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  近紅外（NIR）響應(yīng)藥物遞送系統(tǒng)利用NIR激光觸發(fā)受控藥物釋放，并表現(xiàn)出高靶向能力、可調(diào)節(jié)的藥物釋放、高效的藥物利用和低毒性。由于組織穿透深度和靶向能力的不足，一些光敏劑的光熱轉(zhuǎn)換效率受到阻礙。貴金屬納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出強表面等離子體共振、優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換能力、良好的生物相容性和低副作用，因此是提高光熱轉(zhuǎn)換效率以促進傷口愈合的潛在光敏劑。

  日前，湖南大學(xué)的蔡仁教授團隊設(shè)計了一種多功能Pd@Au Nanoframe水凝膠來檢測尿酸（UA），用于原位監(jiān)測傷口感染，并通過化學(xué)-光熱策略促進傷口愈合。在加載抗菌莫匹羅星（M）后，所獲得的M Pd@Au Nanoframe水凝膠顯示出超過90%的莫匹羅星的最大累積釋放速率，由NIR激光照射控制。在體外抗菌實驗中，M Pd@Au Nanoframe水凝膠表現(xiàn)出NIR激光驅(qū)動的抗菌能力：98%的大腸桿菌在10分鐘內(nèi)被有效殺死。用M Pd@Au Nanoframe水凝膠的UA傳感貼片涂覆兔傷口后，可以通過檢測UA濃度實時監(jiān)測傷口狀態(tài)，從而通過化學(xué)-光熱策略的新協(xié)同效應(yīng)在4天內(nèi)快速愈合傷口。這種方法成功地證實了一種閉環(huán)策略，即實時監(jiān)測傷口的狀態(tài)并有效地進行化學(xué)-光熱傷口治療，通過結(jié)合功能性水凝膠、NIR激光照射和藥物抗菌劑來促進傷口愈合。相關(guān)工作以“Pd@Au Nanoframe Hydrogels for Closed-Loop Wound Therapy”發(fā)表在《ACS Nano》。該工作得到湖南大學(xué)譚蔚泓院士，陳卓教授，胡躍強教授的指導(dǎo)和支持。

【Pd@Au Nanoframe的制備與表征】

  如圖1所示，TEM 圖像顯示了異質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成，即在六方納米框架的表面形成了許多納米顆粒。納米框架和納米顆粒的尺寸分別約為50和4 nm。高倍率TEM圖像清楚地顯示孔的尺寸分布在0.2-3 nm的范圍內(nèi)。通過所選區(qū)域電子衍射圖樣觀察到多晶特征，這與XRD圖樣的結(jié)果一致。所有峰都可以歸類為Pd（JCPDS：23–0345）和Au（JCPDS：04–0784）的晶相。同時，0.225和0.235 nm的晶格條紋分別對應(yīng)于Pd的（111）平面和Au的（111）平面的d間距。TEM元素映射圖像證實了Au和Pd元素的分布。在本報告中，異質(zhì)結(jié)構(gòu)被稱為Pd@Au Nanoframe。

圖1. Pd@Au Nanoframe：(a) 合成過程。(b-c) 透射電鏡圖像；(d) 高分辨率透射電鏡圖像；(e) 元素映射。(f) XRD圖譜。(g) XPS光譜。(h) Pd@Au Nanoframe水凝膠的掃描電鏡圖像。

【Pd@Au Nanoframe 水凝膠的光熱性能及藥物輸送性能】

  在808 nm近紅外激光照射下（1 W/cm2）300s，溶液溫度隨著Pd@Au Nanoframe濃度的增加而升高。在紅外熱成像中，Pd@Au Nanoframe水凝膠溶液的顏色從0 s的深藍(lán)色到300 s的紅色變化，表明在808 nm NIR激光照射下溫度升高非�？臁＝�(jīng)過5次NIR激光照射實驗后，每個循環(huán)的最高溫度沒有觀察到顯著變化，證實了Pd@Au Nanoframe 水凝膠優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性。這些結(jié)果表明，Pd@Au Nanoframe 水凝膠具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，可用作潛在的NIR光敏劑。如圖2所示，計算溶脹率并繪制為溶脹曲線。在37 °C和25 °C下觀察到的溶脹率分別為24.23%和23.35%，這證明了M Pd@AuNanoframe水凝膠的優(yōu)異溶脹性能。隨后，通過紫外-可見光譜法測試了M Pd@AuNanoframe水凝膠的莫匹羅星負(fù)載能力，并獲得了標(biāo)準(zhǔn)的莫匹羅星負(fù)載曲線。同時，計算了莫匹羅星負(fù)載能力和吸光度之間的線性關(guān)系：A = 0.01245 + 0.04489C。在這里，對于 5 mg/mL 莫匹羅星和 10 mg/mL 的溶液，莫匹羅星負(fù)載量分別為 0.0534 和 0.0335。

圖2. (a) M Pd@Au Nanoframe水凝膠的溶脹性能。(b) 莫匹羅星溶液（0.16、0.32、0.48、0.64、0.8、0.96、1.12、1.28 mg/mL）的紫外-可見光譜。(c) 紫外-可見吸收與莫匹羅星濃度的關(guān)系。(d) 室溫下用羅丹明B染色24小時的M Pd@Au Nanoframe水凝膠的照片。(e) 負(fù)載10 mg/mL（紫色線）和5 mg/mL（粉色線）莫匹羅星溶液的Pd@Au Nanoframe水凝膠的紫外-可見光譜。(f) 負(fù)載莫匹羅星的Pd@Au Nanoframe水凝膠的莫匹羅星釋放曲線(10 mg/mL（紫色線）和5 mg/mL（粉色線））。

【體外抗菌性能及體內(nèi)傷口愈合評價】

  如圖3所示，在對照樣品和水凝膠組中，大腸桿菌表面光滑，大腸桿菌活力保持在98%以上，表明僅靠近紅外激光照射不能殺死大腸桿菌。在Pd@AuNanoframe水凝膠組中，91%的大腸桿菌被殺死。對于M Pd@AuNanoframe水凝膠組，基于兩個協(xié)同效應(yīng)殺死了98%的大腸桿菌。這些結(jié)果表明，M Pd@AuNanoframe水凝膠表現(xiàn)出過氧化物酶樣活性和出色的 NIR 激光響應(yīng)性莫匹羅星遞送，從而產(chǎn)生高效的協(xié)同抗菌活性。對于兔子傷口的治療，Pd@Au Nanoframe水凝膠和M Pd@Au Nanoframe水凝膠之間的光熱轉(zhuǎn)換效率沒有顯著差異，證明了 Pd@Au Nanoframe作為優(yōu)秀光敏劑的潛力（如圖5所示）。

圖3. (a) 體外酸性條件下的抗菌過程。(b) 大腸桿菌在瓊脂平板上的菌落，分別經(jīng)過與水凝膠、Pd@Au Nanoframe水凝膠以及M Pd@Au Nanoframe水凝膠孵育后，有或沒有NIR激光照射。(c) 層狀膜在808 nm NIR激光照射下（1 W/cm2，10 min)與水凝膠、Pd@Au Nanoframe水凝膠和M Pd@Au Nanoframe水凝膠孵育后的抗菌率。(d) 兔傷口處使用UA傳感貼片的水凝膠、Pd@Au Nanoframe水凝膠和M Pd@Au Nanoframe水凝膠的紅外熱圖像，在808 nm NIR激光照射下（1 W/cm2）。(e) 兔傷口處使用UA傳感貼片的水凝膠、Pd@Au Nanoframe水凝膠和M Pd@Au Nanoframe水凝膠在NIR激光照射期間的溫度變化。

圖4. M Pd@Au Nanoframe水凝膠的(a) NIR激光響應(yīng)藥物遞送及智能手機讀取測試結(jié)果。(b)佩戴M Pd@Au Nanoframe水凝膠UA傳感貼片的兔子。(c) 第0、1、2、3和4天兔子傷口區(qū)域的照片。(d) 相對傷口面積。

  總結(jié)：作者制備的M Pd@AuNanoframe水凝膠的UA傳感貼片可以實時監(jiān)測傷口狀態(tài)，并通過對兔子進行化學(xué)-光熱治療的新協(xié)同效應(yīng)在4天內(nèi)加速傷口快速愈合。這種創(chuàng)新方法提供了一種閉環(huán)策略，即實時監(jiān)測傷口狀態(tài)和化學(xué)-光熱傷口治療，通過結(jié)合功能性水凝膠、光熱效應(yīng)和藥物抗菌劑來促進傷口愈合。