针对上述问题，西北大学范代娣团队构建了一种生物异质结集成的重组胶原水凝胶（CAP@MXene/CuTCPP，简称CAP@MX/CT），通过MXene/CuTCPP界面肖特基结加速光生电子转移，协同PTT/PDT/POD-like三重抗菌机制实现99.95% MRSA根除率，同时通过巨噬细胞M1→M2极化调控与血管新生促进创面愈合。该文章于2026年3月11日以《Bio-heterojunction-engineered recombinant collagen hydrogel orchestrates multimodal sterilization and immunomodulation for MRSA-infected wound healing》为题发表于《Bioactive Materials》（DOI：10.1016/j.bioactmat.2026.03.007）。

方案1 . CF-1552-APBA-PVA@MXene/CuTCPP（CAP@MXene/CuTCPP）水凝胶的合成与性能。（a）MXene/CuTCPP生物异质连接（MXene/CuTCPP bio-HJs）和CAP@MXene/CuTCPP水凝胶合成示意图；（b）CAP@MXene/CuTCPP 水凝胶抗菌活性和促进伤口愈合的机制。

（1）MXene/CuTCPP生物HJs的合成与表征

采用SEM、TEM、FT-IR、XRD和XPS对MXene、CuTCPP及MXene/CuTCPP生物异质结进行系统表征。SEM显示插层MXene呈典型手风琴结构，CuTCPP因Cu²⁺配位形成多层片状形貌，改性后的MXene/CuTCPP生物异质结保留MXene相似结构（图1a-c）；TEM显示其晶面间距为1.47 nm，对应MXene的（002）晶面（图1d），元素mapping证实Ti、C（源自MXene）与Cu、N（源自CuTCPP）共存（图1e-k）。XRD显示Ti₃AlC₂经刻蚀插层后（002）峰位移、Al层峰消失，证实二维Ti₃C₂Tₓ形成，而MXene/CuTCPP生物异质结衍射峰同时源于MXene和CuTCPP且强度降低，确认两者成功结合（图1l）。FT-IR中TCPP与CuTCPP在964 cm⁻¹（N-H伸缩）、999 cm⁻¹（N-Cu伸缩）及3315 cm⁻¹（N-H伸缩）处呈现特征峰，表明Cu²⁺配位成功（图1m）。XPS全谱显示F和Ti信号弱于纯MXene且出现Cu信号（图1n）；高分辨C 1s谱中出现C-N键（图1o），O 1s谱含C=O、C-O和O-H峰且无Ti键合峰（图1p），Cu 2p谱中952/932 eV对应Cu(I)、954/934 eV对应Cu(II)（图1q），综合证实MXene/CuTCPP生物异质结的成功合成。

图1.CuTCPP、MXene及MXene/CuTCPP生物异质结的合成与表征。(a) MXene的扫描电子显微镜图像；(b) CuTCPP的扫描电子显微镜图像；(c) MXene/CuTCPP生物异质结的扫描电子显微镜图像；(d) MXene/CuTCPP生物异质结的透射电子显微镜图像；(e-k) MXene/CuTCPP生物异质结的元素分布图；(l) MXene及MXene/CuTCPP生物异质结的XRD图谱；(m) TCPP及CuTCPP的傅里叶变换红外光谱；(n) XPS全谱；(o-q) MXene/CuTCPP生物异质结的C 1s、O 1s及Cu 2p高分辨XPS谱图。

（2）CAP@MXene/CuTCPP水凝胶的合成与表征

CF-1552经NHS和EDC催化与APBA酰胺化反应制得CF-1552-APBA，FT-IR在770 cm⁻¹（芳环C-H面外弯曲）、1550 cm⁻¹（苯环特征吸收）、793/702 cm⁻¹（间位取代苯）及1630 cm⁻¹（-CO-NH-强度改变）处出现新峰，¹H NMR在7.0-8.0 ppm呈现苯基硼酸特征峰，证实APBA成功接枝（图2a,b）。将12.5 wt% CF-1552-APBA与12.5 wt% PVA混合成胶，加入1 mg/mL MXene/CuTCPP生物异质结增强交联（图2g）；CAP水凝胶FT-IR在1543 cm⁻¹处出现苯基硼酸酯键峰，确认交联形成（图2c），且bio-HJ掺入使溶胀能力提升60%（图2d）。14天降解/释放实验显示水凝胶具pH响应特性：pH 5.0酸性条件（感染创面环境）下快速降解并爆发释放Cu²⁺，pH 7.4中性条件（愈合期）下结构完整、释放平缓，累积Cu²⁺浓度约38 μmol/L，低于系统毒性阈值（图2e-f）。CAP@MX/CT水凝胶20 s内完成自修复恢复原有完整性（图2h），对橡胶、塑料、皮肤及玻璃等多种基材具有良好黏附性（图2i）；流变学显示储能模量始终大于损耗模量，循环步进应变测试中G′与G″快速恢复，证实优异自修复性能（图2l,m），猪皮搭接剪切试验显示bio-HJ掺入使黏附强度翻倍（图2n）。

图2.CAP@MXene/CuTCPP的合成与表征。(a) APBA、CF-1552及CF-1552-APBA的FT-IR光谱；(b) CF-1552及CF-1552-APBA的¹H NMR氢谱；(c) CF-1552-APBA、PVA及CAP水凝胶的FT-IR光谱；(d) CAP及CAP@MX/CT水凝胶的溶胀率；(e) 水凝胶在pH 5.0、7.4及8.5的PBS中14天的降解曲线；(f) 水凝胶在pH 5.0、7.4及8.5条件下14天内Cu2+离子的累积释放动力学；(g) 水凝胶交联示意图；(h) 水凝胶的自修复性能；(i) 水凝胶黏附性示意图；(j) CAP@MX/CT水凝胶的黏附机制；(k) 水凝胶对猪皮黏附的搭接剪切试验机制；(l) CAP及CAP@MX/CT水凝胶的黏弹性；(m) 单交联CAP@MX/CT水凝胶的循环应变扫描测量；(n) 水凝胶的黏附强度。

（3）CAP@MXene/CuTCPP水凝胶的光热性能和POD酶活性评估

MXene/CuTCPP生物异质结因两组分协同效应呈现优异光热性能，UV-vis吸收强于单一组分，808 nm照射下产热增强（图3a）；激光功率从0.2增至0.8 W/cm²时，水凝胶温度10 min内由48.3℃升至83.3℃，综合皮肤耐受性与光毒性，选定0.5 W/cm²用于后续实验（图3b）。bio-HJ浓度递增时光热性能增强，同等浓度下MXene/CuTCPP组显著高于MXene组（图3c）；CAP@MX/CT经5次加热-冷却循环性能稳定，光热转换效率计算为44.51%（图3e,f）。铜离子配位增强TCPP生物活性及光吸收，同时催化类芬顿反应表现类过氧化物酶（POD-like）活性，在H₂O₂存在下产生ROS破坏细菌氧化还原平衡。该活性具有环境响应性：pH 4.0时达峰值（MRSA感染创面典型酸性环境），40℃附近最大（符合生理发热或NIR光热条件）（图3i,j）；浓度依赖曲线呈典型Michaelis-Menten动力学（图3k,l）。TMB显色实验中，CAP@MX/CT+H₂O₂组在652 nm处吸光度最高，显著优于其他组别，CAP@MXene组活性可忽略，证实CuTCPP引入及肖特基结形成的关键作用；无H₂O₂时仍检出弱氧化酶样活性，确保创面微环境持续抗菌潜力（图3m）。

图3.CAP@MXene/CuTCPP的光热性能及过氧化物酶活性评价。(a) MXene/CuTCPP生物异质结的紫外-可见光谱；(b) CAP@MX/CT在0.2 W/cm2、0.5 W/cm2及0.8 W/cm2激光功率下的温度变化；(c) 含MXene或不同浓度MXene/CuTCPP生物异质结的CAP水凝胶在808 nm近红外激光（0.5 W/cm2）照射下的温度变化；(d) CAP@MX/CT在近红外激光开关循环5次下的温度变化；(e-f) CAP@MX/CT水凝胶冷却期间线性时间数据与ln(θ)的关系；(g) CAP水凝胶及CAP@MX/CT水凝胶经808 nm（0.5 W/cm2）近红外激光照射10分钟的红外热成像图；(h) 以TMB为底物时CAP及CAP@MX/CT的类过氧化物酶活性；(i-l) 温度、pH、MXene/CuTCPP生物异质结浓度及H2O2浓度对MXene/CuTCPP生物异质结纳米片POD活性的影响；(m) 不同水凝胶组间类过氧化物酶活性的比较。

（4）CAP@MXene/CuTCPP水凝胶的体外抗菌活性

CAP@MX/CT水凝胶在808 nm近红外照射下通过PTT/PDT/POD-like三重机制及纳米片"纳米刀"物理效应发挥强效抗菌活性：光热转换效率44.51%产生局部高温破坏细菌膜并增强POD催化活性，协同光动力产生活性氧（¹O₂、·O₂⁻等），MXene/CuTCPP界面光加速电子转移进一步放大ROS生成。解耦实验显示MXene/CuTCPP bio-HJs对MRSA存活率降至0.38%，显著优于MXene单独（2.65%）或CuTCPP单独（0.75%），证实肖特基结结构驱动的杀菌效力。平板计数法显示六组细菌存活率（图4a-b）：无纳米粒子的CAP水凝胶与对照组无显著差异；单独NIR（IV）和单独H₂O₂（V）处理呈中等活性，S. aureus存活率分别降至24.15%和19.57%，E. coli降至36.36%和24.24%，MRSA降至24%和12%；而NIR+H₂O₂联合（VI）组PTT/PDT/POD协同使S. aureus存活率0.02%、E. coli 0.5%、MRSA 0.05%，接近完全灭活（99.98%、99.5%、99.95%）。SEM显示对照组S. aureus呈光滑球形、E. coli呈杆状；CAP@MX/CT组引起皱缩；NIR+H₂O₂联合组细菌形态不可逆破坏（图4a）。结晶紫染色显示VI组颜色最浅，抗生物膜效果最强；CLSM三维重建显示该组绿色（活菌）最少、红色（死菌）最多，证实生物膜深度破坏（图4c,d）。DCFH-DA探针显示单一模式仅微弱外周信号，协同组在MRSA胞质内呈现强烈绿色荧光，验证PTT增加膜通透性使ROS快速内化累积的协同机制（图4e）。

图4.CAP@MXene/CuTCPP水凝胶的体外抗菌活性。(a) 不同处理方案下大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、MRSA的菌落照片及相应扫描电子显微镜图像；(b) 平板计数法测定不同水凝胶对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和MRSA的生长抑制活性；(c) 不同处理方法下生物膜的结晶紫染色；(d) 不同处理方法下生物膜的激光共聚焦图像；(e) DCFH-DA染色检测各处理组MRSA胞内活性氧的荧光显微镜图像。

（5）CAP@MXene/CuTCPP水凝胶的生物相容性

CCK-8实验及AO/EB染色评价生物相容性：AO/EB染色显示L929人成纤维细胞维持正常纺锤形形态，绿色荧光（活细胞）强而红色荧光（死细胞）弱（图5a），定量细胞活力证实CAP及CAP@MX/CT水凝胶共培养均未产生显著细胞毒性，各组存活率均高于95%，与对照组无显著差异（图5c）。细胞划痕实验显示CAP@MX/CT组迁移率显著高于CAP组，较对照组提高26.3%（图5b,d）；体外管形成实验证实其促进血管样结构形成（图5e,f）。溶血实验显示两组溶血率均低于5%，符合ASTM生物材料标准（图5h）。巨噬细胞极化分析显示，LPS组多数细胞处于M1型促炎状态，而CAP@MX/CT组CD86（M1标志）低表达、CD206（M2标志）高表达，促进M1→M2表型转化（图5g）；细胞因子分泌显示该组IL-10（抗炎因子）轻度升高、IL-6（促炎因子）降至正常未刺激细胞水平以下（图5i,j），表明CAP@MX/CT水凝胶有效调控RAW264.7巨噬细胞向抗炎表型极化，从而抑制炎症反应。

图5.CAP@MXene/CuTCPP水凝胶的生物相容性。(a) CAP及CAP@MX/CT水凝胶的AO/EB荧光染色图；(b) CAP及CAP@MX/CT水凝胶的细胞迁移划痕图；(c) CAP及CAP@MX/CT水凝胶的细胞存活率；(d) CAP及CAP@MX/CT水凝胶的细胞迁移率；(e) CAP及CAP@MX/CT水凝胶的节点数量及(f) 血管生成状态；(g) RAW 264.7细胞与CAP及CAP@MX/CT水凝胶共培养后CD86和CD206的荧光表达；(h) 水凝胶溶血实验；(i) 抗炎因子IL-10含量；(j) 促炎因子IL-6含量。

（6）CAP@MXene/CuTCPP水凝胶的体内抗菌评估和伤口再生评估

SD大鼠全层MRSA感染伤口模型评价体内治疗效果（图6a）。感染后第-1天造模，第0天开始治疗，监测创面闭合轨迹（图6b）。第3天和第7天取伤口组织样品平板计数定量评估细菌清除情况，协同治疗组第7天实现病原体近乎完全清除，菌落数显著低于其他各组，证实强效体内抗菌活性（图6c）。对照组第11天仍有持续脓肿且愈合延迟，协同治疗组创面闭合率最高达98.81%（图6e），显著优于商品化Hydrosorb®敷料，为CAP@MX/CT水凝胶的潜在临床转化提供坚实药理学基础。水凝胶严格局部应用于创面床，808 nm激光束限制于感染区域以确保局部安全性。实时红外热成像显示（图6d），杀菌温度（>50°C）维持在作用部位，同时确保陡峭热梯度使邻近健康组织处于安全生理范围（<42°C）。

图6.添加临床标准抗菌剂的CAP@MXene/CuTCPP水凝胶的体内抗菌评价及创面再生评估。(a) MRSA细菌感染伤口治疗模式示意图；(b) 不同处理方法下创面愈合过程代表性照片；(c) 第3天和第7天伤口处菌落照片；(d) MXene/CuTCPP生物异质结水凝胶经0.5 W/cm² 808 nm激光照射10分钟的红外热成像图；(e) 不同处理方法下创面愈合率对比图。

图7.CAP@MXene/CuTCPP水凝胶的体内组织病理学及免疫调节评价。(a) 不同处理方法下第3天和第7天创面的H&E及Masson染色图像；(b-c) 第3天和第7天表皮厚度；(d-e) 第3天和第7天胶原体积分数；(f) 第7天CD86、CD206、VEGF及IL-6的免疫荧光图；(g-j) CD86、CD206、VEGF及IL-6相对强度。

（8）光热和光动力效应对MXene/CuTCPP生物HJs的机制

MXene/CuTCPP生物异质结通过MXene表面-OH基团与CuTCPP水热反应制备。EPR光谱显示NIR照射下·O₂⁻、¹O₂和·OH产量递增，其中·O₂⁻和¹O₂信号显著，·OH因自身捕获有限而信号较弱，主要在外源性H₂O₂刺激下产生（图8a-c）。电荷密度分布显示两者通过π-π共轭结合，电势差驱动电子从CuTCPP向MXene转移（图8g）。DFT计算显示MXene DOS在费米能级处电子态丰富呈金属性，CuTCPP为半导体特征，bio-HJs保留MXene优异导电性（图8d-f）；瞬态光电流响应显著优于单一组分，EIS显示Rct明显降低，证实界面促进快速电子传输（图8h,i）。Tauc plot计算带隙分别为2.09 eV（CuTCPP）和2.00 eV（bio-HJs）（图8j）；UPS测得功函数为4.08 eV（MXene）、3.26 eV（CuTCPP）和4.40 eV（bio-HJs），价带位置-5.20 eV和-6.27 eV，导带-3.11 eV和-4.27 eV（图8k,l）。接触后电子从低功函数向高功函数材料迁移形成内建电场（图8m），808 nm NIR激发下LSPR促进电子从CuTCPP导带向MXene转移，推动电子-空穴分离及ROS生成（图8n）。

图8. MXene/CuTCPP生物异质结光动力抗菌机制。(a-c) MXene、CuTCPP及MXene/CuTCPP生物异质结的·O₂^-、¹O₂和·OH的EPR光谱；(d-f) CuTCPP、MXene及MXene/CuTCPP生物异质结的态密度；(g) MXene/CuTCPP生物异质结的电荷密度；(h) 808 nm照射（开/关循环）下MXene、CuTCPP及MXene/CuTCPP生物异质结的瞬态光电流响应（I-t曲线）；(i) 电化学阻抗谱（EIS）奈奎斯特图；(j) CuTCPP及MXene/CuTCPP生物异质结的Tauc图；(k-l) MXene、CuTCPP及MXene/CuTCPP生物异质结的紫外光电子能谱；(m) CuTCPP与MXene接触前后的能级示意图；(n) 808 nm光照射下活性氧产率增强机制。