摘要：在现代医学领域，耐药菌感染已成为极为棘手的全球性难题，严重威胁着人类健康与生命安全。随着抗生素的长期滥用，细菌在强大的药物压力下不断进化，耐药基因频繁突变与传播，致使多药耐药菌（MDR）迅速涌现，传统抗生素治疗往往陷入困境，感染伤口难以愈合，进而引发诸如伤口长

在现代医学领域，耐药菌感染已成为极为棘手的全球性难题，严重威胁着人类健康与生命安全。随着抗生素的长期滥用，细菌在强大的药物压力下不断进化，耐药基因频繁突变与传播，致使多药耐药菌（MDR）迅速涌现，传统抗生素治疗往往陷入困境，感染伤口难以愈合，进而引发诸如伤口长期不愈、脓肿频发、全身性急性感染（如败血症）等严重后果，甚至危及生命。在此严峻背景下，探寻高效的非抗生素治疗策略迫在眉睫，成为医学科研的关键使命。

超声触发的声动力疗法（SDT）作为一种极具潜力的非抗生素治疗手段崭露头角。它凭借高时空可控性、深层组织穿透能力及较低副作用等显著优势，在耐药菌清除领域展现出独特魅力。然而，其在治疗过程中产生的过量活性氧（ROS）却如同一把双刃剑，在高效杀菌的同时，极易引发强烈的炎症反应，通过激活核因子 -κB（NF-κB）等炎症相关通路，促使炎症因子大量释放，加剧细胞氧化损伤，干扰正常组织修复进程，严重阻碍伤口愈合，成为 SDT 临床应用的关键瓶颈。

水滑石（HTs）作为一种二维纳米材料，因其良好的生物相容性和丰富的化学组成、结构架构及物理化学性质可调控性，在生物医学领域备受关注。其独特的正电荷氢氧化物层结构与可变组成赋予其可调带隙，为实现高效 SDT 提供可能。部分过渡金属离子在氢氧化物层中展现出氧化还原酶模拟活性，可有效清除 ROS 以缓解炎症，氢氧化物层中的碱土金属 Mg²⁺还能调节免疫微环境，助力伤口愈合。近年来，高熵材料（HE - Ms）因结构畸变效应、多金属协同作用等特性，使其理化性能显著增强并整合多功能，为构建新型抗菌抗炎材料带来新契机。基于此，将超薄高熵水滑石（UHE - HTs）与智能热敏水凝胶巧妙结合，并负载烟酰胺单核苷酸（NMN），开发出兼具抗菌与抗炎功能的 UHE - HTs/PFN 水凝胶，有望成为攻克耐药菌感染伤口治疗难题的有力武器，为临床治疗开辟新路径。

UHE-HTs（CeZnMnMgAl 比例为 0.17:1:0.83:2:1）采用改进的无溶剂自下而上法成功制备。X 射线衍射（XRD）图谱清晰显示出属于水滑石相的特征衍射峰，峰形的展宽与弱化归因于其小粒径、超薄结构及低结晶度。透射电子显微镜（TEM）图像直观呈现出平均侧向尺寸约 110nm 的半透明二维纳米片形态，能量色散 X 射线光谱（EDS）元素映射表明 Ce、Zn、Mn、Mg、Al 和 O 在纳米片内均匀分布，原子力显微镜（AFM）进一步确认其厚度约 3.5nm，有力证实了超薄结构的成功构建。

高分辨率 X 射线光电子能谱（XPS）分析全面揭示了 UHE-HTs 的化学状态与电子结构。多种金属元素的特征峰清晰可见，其中 Mn 2p 谱显示存在 Mn²⁺和 Mn³⁺价态，Ce 3d 谱呈现 Ce³⁺和 Ce⁴⁺混合价态且 Ce³⁺占比达 35.6%，同时检测到 Mg²⁺、Zn²⁺和 Al³⁺状态，丰富的价态为其多功能纳米治疗平台奠定基础。此外，O 1s 谱及电子自旋共振（ESR）光谱均证实了 UHE-HTs 中存在大量氧空位（Ov），这得益于其超薄形态与高熵结构畸变不对称性，对其声动力性能和催化特性产生关键影响。

通过将 UHE-HTs 与负载 NMN 的热响应性 pluronic F127（PF）水凝胶混合，成功制备出多功能 UHE-HTs/PFN 水凝胶。该水凝胶在 37℃水浴条件下可顺利发生溶胶 - 凝胶转变，且能通过注射器塑形为特定形状，展现出良好的可注射性。扫描电子显微镜（SEM）显示其具有相互连通的多孔结构，有助于治疗活性物质的释放、传递与扩散，保障治疗效果的充分发挥。

进一步研究发现，UHE-HTs/PFN 水凝胶的溶胶 - 凝胶转变温度相较于 PFN 水凝胶有所降低，从 32.25℃降至 29.62℃，这一特性使其在生理温度下更易发生相变，增强了其应用的便利性。流变学测试表明，在 37℃时，UHE-HTs/PFN 水凝胶在应变扫描中存储模量始终高于损耗模量，呈现出粘弹性固体行为和稳定的内部网络结构，且与 PFN 水凝胶相比，其交联应力显著增加，表明 UHE-HTs 的引入有效增强了水凝胶网络密度，使其结构更加稳固。此外，水凝胶在 9 天内几乎完全降解，具备适宜的体内停留时间，在耐药菌感染伤口治疗中展现出良好的应用潜力。同时，水凝胶对 NMN 和 Mg²⁺具有良好的释放性能，在伤口愈合过程中能够协同发挥抗焦亡、抗炎和免疫调节作用，为促进组织修复创造有利条件。

鉴于 UHE-HTs 的 Ov 和结构特性，其有望成为潜在的声敏剂。利用 ABDA 探针检测发现，在超声照射下，UHE-HTs 可使 ABDA 溶液吸光度显著降低，表明其具有出色的产生单线态氧（¹O₂）的声动力性能，而 PBS、单独超声及单独 UHE-HTs 组溶液吸光度无明显变化。ESR 光谱进一步证实了超声触发 UHE-HTs 产生 ¹O₂的能力，其特征信号明显。

通过紫外 - 可见 - 近红外（UV - vis - NIR）漫反射光谱测定 UHE-HTs 的带隙为 2.08eV，结合导带和价带位置分析可知，其较窄的带隙有利于超声诱导的电子 - 空穴（e⁻ - h⁺）对分离，促进 ¹O₂生成。在超声照射下，UHE-HTs 表现出明显的电流响应，且该响应随超声的开 / 关呈可逆变化，表明其能高效促进 e⁻ - h⁺分离。UHE-HTs 的高熵结构畸变和丰富的 Ov 可降低带隙、增加载流子密度并减少 e⁻ - h⁺复合，共同作用使其成为高效的声动力抗感染治疗声敏剂。

伤口愈合过程中过量的 ROS（如・OH 和・O₂⁻）会引发强烈炎症反应，阻碍愈合。采用亚甲基蓝（MB）降解实验评估 UHE-HTs 对・OH 的清除能力，结果显示添加 UHE-HTs 后 MB 吸光度随时间无明显下降，ESR 光谱也表明其能大幅降低・OH 信号强度（达 80.1%），这得益于其超薄形态和高熵结构提供的丰富 Ce³⁺/Ce⁴⁺活性位点。

以硝基蓝四唑（NBT）为指示剂检测 UHE-HTs 对・O₂⁻的清除能力，发现随着 UHE-HTs 浓度升高，560nm 处吸光度显著降低，表明其具有优异的超氧化物歧化酶（SOD）模拟活性，这归因于 Ce³⁺/Ce⁴⁺位点与 Ov 的协同作用促进了・O₂⁻吸附与歧化。此外，UHE-HTs 对 1,1 - 二苯基 - 2 - 苦基肼自由基（DPPH・）的清除能力也得到验证，说明其具有活性氮物种（RNS）清除能力，在缓解炎症和促进组织再生方面潜力巨大。

由于 UHE-HTs 具有 SOD 模拟活性，可将・O₂⁻转化为 H₂O₂，进一步研究其过氧化氢酶（CAT）模拟活性发现，经 H₂O₂处理后的 UHE-HTs 可使溶解氧显著增加，表明其能有效催化 H₂O₂生成 O₂，这主要得益于高活性 Mn³⁺对 CAT 的模拟作用，增加伤口部位 O₂ 水平有助于调节免疫和促进愈合。

分别以大肠杆菌（E. coli）和耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）为研究对象，评估 UHE-HTs/PFN 水凝胶的体外声动力抗菌效果。通过 DCFH - DA 探针检测发现，UHE-HTs/PFN + US 组 MRSA 内呈现显著绿色荧光信号，表明该组能有效触发 ¹O₂ 生成，而对照组、PFN + US 组和 UHE-HTs/PFN 组几乎无荧光信号。

进一步分析菌落形成单位（CFU），结果显示对照组和 PFN + US 组细菌菌落数无明显变化，UHE-HTs/PFN 组细菌菌落数有所减少，其大肠杆菌和 MRSA 存活率分别降至约 61.5% 和 66.2%，这可能是由于 UHE-HTs 表面高度分散的金属阳离子对细菌膜造成损伤。而 UHE-HTs/PFN + US 组几乎无细菌菌落，杀菌率接近 100%，充分彰显了其声动力杀菌的高效性。

通过荧光染色和扫描电镜观察细菌膜结构变化，发现 UHE-HTs/PFN 组细菌出现一定红色荧光，表明对细菌膜有破坏作用，UHE-HTs/PFN + US 组红色荧光最强，细菌膜呈现碎片化、破裂、肿胀和塌陷等严重损伤，且伴有大量内容物泄漏，证实了 ¹O₂ 对细菌膜的氧化损伤和渗透作用，最终导致细菌死亡。此外，该水凝胶对 MRSA 生物膜也有显著清除效果，UHE-HTs/PFN + US 组处理后的生物膜红色荧光信号最强，表明其能有效破坏已形成的生物膜。

在细胞相容性方面，对成纤维细胞 L929 进行培养，活 / 死染色和 CCK - 8 实验结果显示，培养 1 天后各水凝胶组细胞活力与对照组相当，溶血实验也表明水凝胶溶血率低于 5%，证明 UHE-HTs/PFN 水凝胶具有良好的生物相容性。

细胞划痕实验表明，UHE-HTs/PF（不含 NMN）组因 Mg²⁺释放可显著加速 L929 细胞迁移，UHE-HTs/PFN 组由于 Mg²⁺和 NMN 的协同释放，对细胞迁移的促进作用更为显著，这有利于伤口组织的修复与再生。

对人脐静脉内皮细胞（HUVECs）进行管形成实验，结果显示 UHE-HTs/PFN 组管结构数量更多、主连接点和管长度均优于其他组，表明该水凝胶能有效促进血管生成。其机制在于 NMN 和 Mg²⁺的协同释放刺激了 sirtuin 去酰化酶（特别是 SIRT1）和血管内皮生长因子（VEGF）的产生，为血管生成提供了有力支持。

在炎症调节方面，利用 DCFH - DA 探针检测 L929 细胞内 ROS 水平，发现经 PMA 刺激后，UHE-HTs/PF 组和 UHE-HTs/PFN 组细胞绿色荧光信号明显减弱，表明具有良好的 ROS 清除能力，UHE-HTs/PFN 组效果更佳，这得益于 UHE-HTs 和 NMN 的协同作用。同时，使用 RDPP 探针检测细胞内 O₂ 水平，结果显示 UHE-HTs/PF 组和 UHE-HTs/PFN 组细胞红色荧光显著降低且氧含量较高，表明水凝胶能有效将 ROS 转化为 O₂，有利于逆转炎症免疫微环境。

此外，通过评估巨噬细胞极化情况，发现 UHE-HTs/PFN 水凝胶能有效调节巨噬细胞从促炎 M1 型向抗炎 M2 型转变。与 LPS 和 PF + LPS 组相比，UHE-HTs/PF + LPS 组 M1 型巨噬细胞比例显著下调，UHE-HTs/PFN + LPS 组因 NMN 的抗炎作用进一步降低 M1 型巨噬细胞比例，同时减少促炎细胞因子 TNF - α 和 IL - 6 的水平，表明水凝胶通过免疫调节作用有效抑制炎症反应，促进组织修复。

建立小鼠 MRSA 感染伤口模型，深入探究 UHE-HTs/PFN 水凝胶的体内治疗效果。在伤口感染第 3 天，UHE-HTs/PFN + US 组体内杀菌率接近 100%，几乎无明显细菌菌落，相较于其他组优势显著，体现了其强大的抗菌能力，表明其在临床抗感染治疗中极具应用潜力。

观察伤口愈合情况发现，UHE-HTs/PFN + US 组伤口愈合进程明显加快，第 9 天仅剩余约 6.8% 的原始伤口面积，这得益于水凝胶在超声照射下的高效声动力杀菌效率、有效 ROS 清除及协同抗炎作用对伤口组织进行苏木精 - 伊红（H&E）染色和 Masson 染色，结果显示 UHE-HTs/PFN + US 组在第 9 天伤口上皮和真皮相对完整，成纤维细胞丰富，Masson 染色表明该组胶原蛋白沉积更多，纤维更致密，进一步证实了水凝胶通过促进抗炎、再上皮化和胶原蛋白沉积显著加速伤口闭合与再生，且具有良好的生物相容性。

通过检测伤口组织中的 ROS 水平，发现 UHE-HTs/PFN + US 组在第 5 天的 ROS 水平相较于 PBS 和 PF + US 组显著降低，这得益于其高效的杀菌和协同 ROS 清除作用，实现了感染阶段 ROS 生成与修复阶段清除的动态调节。在第 7 天，免疫荧光分析显示 UHE-HTs/PFN + US 组伤口部位促炎细胞因子 TNF-α 和 IL-1β 表达降低，抗炎细胞因子 IL-10 表达升高，炎症缓解效果明显。

进一步研究其抗炎机制，结果表明 UHE-HTs/PFN + US 组对 NF-κB 通路的抑制作用显著强于其他组，通过抑制该通路减少下游促炎细胞因子产生，同时降低 ROS 水平和增加 NMN 释放协同抑制 NF-κB 通路，有效减少炎症反应。此外，该组对细胞焦亡通路（NLRP3/ASC/Casp-1）的激活也有显著抑制作用，降低效应蛋白 Casp-1 表达，缓解炎症状态。

在巨噬细胞极化方面，UHE-HTs/PFN + US 组显著减少伤口部位促炎 M1 型巨噬细胞，增加抗炎 M2 型巨噬细胞，促进巨噬细胞从 M1 型向 M2 型转变，有效改善组织微环境，减少炎症反应，促进伤口愈合。同时，对血管生成标志物 CD31 的检测显示，UHE-HTs/PFN + US 组表达量高于其他组，表明水凝胶能更有效地刺激血管生成，为伤口修复提供充足营养和氧气。

本研究成功开发的智能超薄高熵水滑石基 UHE-HTs/PFN 水凝胶，通过巧妙设计实现了程序化抗菌和抗炎功能，在耐药菌感染伤口治疗领域取得了重大突破。在感染早期，其能在超声作用下迅速产生 ¹O₂，高效杀灭耐药菌；在超声停止后，又能通过氧化还原酶模拟催化和 NMN 释放有效降低伤口部位 ROS 水平，抑制 NF-κB 炎症通路，减少促炎细胞因子产生，下调细胞焦亡通路，逆转促炎免疫微环境，减轻炎症反应。

无论是体外实验还是体内研究，均充分证实 UHE-HTs/PFN 水凝胶可通过清除耐药菌、清除 ROS 和协同抗炎等多重作用，成功将感染伤口的不良环境转化为有利于组织再生的环境，为耐药菌感染伤口治疗提供了全新的思路和有效的解决方案。

然而，尽管目前已取得显著成果，但该水凝胶在临床应用前仍面临一些挑战与问题亟待解决。例如，在大规模生产过程中，如何确保水凝胶的质量稳定性和一致性，使其在不同批次间保持相同的治疗效果，是需要深入研究的关键问题。同时，进一步优化水凝胶的制备工艺，降低成本，提高生产效率，对于推动其临床广泛应用至关重要。在长期安全性方面，虽然目前的研究未发现明显不良影响，但仍需开展更长期、更深入的动物实验和临床研究，全面评估水凝胶在体内的潜在风险，如长期植入后是否会引发免疫反应或其他不良反应等。

未来研究可从以下几个方向展开：一是深入探究水凝胶与生物组织在分子层面的相互作用机制，进一步揭示其促进组织修复的详细过程，为优化水凝胶性能提供更坚实的理论依据；二是结合基因治疗、干细胞治疗等新兴技术，探索联合治疗策略，以期进一步提高耐药菌感染伤口的治疗效果；三是开展多中心、大规模的临床试验，充分验证水凝胶在不同人群、不同类型耐药菌感染伤口中的治疗效果和安全性，为其临床应用提供有力的循证医学支持。随着研究的不断深入与完善，相信 UHE-HTs/PFN 水凝胶在耐药菌感染伤口治疗领域将具有广阔的临床应用前景，有望为众多患者带来新的希望，推动医学领域在抗感染治疗方面取得重要进展，为全球健康事业做出积极贡献。

来源：医学顾事