针对上述问题，上海大学转化医学研究院苏佳灿教授、张琴研究员、耿振研究员团队联合上海交通大学医学院附属新华医院何崇儒主任医师，开发了一种基于近红外（NIR）光热响应的凝胶-溶胶转变水凝胶系统（PGI@L）。该体系巧妙整合了三重功能组件：光热转换剂吲哚菁绿（ICG）、温敏性明胶基质以及广谱抗生素左氧氟沙星，通过MMP可降解的PEG交联网络实现可控级联响应。该水凝胶可在UV照射下数秒内快速成胶，植入感染创面后经NIR照射触发局部升温，诱导明胶发生凝胶-溶胶转变，从而实现抗生素的按需加速释放和明胶基质的可控递送。这一设计实现了早期光热-化学协同杀菌与后期明胶介导促修复的时序性精准调控，为复杂感染性创面的智能管理提供了全新范式。该文章于2026年3月5日以《Photothermal Hydrogel with Gel–Sol Transition for Programmed Antibacterial and Wound Healing》为题发表于《Advanced Functional Materials》（DOI: 10.1002/adfm.74776）。

图1.光热响应水凝胶的设计策略与程序化治疗机制。 (A) 水凝胶设计：将MMP可降解PEG网络与ICG、温敏明胶和左氧氟沙星结合，构建具有凝胶-溶胶转变的光热响应水凝胶。(B) 治疗机制：NIR加热溶解明胶并释放抗生素，结合光热杀菌减少细菌和生物膜（第一阶段）；释放的明胶促进细胞黏附、血管生成和组织重塑（第二阶段）。

（1）水凝胶体系的构建与理化性能表征

研究团队首先制备了8臂PEG-降冰片烯（8-arm PEG-NB）大分子单体，¹H NMR和FTIR证实了降冰片烯基团的成功接枝。水凝胶前驱液在UV照射下通过硫醇-降冰片烯点击反应快速交联（图2B），流变学监测显示P和PGI@L凝胶在2秒内达到凝胶点（图2C）。研究团队制备了三种对照水凝胶：不含明胶/ICG/抗生素的P凝胶、仅含明胶的PG凝胶，以及含明胶和ICG但不含抗生素的PGI凝胶。

FTIR光谱显示PG凝胶在酰胺I、II、III区出现明胶特征吸收峰，证实明胶通过物理共混引入（图2A）。接触角测试表明三种凝胶的水接触角为54.7°-70.9°，呈现适度亲水性（图2E, F）。冷冻扫描电镜显示P凝胶平均孔径约14.0 μm，引入明胶后PG和PGI@L凝胶孔径减小至7.3-7.5 μm（图2G, H）。P凝胶48小时溶胀率为19.5%，而PG和PGI@L凝胶分别达到42.4%和43.2%（图2I）。纳米压痕测试显示PG和PGI@L凝胶的杨氏模量（约45 kPa）显著高于P凝胶（30.2 kPa）（图2J, K）。在胶原酶I降解实验中，含明胶的PG和PGI@L凝胶14天降解率（约35%）显著高于P凝胶（20.8%）（图2L）。

图2.水凝胶的表征。 (A) P和PG水凝胶的FTIR光谱；(B) UV诱导凝胶化前后照片；(C) P和PGI@L水凝胶的快速光交联流变学行为；(D) P、PG和PGI@L水凝胶的可注射性和可塑性；(E, F) 水凝胶接触角图像及定量分析；(G, H) Cryo-SEM图像及孔径定量；(I) 溶胀曲线；(J, K) 纳米压痕杨氏模量图谱及定量分析；(L) 降解曲线。

（2）光热响应性能与温控药物释放行为

研究团队优化了ICG负载浓度，发现PGI-25凝胶（含25 μg/mL ICG）在808 nm激光（1.0 W/cm²）照射5分钟内温度升至43.9°C，7分钟后稳定在47.4°C（图3A, B），该温度窗口既能有效杀灭细菌又避免热损伤。连续5个加热-冷却循环测试显示无明显光热衰减（图3C）。

明胶的热可逆凝胶-溶胶转变是核心机制。流变学温度 ramp 测试显示PG凝胶在约39°C时储能模量急剧下降，标志着凝胶-溶胶转变；而P凝胶在整个温度范围内保持稳定（图3E）。宏观观察证实，45°C加热3分钟后PG凝胶出现明显明胶溶出（图3D）。通过调节NIR激光功率密度和照射距离，可精准控制水凝胶升温速率。循环流变学测试验证了该转变的可逆性。

药物释放实验揭示了明胶凝胶-溶胶转变对抗生素控释的关键作用（图3F）。在5个NIR照射循环中，不含明胶的PI@L+NIR组累计释放53.7%左氧氟沙星，而PGI@L+NIR组释放率达76.2%，显著高于无NIR照射的PGI@L组（19.3%）。这种"光热触发-相变加速-药物释放"的级联响应机制，为感染早期的按需高剂量给药提供了保障。

图3.水凝胶的光热触发温度响应性和药物释放行为。 (A) 不同ICG浓度水凝胶的光热图像；(B) 光热加热曲线；(C) 光热稳定性；(D) 加热前后P和PG水凝胶的宏观图像；(E) P和PG水凝胶的流变学温度 ramp 测试；(F) 光热触发温度响应性药物释放。

（3）生物安全性与细胞迁移促进作用

左氧氟沙星的浓度优化平衡了抗菌效力与细胞相容性。抑菌圈实验显示5-10 μg/mL浓度对E. coli和S. aureus具有显著抑制效果；CCK-8实验证实5 μg/mL浓度下L929成纤维细胞5天存活率维持在98%左右。基于此，5 μg/mL被选定为水凝胶载药浓度。

在高糖DMEM培养条件下，活/死染色和CCK-8实验显示PGI@L凝胶及其NIR照射组均表现出优异的细胞相容性（图4A, B）。溶血实验进一步证实了水凝胶的血液相容性（图4C）。

图4.水凝胶的生物相容性和促细胞迁移能力。 (A) L929成纤维细胞活/死荧光染色；(B) CCK-8增殖分析；(C) 血液相容性；(D) 细胞迁移定量分析；(E) HUVECs和L929细胞骨架染色；(F) 细胞迁移代表性图像。

（4）光热触发的体外抗菌

PGI@L凝胶通过光热消融与抗生素治疗的协同机制实现了增强型抗菌效果。针对E. coli和S. aureus的6小时共培养实验显示，单纯PG凝胶无抑菌作用；PGI+NIR组依靠光热效应实现1.8-2.0倍的生长抑制；而PGI@L+NIR组整合了双重优势，抑菌效果最为显著（图5A）。CFU计数显示，PGI@L+NIR处理使E. coli和S. aureus菌落数分别降低约1124.9倍和69.4倍（图5B, C）。

图5.水凝胶的光热触发抗菌活性。 (A) 细菌悬液OD值；(B) 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌CFU图像；(C) 标准化CFU计数；(D) 活/死荧光图像；(E) SEM图像。

（5）水凝胶的光热触发抗生物膜活性

生物膜是慢性感染难以根治的关键因素。结晶紫染色显示，PGI@L+NIR组对两种菌的生物膜抑制效果分别是PGI+NIR组的10.7倍和6.1倍，是PI@L+NIR组的3.4倍和2.4倍（图6A, B）。共聚焦激光扫描显微镜的三维重建显示，PGI@L+NIR组几乎完全清除了生物膜基质（图6C）。

图6.水凝胶的光热触发抗生物膜活性。 (A) 大肠杆菌和金黄色葡萄球菌生物膜染色图像；(B) 生物膜形成定量分析；(C) 生物膜3D荧光表征，活细菌和死细菌分别染成绿色和红色。

（6）大鼠感染创面的程序化修复

为验证PGI@L凝胶的体内治疗效果，研究团队建立了S. aureus感染的全层皮肤缺损大鼠模型（图7A）。水凝胶前驱液经UV照射30秒原位成胶，术后第1-3天对指定组进行NIR照射。红外热成像显示，含ICG的水凝胶在3分钟内升温至约46°C并维持稳定（图7B, D），足以快速灭活细菌并诱导明胶凝胶-溶胶转变。创面愈合进程呈现明显的组间差异，PGI@L+NIR组表现最优：第3天即清除化脓性组织，第7天肉芽组织丰富，第14天接近完全愈合（图7C）。定量分析显示，该组第5、7、14天创面面积分别缩小31.2%、68.3%和99.4%（图7E, F），显著优于所有对照组。

图7.大鼠伤口感染的体内评估。 (A) 水凝胶治疗感染伤口示意图；(B) 光热治疗红外热图像；(C) 代表性伤口照片；(D) 动物实验中光热加热曲线；(E) 伤口区域伪彩色示意图；(F) 伤口面积定量分析。

（7）大鼠伤口感染的体内组织学验证

组织学分析揭示了程序化治疗的组织学基础（图8）。H&E染色显示，PGI@L+NIR组形成了连续表皮层和重建的真皮结构，无材料残留，表明水凝胶降解与组织再生同步进行。Masson三色染色显示该组胶原纤维致密且排列有序。CD31和α-SMA免疫荧光证实PGI@L+NIR组新生微血管密度最高且血管成熟度最佳。炎症标志物分析显示，该组促炎因子TNF-α水平显著降低，而M2型巨噬细胞标志物IL-4表达显著上调，表明成功实现了从炎症期向增殖修复期的时序转换。

图8.大鼠感染伤口的组织学分析（H&E、Masson和免疫荧光染色）。

（8）转录组学机制

RNA测序从分子层面阐明了加速愈合的机制（图9）。与对照组相比，PGI@L+NIR组显著上调了细胞增殖迁移相关基因（Fgfr2、Hras、Cd24）、血管生成相关基因（Agt、Fgf、Agtr1a）以及细胞外基质重塑基因（Col6a5、Dpt、Dcn）（图9A, B）。GO富集分析显示免疫调节、细胞迁移、血管生成和组织修复等生物学过程显著激活（图9C）；KEGG分析揭示PI3K-Akt、MAPK、Rap1信号通路及ECM-受体相互作用通路为核心调控网络（图9D）。

图9.水凝胶治疗后伤口组织的RNA测序分析。 (A) 差异表达基因火山图；(B) 细胞增殖、迁移、血管生成和ECM重塑相关基因表达热图；(C) GO富集分析；(D) KEGG通路富集；(E) PPI网络分析。

（9）糖尿病大鼠感染创面的修复

糖尿病创面因高血糖、持续炎症和愈合微环境受损而极具挑战性。研究团队在糖尿病大鼠中建立了感染创面模型（图10A）。PGI@L+NIR组再次展现最优疗效：第3天有效清创，第14天近乎完全愈合，第7天和第14天创面面积分别减少91.9%和99.8%（图10B-D）。

图10.糖尿病大鼠伤口感染的体内评估。 (A) 糖尿病模型感染伤口水凝胶治疗流程图；(B) 代表性伤口照片；(C) 伤口区域伪彩色示意图；(D) 伤口区域定量分析。

（10）糖尿病大鼠组织学验证

组织学检查显示，PGI@L+NIR组形成了完整上皮层和有序的真皮结构，胶原纤维致密有序（图11）。免疫荧光证实该组CD31阳性血管和α-SMA阳性成熟血管显著增多，TNF-α表达显著降低而IL-4表达显著升高，成功逆转了糖尿病创面的慢性炎症状态。主要脏器H&E染色未见病理改变，证实了重复光热暴露的长期生物安全性。

图11.糖尿病大鼠感染伤口的组织学分析（H&E、Masson和免疫荧光染色）。