针对上述问题，东华大学李晓然、王先锋团队与波兰科学院Filippo Pierini团队展开国际合作，独辟蹊径地开发了一种多功能可喷雾光热纤维水凝胶。该团队巧妙地将载有金纳米棒（AuNRs） 和抗炎药双氯芬酸钠（DS） 的PLGA电纺短纤维，作为功能“元件”封装入固定有趋化因子SDF-1α的明胶甲基丙烯酰胺（GM）水凝胶“基质”中，构建了一个智能治疗体系。该水凝胶不仅能通过光热作用有效杀菌，还能利用近红外光（NIR）触发DS的按需释放以抑制炎症，并可持续缓释SDF-1α来招募内源性干细胞，实现了对感染伤口微环境的协同性、时序性精准调控。 该文章于2025年8月29日以《Sprayable Photothermal Fiber-Embedded Hydrogels to Engineer Microenvironment for Infected Wound Healing》为题发表于《Advanced Functional Materials 》（DOI:10.1002/adfm.202501242）

图1.光热纤维水凝胶的构建示意图及其在感染伤口愈合中的应用

（1）光热纤维的构建与性能

研究首先合成了具有近红外II区吸收特性的金纳米棒。透射电子显微镜显示，所制备的AuNRs形貌均一，平均尺寸为56.6 × 14.6 nm（图2A）。经mPEG-SH修饰后，其Zeta电位由+34.0 mV降至3.1 mV（图2B），有效改善了生物相容性。紫外-可见-近红外吸收光谱证实，修饰后的AuNRs在808 nm处仍保持强吸收峰（图2C）。随后，通过静电纺丝技术将AuNRs与抗炎药物DS共同封装于PLGA纤维中。扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱表明，AuNRs被成功包载于纤维内部（图2D, E，F）。重要的是，选用玻璃化转变温度（Tg ≈ 50°C）的PLGA使得纤维在光热升温超过Tg时，能实现药物的按需释放。在808 nm激光照射下，含0.3 wt% AuNRs的纤维膜可在5分钟内升温约35°C（图2G）。最终，通过氨解与均质化处理，获得了长度分布均匀（平均18.2 μm）的短纤维（图2H, I），为后续构建复合水凝胶奠定了基础。

图2.AuNRs掺杂 PLGA 短纤维的制备。（A）和（B） PEG-AuNRs的TEM图像、Zeta电位。（C）AuNRsPEG修饰前后的紫外-可见-近红外吸收光谱。（D）AuNRs掺杂电纺 PLGA 纤维的SEM图像，（E） AuNRs掺杂电纺 PLGA 纤维的EDS光谱，（F）AuNRs掺杂电纺 PLGA 纤维的TEM图像。（G） 含有不同AuNRs含量的 PLGA 纤维膜在 NIR 光照下的温度变化曲线。（H） 短纤维的SEM图像（I）短纤维的长度分布

（2）喷雾型水凝胶的流变学性能与原位成型能力

为赋予敷料对不规则创面的适配性，研究选用明胶甲基丙烯酰胺作为光交联水凝胶基质。核磁共振氢谱证实了甲基丙烯酰基的成功接枝（图3B）。将1% (w/v)的功能化短纤维均匀分散于GM前体溶液中，该复合体系展现出优异的可喷雾性（图3F）。在365 nm紫外光照射下，溶液在80秒内发生快速溶-凝胶转变（图3C）。流变学测试表明，纤维的引入显著提升了水凝胶的机械韧性，其断裂应变从41%增加至102%。扫描电镜显示，冻干后的水凝胶呈现多孔结构（平均孔径89 μm），且短纤维在其中均匀分布，无显著聚集现象（图3D, E）。该水凝胶在猪皮表面能形成稳固贴附的凝胶层，在外力作用下仍保持结构完整性（图3G），证实了其良好的原位成型与组织粘附能力。红外热成像及温度变化曲线定量展示了水凝胶在NIR照射下快速且显著的光热效应，且升温幅度与AuNRs含量相关（图3H、I）。循环实验进一步证实了其优异的光热稳定性（图3J）。

图3.短纤维嵌入水凝胶的开发。（A） GM合成示意图。（B）GM的1H NMR谱图。（C）凝胶过程。（D）SEM图像。（E）短纤维嵌入水凝胶的孔径分布。（F）  纤维/水凝胶溶液的喷雾行为。（G） 水凝胶在猪皮上弯曲和扭转时的贴合性。（H）含有不同含量金纳米棒的SF@Au嵌入水凝胶在 NIR 光照射下的红外热像图。（I）对应的温度变化曲线。（J）GM/SF@Au水凝胶经过五次反复照射和冷却后的温度变化

（3）时序性药物释放与体外抗菌/抗炎效能

图4（A, B） 的菌落平板照片及图4（C, D） 的定量统计表明，经NIR照射的GM/SF@Au水凝胶对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效率均超过99.9%。DS释放曲线揭示了独特的“光控-按需释放”行为：NIR照射期间药物突释，激光关闭后释放减缓（图4E ）。图4F 则显示SDF-1α在整个监测期内呈现缓慢持续的释放模式，与DS的快速释放构成了理想的时序性递送。ELISA结果证实，从水凝胶中释放的DS能有效抑制脂多糖诱导的巨噬细胞产生TNF-α和IL-6，展现出显著的抗炎活性（图4G, H ）。

图4.（A）和（B）GM/SF@Au和细菌共孵育有无NIR照射不同处理下的菌落形成情况。（C）和（D）E.coli和S.aureus细菌存活率。（E）和（F）DS与SDF-1α的释放曲线。（G）和（H）TNF-α和IL-6的定量统计

（4）材料的生物相容性及其对干细胞迁移的促进作用 

溶血实验结果显示，所有实验组的溶血率均低于2%，证明了材料优异的血液相容性（图5A ）。细胞活死染色及CCK-8实验表明，水凝胶提取物对L929细胞无显著毒性，且支持细胞正常增殖（图5B, C ）。 间充质干细胞上验证了其良好的细胞相容性（图5D, E）。细胞划痕实验及其定量分析则证明，含有SDF-1α的实验组能显著促进MSCs的定向迁移，迁移率显著高于对照组（图5F, G ）。

图5.生物相容性与细胞迁移研究。（A）溶血率。（B）和（C）L929细胞与水凝胶提取物共培养的存活率及增殖情况。（D）和(E)  MSCs与水凝胶提取物共培养的活/死细胞染色图像及对应细胞存活率。（F）和（G） MSCs划痕愈合图像及定量分析

（5）敷料的体内治疗效果评价

动物实验设计示意图（图6A）。红外热成像图显示，敷料覆盖的伤口在NIR照射下能产生精准的局部高温（约50°C）（图6B）。伤口宏观照片及 的愈合率统计曲线共同表明，GM/SF@Au&DS/SDF + NIR治疗组在第15天几乎实现伤口完全闭合，愈合速度显著优于其他对照组（图6C和D）。

图6.体内功效评估。（A）实验设计示意图（B）红外热成像图像；（C）伤口愈合过程照片及（D）伤口愈合率统计

（6）免疫组化分析促进愈合机制

H&E和Masson三色染色显示，GM/SF@Au&DS/SDF + NIR组具有更完整的表皮结构、更多的皮肤附属器及更成熟有序的胶原纤维（图7A, B）。CD68染色及其定量分析表明，该治疗能显著减少伤口区域的巨噬细胞浸润（图7C, D ）。CD90染色显示，该组有更大量的内源性间充质干细胞被招募至伤口床（图7E ）。CD31染色及其定量分析则证明，该治疗有效促进了伤口局部的血管生成（图7F, G ）。

图7.组织学染色评估。（A）和（B）H&E和Masson染色。（C）和（D）CD68染色和相对面积统计。（E）CD90染色图像。（F,G）CD31染色和血管数量统计 

（7）转录组学机制探讨

火山图展示了治疗组与对照组之间2217个差异表达基因（图8A ）。KEGG通路富集分析显示，差异基因显著富集于IL-17信号通路和金黄色葡萄球菌感染通路等（图8B ）。热图具体显示，治疗显著下调了IL-17通路中多个关键促炎基因（如Cxcl1, Cxcl2, Mmp3, Mmp9）的表达（图8C ）。基因集富集分析图进一步确认了IL-17信号通路被显著抑制（NES = -1.43, p = 0.022）（图8D ）。

图8.RNA-seq分析。（A）差异表达基因火山图；（B）KEGG通路富集分析；（C）炎症相关基因表达变化热图（D）GSEA分析