方法学设计、资金获取。梁 娜：撰写初稿、验证、实验研究、正式分析。孙 新星：可视化、实验研究、正式分析。王 好：正式分析。盖 婷婷：实验研究。卢 小峰：方法学设计。黄 碧童：监督、资源准备、资金获取。周 冯进：监督、资源准备。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了温州市基础科学研究项目（项目编号 Y2023145）、中国中医药发展基金会博士后奖学金计划（项目编号 GZB20250678）以及浙江省中医药健康科技计划（项目编号 2025ZX055）的支持。