细菌感染一直是人类健康的重大威胁，其中细菌感染型伤口更易诱发炎症，扰乱机体正常免疫系统，从而严重阻碍伤口的愈合。为提高杀菌效率，本项目开发了多种功能化高效新型杀菌复合材料，主要包括新型光热纳米杀菌材料、食品功能组分修饰的纳米杀菌材料、以及多功能杀菌水凝胶等，并对不同策略的杀菌机制进行了系统研究。本项目的主要内容及创新点如下：

（1）首创强化生物矿化辅助制备多功能可注射水凝胶敷料方法以有效加速伤口愈合

 该项成果采用多巴胺接枝明胶等作为生物模板，提出了天然分子辅助矿化方法，制备出具有优异杀菌效应的新型胶体抑菌材料，解决了难以自愈合、抑菌效果弱的难题，实现了对致病菌的高效绿色快速杀灭。同时，通过与瓜尔豆胶相结合，借助席夫碱反应，设计了一个载有原位还原银纳米粒子的可注射、自愈合、杀菌、抗氧化且具有强光热性能的多功能水凝胶，其具有强烈协同杀菌作用，可有效杀死伤口处细菌，进而加速伤口的愈合。

   1. Multifunctional injectable hydrogel dressings for effectively accelerating wound healing: Enhancing biomineralization strategy

（2）构建了功能化二维金属锑烯纳米材料实现物理捕获和光热效应一体化的壳聚糖基气凝胶协同杀菌体系

 该项成果通过超声剥离技术制备了锑烯纳米片（AM NSs），并将其嵌入壳聚糖网络结构中构建了复合气凝胶杀菌平台。壳聚糖通过与细菌细胞膜的静电作用将细菌富集在凝胶表面，并通过其固有的杀菌能力杀死部分细菌。在近红外光照射下，AM NSs将光能转换为热能以消除残余细菌，AM NSs的杀菌效率分别为45.2%和37.9%。壳聚糖/AM NSs凝胶平台对于大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效率分别为97.1%和100%。

   2. Construction of chitosan-based hydrogel incorporated with antimonene nanosheets for rapid capture and elimination of bacteria

（3）构建了银离子控释和光热效应一体化的卡拉胶基水凝胶杀菌体系

 该项成果通过一锅法制备了没食子酸功能性银纳米颗粒（GA-Ag NPs），然后将其嵌入卡拉胶网络结构中构建新型水凝胶杀菌体系。GA-Ag NPs不仅可以通过控释效应实现持续杀菌，而且还可以通过光热效应将光能转化为热能杀灭细菌，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效率分别为98.7%和94.8%。卡拉胶凝胶基质还可以促进伤口愈合并展现出良好的生物相容性。

   3. Silver nanoparticle-embedded hydrogel as a photothermal platform for combating bacterial infections

（4）制备了类过氧化物酶催化和光热双功能化金属氧化物纳米材料，阐明了纳米催化疗法和光热疗法一体化的杀菌机制

 通过水热配合超声波液相剥离技术制备了具有类过氧化物酶催化活性和光热性能的血红蛋白功能化的铁酸铜纳米颗粒（Hb-CFNPs）和锰酸铜纳米片（CuMnO₂ NFs）。金属氧化物纳米材料通过静电相互作用结合细菌，并通过催化作用产生羟基自由基破坏细胞膜结构，提高细胞膜对热的敏感度。在近红外光照射下，材料利用光热效应将光能转变为热能引起细菌热损伤，Hb-CFNPs和CuMnO₂ NFs的光热转换效率分别为28.6%和29.6%，同时升温也进一步提高了材料的催化活性，从而产生更多的羟基自由基来对抗细菌。此外，Hb-CFNP可通过磁富集将光热效率提高约20倍，从而在低剂量下实现快速杀菌。

   4. Multifunctional magnetic copper ferrite nanoparticles as fenton-like reaction and near-infrared photothermal agents for synergetic antibacterial therapy

（5）创建了多功能壳聚糖-二硫化钼复合气凝胶伤口敷料

 该项成果通过定向浇铸法和超声剥离改性制备了壳聚糖（CS）气凝胶和二硫化钼纳米片（NMNSs），然后采用“双向”冷冻浇铸法制备了具有强细菌吸附能力的CS/NMNS复合气凝胶，该气凝胶具有均匀的孔径、规则的海绵状孔、高孔隙率和良好的吸附性能机械性能。NMNSs可以有效地将光转化为热（η=37.9%），以提高环境温度，并对病原菌进行光热消融，这优于大多数常见的光热剂。对革兰氏阳性大肠杆菌的抑制率可达97%以上革兰氏阴性金黄色葡萄球菌。重要的是，伤口愈合实验的结果充分证明CS/NMNSs−4.0气凝胶可以通过光热处理有效杀死细菌，并在一定程度上促进伤口愈合。

   5. Chitosan-based bifunctional composite aerogel combining absorption and phototherapy for bacteria elimination

 综上所述，本项目以提高伤口杀菌效率为目标，构建了功能化高效纳米新型杀菌体系。从功能性方面划分，该纳米杀菌体系主要包括光热杀菌剂、光热-光催化杀菌剂、Ag⁺控缓释-光热杀菌剂、天然杀菌剂肉桂醛控缓释-光热杀菌剂、集捕获和杀灭功能于一体的壳聚糖基杀菌气凝胶、以及具有可注射、自愈合、AgNPs控缓释、光热杀菌、抗氧化等水凝胶伤口敷料，为抗细菌感染提供了新的理论支撑和技术参考。

 客观评价：

 东北农业大学江连洲教授（“A dopamine-modified gelatin hydrogel with G' (∼100 Pa) has been used as wound dressing biomaterial in the work of Zhang et al. ”Lianzhou Jiang et al. 2022. Biomaterials, 283, 121455）认为论文中研制的多巴胺修饰明胶水凝胶被用作伤口敷料的生物材料具有较为广泛的应用前景。内蒙古工业大学理学院冀国俊教授（“Hydrogel adhesion plays a key role in various emerging fields, including soft machines, flexible electronics, microfluidics, functional coatings, and bioengineering.”Guojun Ji et al. 2022. Advanced Materials, 34, 13, 2108820）认为论文中水凝胶粘附在各种新兴领域发挥着关键作用，包括软机械、柔性电子、微流体、功能涂料和生物工程等领域。西安交通大学郭保林教授（“Among the existing antibacterial agents, Ag NP-based nanomaterials are the most common and well-studied types of antibacterial agents because of their wide antibacterial spectrum that can be effective against a variety of Gram-positive/negative bacteria, fungi, and viruses.” Baolin Guo et al. 2021. ACS Nano, 15, 12, 18895）认为在现有的抗菌剂中，银基纳米材料是最常见和研究最充分的抗菌剂类型，因为其抗菌谱广泛，可以有效地对抗各种革兰氏阳性/阴性细菌、真菌和病毒。

 论文受到了路易斯安那理工大学微制造和生物医学工程项目研究所Y. Lvov 教授的高度评价（“ The photothermal agents convert light to thermal energy, causing a local hyperthermia to denaturalize bacterial proteins and killing bacteria. Various types of photothermal agents have been incorporated to wound dressings, such as antimonene nanosheets ” Y. Lvov et al. 2022. Bioactive Materials, 21, 284）， 称该论文提出光热剂将光转换为热能量，引起局部热疗，使细菌蛋白质变性并杀死细菌。高丽大学化学与生物工程系和化学与生物工程研究中心Jungbae Kim教授（“ The wound infection induced by S. aureus was successfully cured using the CS/AM NS hydrogel wound dressing. This is the fifirst example of using AM NSs as a PTT agent in antibacterial ther apy” Jungbae Kim et al. 2022. Coordination Chemistry Reviews, 470, 214701）称采用CS/AM NS水凝胶创面敷料成功治愈了金黄色葡萄球菌引起的伤口感染，这是使用AM NSs作为PTT剂在抗菌治疗中的第一个例子。南京理工大学化学工程学院董伟教授（“This phenomenon was because the CG hydrogel possessed abundant functional groups such as positively charged quaternary ammonium salt groups that can interact with the negatively charged bacteria cell membrane, resulting in pathogen capture and inactivation.”Wei Dong et al. 2022. Advanced Science, 9, 2106015）称CG水凝胶具有丰富的官能团，如带电的季铵盐基团，这些官能团可以与带负电的细菌细胞膜相互作用，从而捕获和灭活病原体。

 上海交通大学附属第六人民医院程涛教授评价称（“Polydopamine (PDA) nanoparticles are a near-infrared-responsive inorganic nanomaterial and widely utilized for biomedical applications.”Cheng Tao et al. Materials & Design, 2022, 217, 110643）聚多巴胺纳米粒子是一种近红外响应型无机纳米材料，在生物医学领域应用广泛。广东医科大学医学技术学院皮江评价（“In order to strengthen the antibacterial effects, antibiotic substance is often introduced into the PDA nanosystem, which allows the delivery of antibiotics for selective bacterial killing together with PTT.”Jiang Pei et al. 2022. Frontiers in Pharmacology, 13, 829712），该纳米材料增强了杀菌效果。论文受到了西班牙格拉纳达大学Costela-Ruiz, Victor Javier 和Garcia-Martinez, Olga的高度评价（“Sun et al. obtained encouraging wound healing outcomes in rats by applying a biocompatible antibacterial dressing based on chitosan-copper-GA.”Costela-Ruiz, VJet al. 2021. Foods, 10, 1642），称该论文提出的基于壳聚糖-铜-GA的生物相容性抗菌敷料，在大鼠中获得了令人鼓舞的伤口愈合结果。广东医科大学海洋生物医药研究所刘云（“Compared to traditional wound dressings, aerogels-based wound dressings not only have blood exudate absorption ability but also possess a key capacity in maintaining the gaseous exchanges, which is also of importance for wound healing. In comparison with hydrogels, the highly porous network, adjustable surface properties, tunable pore sizes, low density and good biocompatibility of aerogels make them promising candidates for bactericidal applications” Liu Yun et al. 2022. Drug delivery, 29, 1086）肯定了气凝胶具有高孔隙网络、可调节的表面性能、可调节的孔径、低密度和良好的生物相容性等优势，认为其具有良好的杀菌应用前景。