（1）PCA@FeCO片状贴片的制备与湿粘特性

咖啡酸（CA）通过酯化反应接枝于聚乙烯醇（PVA）骨架形成PVA-CA（PCA）水凝胶，随后按100:1质量比掺入Fe₃(CO)₁₂，干燥后制得PCA@FeCO平片（图1A）。傅里叶变换红外光谱（FTIR）显示，PCA在~1651 cm⁻¹和~1205 cm⁻¹处出现酯键C=O和C-O伸缩振动新峰，证实酯化反应成功；PVA的O-H伸缩振动峰（~3284 cm⁻¹）在CA接枝后移至~3265 cm⁻¹，表明氢键网络重组（图1B）。Fe₃(CO)₁₂掺入后在1981 cm⁻¹处出现Fe-CO金属羰基特征峰（图1B）。X射线光电子能谱（XPS）显示，PCA中C-O组分（286.31 eV）增至40.83%，C=O组分（532.38 eV）增至82.92%；PVA的氢键特征峰（533.22 eV）从3.06%升至9.06%，Fe₃(CO)₁₂掺入后进一步增至11.29%，并在533.63 eV处出现C=O-Fe配位键信号，证实Fe离子与CA羰基形成配位相互作用（图1C、2D）。FTIR及二维相关光谱（1D-COS）显示，湿度升高时1090 cm⁻¹（C-O伸缩）和3280 cm⁻¹（O-H伸缩）峰强度同步增加，且Φ(1090, 3280)>0、Ψ(1090, 3280)>0，表明水分子先吸附于聚合物链，再重组氢键网络（图1E、1F）。湿黏附性能定量测试显示，PCA@FeCO平片的剥离强度为90.46±8.13 J/m²，拉伸黏附强度为30.68±3.93 kPa，搭接剪切强度为23.63±2.53 kPa，均显著高于PVA和PCA组（图1G-1I）。拉伸测试显示PCA@FeCO拉伸强度（3.38 MPa）高于PCA（2.27 MPa）（图1J）；广角X射线散射（WAXS）显示PCA@FeCO衍射峰更尖锐，结晶度从0.53848升至0.55513（图1K-1M），表明Fe₃(CO)₁₂引入的动态可逆C=O-Fe配位键增强了聚合物网络强度、能量耗散能力及链有序排列，协同提升结晶度，构成"刚柔并济"网络，为PCA@FeCO优异的力学和黏附性能提供了微观结构基础。

图1. PCA@FeCO微针的制备工艺与湿态黏附性能表征。(A) PCA@FeCO片状贴片的制备流程及湿界面黏附机理示意图；(B) PVA、PCA与PCA@FeCO材料的傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析；(C、D) 分别为PVA、PCA、PCA@FeCO的C1s、O1s高分辨X射线光电子能谱（XPS）；(E、F) PCA@FeCO在1134-756 cm^-1波段的异步、同步二维相关红外光谱（2D-COS）；(G) 剥离黏附强度、(H) 拉伸黏附强度、(I) 剪切黏附强度：对比 PVA、PCA、PVA@FeCO片状贴片与黏膜组织间的界面力学性能；(J) PCA片状贴片与PCA@FeCO片状贴片的拉伸力学强度；(K) PCA、PCA@FeCO片状贴片的一维广角X射线散射（WAXS）积分谱图；(L、M) PCA、PCA@FeCO片状贴片的二维广角X射线散射（2D WAXS）衍射花样；(N) PCA@FeCO片状贴片的增韧机理示意图。

（2）具有优越湿粘附性能的MN结构和形态设计

为增强口腔动态潮湿环境下的持久黏膜附着，基于贻贝足丝层级几何互锁结构设计微针阵列。三维有限元分析（3D-FEA）数值模拟显示，在模拟剥离过程中施加相同位移时，微针组较平片组承受更大作用力（图2A）。力学测试显示，PCA@FeCO微针较平片的剥离强度提升3.04倍（275.41±55.59 J/m²），拉伸黏附强度提升1.74倍（53.33±6.71 kPa），搭接剪切强度提升2.48倍（58.69±2.37 kPa）（图2B）。微针锥度角影响界面接触行为、应力分布及黏附性能（图2C）。3D-FEA模拟剥离过程筛选不同锥度角（图2D），黏膜与贴片的峰值应力统计分析确定30°和50°为最优锥度（图2E、3F）。压缩穿刺测试显示，50°组在300 μm压缩位移下单针穿刺力达1.61 N，超过软组织微针舒适有效穿刺典型阈值（<1 N/针）（图2G），故选定30°锥度以平衡黏附与穿刺性能。30°-PCA@FeCO微针的宏观及扫描电镜图像显示阵列均匀、表面光滑，能谱分析证实元素分布均匀（图2H）。罗丹明B负载微针应用于大鼠口腔黏膜后，冰冻切片荧光观察显示间距均匀的角质层压痕及深层皮下荧光（图2I）。大鼠颊黏膜、腭部、牙龈及舌体在体应用均显示紧密组织接触（图2J），舌组织剥离过程中可见微针与黏膜间细微"丝状桥接"结构（图2J）。

图2. 有限元三维仿真辅助分析微针增强湿黏附效果及微针锥角结构优化。(A) PCA@FeCO片状贴片/微针贴片与黏膜发生剥离黏附行为时的三维有限元应力分布云图；(B) PCA@FeCO片状贴片与PCA@FeCO微针的剥离、拉伸及剪切黏附强度；(C) 微针锥角结构示意图；(D) 不同锥角PCA@FeCO微针与黏膜剥离黏附仿真中黏膜组织的三维有限元应力分布云图；(E) 三维有限元模型中不同锥角PCA@FeCO微针对黏膜产生的峰值应力；(F) 三维有限元模型中不同锥角PCA@FeCO微针自身承受的峰值应力；(G) 不同锥角PCA@FeCO微针的压缩性能测试；(H) 30°锥角PCA@FeCO微针的形貌与元素组成：实物照片、局部放大图、扫描电镜图及能谱分析；(I) 罗丹明B标记PCA@FeCO微针作用10 min后在黏膜内部分布的荧光截面图；(J) PCA@FeCO微针对大鼠颊黏膜、腭黏膜、牙龈及舌组织的强黏附实拍。

（3）PCA@FeCO微针的体外光热性能、产气特性、化学动力学性能及抗菌效果

近红外（NIR）照射下，PCA@FeCO微针表现出光热性能，同时促进Fe₃(CO)₁₂热分解释放Fe和CO（图3A）。功率筛选显示，0.5 W/cm²条件下温度升至42°C，1.5 W/cm²条件下温度超过60°C，1.0 W/cm²条件下温度稳定于50°C（图3B）；经五次开/关激光循环后，PCA@FeCO微针温度响应保持一致（图3C）。Fe₃(CO)₁₂作为温敏性CO供体，在光热激活下解离释放CO和Fe离子。血红蛋白（Hb）法验证CO释放：还原态Hb（R-Hb）在430 nm处的吸收峰于CO结合后蓝移至420 nm形成碳氧血红蛋白（CO-Hb）（图3D），定量监测显示照射10 min后CO浓度为3.99±0.25 μM（图3E）。罗丹明负载琼脂糖模型显示，PCA微针和PCA@Fe微针组扩散有限，而PCA@FeCO微针组扩散半径扩大（图3F）。电感耦合等离子体（ICP）分析显示照射10 min后Fe含量增加（图3G）。释放的Fe在弱酸性感染环境中转化为Fe²⁺/Fe³⁺，催化H₂O₂分解产生羟基自由基（•OH）（图3H）；3,3′,5,5′-四甲基联苯胺（TMB）显色法和电子自旋共振光谱（图3I）均证实PCA@FeCO微针引发类芬顿反应产生活性•OH。琼脂平板计数显示NIR照射后细菌菌落减少，PCA@FeCO微针组浮游细菌清除率近100%（图3J、3K）。扫描电镜显示对照组细菌形态饱满、细胞壁完整，NIR照射PCA@FeCO微针组细菌表面塌陷、膜破裂（图3L）。共聚焦激光扫描显微镜显示PCA@FeCO微针处理后生物膜密度和厚度降低，死菌比例升高（图3M）；结晶紫定量染色证实生物膜生物量减少（图3N）。

图3. PCA@FeCO微针的光热、化学动力学性能及抗菌能力。(A) 近红外光照下PCA@FeCO微针内部Fe3(CO)12分解生成铁单质与一氧化碳的机理示意图；(B) 近红外光（1 W/cm2）照射0、3、10 min时PCA微针与PCA@FeCO微针的红外热成像图；(C) PCA微针与PCA@FeCO微针的光热循环稳定性；(D) 基于血红蛋白检测法、用于表征近红外光照下PCA@FeCO微针一氧化碳释放的紫外-可见吸收光谱；(E) 近红外分别照射1、5、10 min时PCA@FeCO微针的一氧化碳释放动力学曲线；(F) 三种罗丹明B标记微针刺入琼脂糖水凝胶的示意图与截面荧光图，追踪微针随时间（0、1、10 min）的扩散行为；(G) 各组样品铁离子释放量对比；(H) PCA@FeCO微针产生羟基自由基的作用机理示意图；(I) 羟基自由基（・OH）生成的电子顺磁共振谱图；(J) 金黄色葡萄球菌菌落实拍图；(K) 不同处理组对金黄色葡萄球菌的抗菌效率；(L) 不同处理后金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、牙龈卟啉单胞菌形貌变化的扫描电镜图；(M) 不同处理组金黄色葡萄球菌生物膜的三维共聚焦成像；(N) 结晶紫染色定量统计各组生物膜残留量。

（4）全原子分子动力学模拟联合RNA测序解析PCA@FeCO微针特异性抗菌机制

C11-BODIPY 581/591荧光探针检测显示，NIR照射下PCA@FeCO微针诱导细菌膜脂质过氧化（LPO）（图4A）。全原子分子动力学（MD）模拟以棕榈酰油酰磷脂酰甘油（POPG）模拟正常细菌膜，过氧化POPG（OOPG）模拟过氧化膜。POPG膜在37°C时平均厚度为3.887 nm，OOPG膜降至3.732 nm，升温至50°C进一步降至3.699 nm（图4C），伴随表面积扩大、头基间距增加及跨膜距离缩短。以CO为代表小分子的跨膜扩散模型显示，0–800 ps内CO分子在氧化且热激活的脂双层中迁移距离更大、跨膜事件更频繁（图4D）；均方位移分析显示OOPG-323.15 K系统中CO扩散系数为684.96 nm²/ns，高于非氧化膜的362.83 nm²/ns（图4E）。透射电镜显示对照组及PCA微针组细菌细胞壁和胞质膜完整，PCA@FeCO微针及PCA@FeCO微针+NIR组出现膜边界模糊、厚度减小、表面积扩大及胞质溶解（图4F）。转录组测序显示NIR激活后1452个基因差异表达（721个下调，731个上调）（图4G）。热图分析显示铁代谢（feoB、ftnA、fetB、sdhB、sirB）、谷胱甘肽/半胱氨酸代谢（glmS、metC、gatA、metK）及三羧酸循环和氧化磷酸化（adhP、fumC、acsA、pyk、pdhA）等代谢通路紊乱（图4H）。基因本体（GO）富集分析显示氧化还原调节、铁硫簇结合和转移酶活性富集（图4I）。基因集富集分析（GSEA）显示铁死亡样分子特征，包括铁失调、脂质过氧化、ATP代谢紊乱和抗氧化能力受损（图4J）。酶活性测定显示PCA@FeCO微针+NIR抑制ETC复合物I–IV活性（图4K）。PCA@FeCO微针在NIR照射下释放Fe和CO并产生光热效应，其协同机制包括：（i）Fe蓄积破坏铁稳态，加速芬顿反应产生•OH并驱动LPO；（ii）Fe与CO协同抑制ETC复合物I–IV，阻断电子传递和NADH氧化；（iii）光热加热加速氧化动力学、增强跨膜分子扩散。

图4. PCA@FeCO微针抗菌机制探究。(A) C11 BODIPY 581/591 染色金黄色葡萄球菌荧光图，用于脂质过氧化（LPO）检测；(B) POPG与OOPG分子化学结构式；(C) 细菌膜厚度侧向视图与俯视视图；(D) 分子动力学（MD）模拟截图，展示一氧化碳跨膜扩散行为；(E) 均方位移（MSD）分析，用于计算CO扩散系数；(F) 细菌微观结构透射电镜（TEM）图像；(G) 差异表达基因（DEGs）火山图；(H) 差异表达基因热图；(I) 差异表达基因GO功能富集分析；(J) 转录组数据基因集富集分析（GSEA）；(K) 电子传递链（ETC）复合物I-IV活性检测。

（5）感染微环境下PCA@FeCO微针对中性粒细胞-巨噬细胞免疫轴的调控作用

中性粒细胞在静息状态下寿命短于24 h，感染激活后寿命延长以维持抗菌防御，延长则导致慢性炎症和组织损伤。延迟凋亡的中性粒细胞释放IL-1β、TNF-α等促炎因子，同时吞噬和氧化能力下降（图5A左）。PCA@FeCO微针通过化学动力学活性触发中性粒细胞ROS爆发，增强吞噬和杀菌功能；病原体清除后，中性粒细胞在治疗后微环境中凋亡并释放"find-me"信号招募巨噬细胞进行胞葬，介导炎症消退和组织再生（图5A右）。LPS刺激使中性粒细胞活性在6 h升至118.72±10%，24 h维持于116.9±2.93%；PCA@FeCO微针处理抑制代谢活性，NIR照射下24 h降至69.83±6.44%（图5B）。JC-1荧光成像和TMRM流式分析显示过量ROS积累破坏线粒体膜电位（MMP）稳定性并导致去极化（图5C、5D）。金黄色葡萄球菌与不同条件预处理3 h的中性粒细胞共培养显示，PCA@FeCO微针+NIR组细菌摄取率最高（图5E）。24 h时该组凋亡比例从LPS组的30%升至64.4%（图5F）。RT-qPCR显示PCA@FeCO微针+NIR组24 h后find-me信号分子Icam3、Pannexin1和Cx3cl1表达上调（图5G）。与巨噬细胞共培养后，荧光染色和流式细胞术证实该组巨噬细胞胞葬作用增强，巨噬细胞-中性粒细胞共定位率达55.3%（LPS组8.69%）（图5H、5I）；ELISA和RT-qPCR显示该组巨噬细胞IL-1β、IL-6和TNF-α分泌及表达降低，IL-10和TGF-β升高（图5J），提示表型从促炎向修复状态转变。PCA@FeCO微针通过多级级联机制发挥作用：NIR触发的光热-化学动力学效应导致细菌膜脂质过氧化和物理损伤，膜通透性增加促进Fe²⁺、CO等活性剂胞内蓄积，激活铁死亡样通路并导致能量代谢崩溃；该局部氧化微环境调控先天免疫——ROS爆发增强中性粒细胞杀菌能力，材料引导的凋亡启动巨噬细胞胞葬，将炎症反应导向消退（图5K），形成从病原体清除到组织稳态恢复的闭环。PCA@FeCO微针诱导的细菌清除联合促凋亡信号，降低中性粒细胞向促炎NETosis通路转化的概率。

图5. PCA@FeCO 微针激活中性粒细胞功能并促进巨噬细胞胞葬作用。(A) PCA@FeCO微针调控中性粒细胞-巨噬细胞免疫轴示意图；(B) CCK-8试剂盒检测不同处理条件下中性粒细胞活性；(C) 中性粒细胞经各组处理3 h后的JC-1荧光成像图；(D) TMRM流式细胞术定量分析中性粒细胞线粒体膜电位；(E) 各组处理3 h后中性粒细胞吞噬金黄色葡萄球菌共聚焦荧光图；(F) 各组处理24 h后中性粒细胞凋亡流式检测结果；(G) RT-qPCR检测各组处理24 h中性粒细胞胞葬相关基因表达水平；(H) 巨噬细胞吞噬凋亡中性粒细胞（胞葬）共聚焦荧光图；(I) 流式细胞术定量统计巨噬细胞对凋亡中性粒细胞的胞葬效率；(J) ELISA检测不同处理组巨噬细胞培养上清中炎症细胞因子含量；(K) 完整免疫过程示意图：中性粒细胞吞噬细菌、随后适时发生凋亡，以及巨噬细胞胞葬清除凋亡中性粒细胞。

（6）PCA@FeCO微针治疗牙周炎的疗效及其作用机制

在大鼠牙周炎模型（通过结扎上颌第一磨牙建立）中，治疗于建模后第28天开始，每周两次，持续4周（图6A）。NIR照射10 min后，PCA@FeCO微针使上颌第一磨牙腭侧局部温度升至50.7°C（图6B）。治疗后3 h活体荧光成像显示PCA@FeCO微针+NIR组ROS信号最高（图6C）。治疗4周后显微CT显示，健康组釉牙骨质界至牙槽嵴顶（CEJ-ABC）距离为500±119.7 μm，牙周炎组为1142.5±146.4 μm，PCA微针组和PCA@FeCO微针组恢复有限，PCA@FeCO微针+NIR组降至740±80.8 μm（图6D、6E）。骨形态计量分析显示该组骨密度（BMD）、骨体积分数（BV/TV）、骨小梁数量（Tb.N）和骨小梁厚度（Tb.Th）增加，骨小梁分离度（Tb.Sp）降低（图6F）。治疗后24 h免疫组化分析显示，MPO/TUNEL双染中PCA@FeCO微针+NIR组凋亡中性粒细胞比例为22.27±3.61%，高于牙周炎组（0.44±0.17%）和PCA微针组（2.43±0.67%）（图6G、6J）。CD68/MerTK共染显示该组胞葬巨噬细胞比例为32.60±5.20%（图6H、6J）。治疗4周后IL-1β免疫组化显示PCA@FeCO微针+NIR组细胞因子表达最低（图6I、6J）。

图6. PCA@FeCO微针对大鼠牙周炎的治疗效果及作用机制。(A) 大鼠牙周炎造模及PCA@FeCO微针后续干预治疗示意图；(B) 近红外光照下口腔内PCA@FeCO微针的光热成像图；(C) 干预3 h后DCFH-DA活体荧光成像；(D) 显微CT三维重建图（上图）与颌骨纵向切片（下图）；(E) 釉牙骨质界-牙槽骨嵴顶距离（CEJ-ABC）；(F) 骨形态学指标定量分析：骨密度（BMD）、骨体积分数（BV/TV）、骨小梁厚度（Tb.Th）、骨小梁分离度（Tb.Sp）、骨小梁数量（Tb.N）；(G) 中性粒细胞标志物MPO（红色）与凋亡细胞TUNEL（绿色）免疫荧光共染图；(H) 巨噬细胞标志物CD68（红色）与胞葬标志物MerTK（绿色）免疫荧光共染图；(I) 促炎因子IL-1β免疫组化染色图；(J) MPO⁺TUNEL⁺双阳性细胞、CD68⁺MerTK⁺双阳性细胞占比及IL-1β表达量定量统计。

（7）PCA@FeCO微针对大鼠及比格犬感染性溃疡的治疗效果与作用机制

在大鼠感染性口腔溃疡模型（5 mm直径颊黏膜溃疡）中，治疗8天后PCA@FeCO微针+NIR组第5天愈合率为79.09±3.37%，第8天为98.7±0.52%，对照组为40.55±5.4%和62.17±8.31%，PCA微针组为58±4.7%和75.9±5.23%，PCA@FeCO微针组为69.87±10.38%和89.5±2.23%（图7A–C）。H&E和Masson三色染色显示PCA@FeCO微针+NIR组炎症细胞减少、溃疡面积缩小，上皮再生且胶原纤维排列有序（图7D、7E）。治疗后24 h免疫荧光显示，PCA@FeCO微针+NIR组中性粒细胞凋亡率为8.65±1.85%，对照组为0.28±0.2%，PCA微针组为0.41±0.29%，PCA@FeCO微针组为2.14±0.75%（图7F）；CD68/MerTK双染显示该组胞葬率为13.66±2.54%，对照组为0.7±0.2%，PCA微针组为3.28±1.06%，PCA@FeCO微针组为6.62±0.52%（图7G）。比格犬感染性口腔黏膜缺损模型（1 cm×1 cm）中，PCA@FeCO微针在湿润黏膜溃疡剥离时保持黏附。第8天PCA@FeCO微针+NIR组和商业壳聚糖膜组创面闭合率分别为85.44±3.28%和45.3±10.26%（图7H–J）。Giemsa染色显示对照组和商业膜组存在细菌簇，PCA@FeCO微针+NIR组细菌负荷降低（图7K）。Masson三色染色显示PCA@FeCO微针+NIR组胶原沉积增加、纤维排列有序（图7L）。天狼星红偏振光显微镜显示该组I型胶原纤维增加，形成束状结构，I/III型胶原比为1.93±0.28（图7M、7N）。

图7. PCA@FeCO微针治疗大鼠及比格犬感染性溃疡的疗效与作用机制。(A) 大鼠口腔感染性溃疡造模及PCA@FeCO微针干预治疗示意图；(B) 第1、3、5、8天大鼠溃疡创面愈合率统计；(C) 第1、3、5、8天大鼠溃疡创面大体实拍图；(D) 各组组织苏木精-伊红（H&E）染色切片；(E) 马松三色染色切片；(F) 中性粒细胞标志物MPO（红）与凋亡细胞TUNEL（绿）免疫荧光共染图；(G) 巨噬细胞标志物CD68（红）与胞葬标志物MerTK（绿）免疫荧光共染图；(H) 比格犬口腔感染黏膜缺损模型构建及PCA@FeCO微针治疗示意图；(I) 第1、3、5、8天比格犬口腔黏膜缺损大体照片；(J) 比格犬口腔黏膜缺损创面愈合率统计（第1、3、5、8天）；(K) 各组吉姆萨染色、(L) 马松三色染色、(M) 天狼星红染色组织切片；(N) 天狼星红染色定量分析Ⅰ/Ⅲ型胶原蛋白比值。