近红外驱动的自推进Janus纳米马达能够穿透顽固的生物膜，从而实现抗炎和光热治疗，加速伤口愈合过程

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近红外驱动的自推进Janus纳米马达能够穿透顽固的生物膜，从而实现抗炎和光热治疗，加速伤口愈合过程

时间：2026年3月14日

来源：Biomaterials

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针对慢性感染性伤口中生物膜形成的难题，本研究设计并制备了一种近红外驱动型Janus纳米马达（J-HAs-NSs），通过光热效应破坏生物膜并释放抗炎成分，显著促进小鼠伤口愈合，为无抗生素治疗提供新策略。

作者：Hang Chi、Chunpeng Zhang、Xinyu Pang、Mengying Han、Fujuan Zhang、Jiaxin Liu、Hongxia Bao、Bin Sun、Manjie Zhang

中国哈尔滨市哈尔滨医科大学药学院药学系及第二附属医院药学系，邮编150081

摘要：

在慢性感染伤口的坏死组织中形成的生物膜会创建一个屏蔽的微环境，这种环境促进了细菌的持续存在并干扰了愈合过程。这引发了一个自我延续的细菌感染和宿主炎症失调的循环，使得伤口愈合变得极其困难。在这里，我们设计并制备了一种近红外（NIR）驱动的Janus纳米马达，该马达能够通过自主推进穿透生物膜，同时提供抗炎和光热疗法（PTT），以实现有效的伤口愈合。利用空间选择性的超组装策略，我们制备了以金纳米星（AuNS）作为基本光热剂的自热泳动Janus纳米马达，使其能够在NIR光照射下推进。结合AuNS上的尖刺状表面，这种纳米马达能够高效穿透细菌膜。此外，Au还通过腐殖酸（HAs）进行功能化，引入了免疫调节功能。我们证明了Janus HAs-AuNS-PAA/mSiO₂纳米马达具有优异的生物膜穿透能力，并通过抗炎和光热效应的结合有效杀灭细菌。体外和体内实验证实，这些纳米马达具有纳摩尔级别的杀菌和抗炎效果，并显著加速了小鼠模型中的伤口愈合。这一平台结合了强效的无抗生素抗菌作用和靶向免疫调节功能，为管理持续性感染伤口提供了全面的解决方案。

引言

慢性感染伤口是一个全球范围内普遍存在的临床难题，由于其复杂的生理机制而难以治愈。这些疾病的特征是细菌持续存在和宿主炎症失调的自我延续循环[1]、[2]、[3]。这一循环始于细菌在伤口条件下的定植，导致坏死组织的积累。在持续湿润的环境中，细菌会形成生物膜，封闭伤口部位并形成屏障[4]、[5]。这种屏障不仅限制了抗生素的扩散，还逃避了吞噬细胞的清除，从而使得感染持续存在[6]、[7]。因此，未被清除的细菌不断激活先天免疫反应，导致促炎细胞因子（如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素（IL）-1β和IL-6）的过度释放。这些介质进一步加重组织损伤，同时损害上皮再生和成纤维细胞功能，从而阻碍伤口愈合[8]、[9]。因此，有效治疗慢性伤口必须突破生物膜屏障，以打破这一自我延续的循环。

微/纳米马达（MNMs）是经过工程设计的微/纳米级装置，能够将外部能量源（如光、磁场或化学梯度）转化为自主推进力[10]、[11]、[12]。在各种MNMs中，光驱动纳米马达具有独特的操作优势，例如远程时空控制、可调推进速度以及可逆的开关功能[13]、[14]。这些特性使它们在多种应用中得到广泛应用，包括生物传感[15]、[16]、药物递送[17]、[18]和精准治疗[19]、[20]。因此，当具有独特结构的纳米马达被设计出来时，它们成为有前景的生物活性工具，能够克服穿透限制并提高对抗生物膜相关传染病的抗菌效果[21]、[22]。

为了最大化光驱动MNMs的生物膜穿透能力，必须仔细设计其组成和结构[23]。基于金的纳米材料是优秀的光热剂，能够高效地将近红外（NIR）光辐射转化为热能，使其成为构建光驱动纳米马达的理想候选材料[24]。在伤口愈合的背景下，具有尖锐尖端的金纳米结构具有物理破坏细菌膜的独特能力[25]。此外，金纳米材料易于功能化。例如，腐殖酸（HAs）——天然有机物质——可以修饰到金表面，以提高光热效率[26]。对于伤口愈合而言，HAs还具有内在的免疫调节作用，可以抑制NF-κB和MAPK信号通路，并下调促炎细胞因子（如TNF-α、IL-1β和IL-6），从而缓解慢性炎症并促进组织再生[27]、[28]。

Janus结构的自热泳动纳米马达结合了光驱动能源和不对称结构，具有自主推进的独特功能优势。我们的实验室专注于使用聚丙烯酸（PAA）作为模板来设计和制备有机-无机Janus结构。PAA聚合物是弱酸聚合物，能够与无机材料结合形成蛋黄壳状、碗状或花状结构[29]、[30]、[31]。因此，制备基于金的Janus自热泳动纳米马达对于伤口愈合极具前景，因为它可以利用金组分的优势，并利用独特的Janus结构。理论上，这种基于金的Janus MNMs在NIR光下可以产生强烈的局部热场和推进力，从而在生物基质中实现主动导航，改善材料传输和组织穿透[32]。日益严重的抗菌素耐药性危机要求寻找超越传统抗生素机制的替代策略[33]、[34]。在这种情况下，能够直接杀灭细菌和进行免疫调节的纳米材料为治疗与生物膜相关和耐药性感染提供了有吸引力的方法。通过整合光热灭菌和抗炎活性，我们的无抗生素纳米马达平台利用包括光热消融和自我推进诱导的机械破坏在内的物理机制来穿透生物膜并消灭细菌。这种非药物作用方式规避了选择压力和相关的耐药风险，使我们的平台成为治疗慢性感染伤口的可转化治疗策略。

基于这一理念，我们构建了一种对NIR光响应的多功能纳米马达，旨在实现可控、高效且全面的抗菌治疗与抗炎活性。该系统被称为Janus HAs-AuNS-PAA/mSiO₂，通过空间选择性的二氧化硅沉积策略在金纳米球上合成。所得到的不对称结构保留了暴露的金域，以便后续的功能化处理，随后对其进行定点再生，形成尖刺状的金纳米星（NS）头部。这种各向异性的拓扑结构不仅提高了光热性能，还结合了自我推进力，增强了生物膜的破坏效果。暴露的金表面进一步通过硫醇-PEG-胺（SH-PEG-NH₂）和HAs进行功能化，赋予纳米马达胶体稳定性和抗炎功能。最终，HAs组分有助于缓解炎症并促进皮肤伤口修复，使Janus HAs-AuNS-PAA/mSiO₂纳米马达具备了“杀菌-抗炎”整合能力。这一动态抗菌平台为将纳米马达从化学设计推向公共卫生应用开辟了道路（图1）。该平台结合了强效的无抗生素抗菌效果和靶向免疫调节功能，为管理持续性感染伤口提供了全面的解决方案。

J-HAs-NSs纳米马达的合成与表征

Janus HAs-AuNS-PAA/mSiO₂（J-HAs-NSs）纳米马达的合成过程如图1a所示。首先，通过用柠檬酸钠（Fig. S1a）还原四氯金酸（HAuCl₄）制备了平均直径为40纳米的金纳米颗粒（NPs）[35]。然后将得到的金NPs与PAA和氨（NH₃·H₂O混合，再加入异丙醇（IPA）以获得单分散的Janus Au-PAA NPs。随后使用浓NH₃·H₂O将溶液pH值调至碱性。

结论

总结来说，我们成功开发了一种Janus纳米马达（J-HAs-NSs），它在NIR-I光的刺激下表现出快速的方向性运动，并具有增强的光热性能。通过结合光热灭菌和HAs介导的抗炎作用的双重协同机制，它实现了对感染伤口的高效主动治疗。这归因于其典型的非中心对称结构和增强的光热性能，使纳米马达能够

CRediT作者贡献声明

Jiaxin Liu： 正式分析。 Hongxia Bao： 写作——审稿与编辑。 Fujuan Zhang： 资源、方法学、正式分析。 Xinyu Pang： 写作——审稿与编辑、软件、方法学。 Mengying Han： 资源、方法学。 Hang Chi： 写作——初稿、正式分析、数据管理、概念化。 Chunpeng Zhang： 验证、正式分析、数据管理、概念化。 Bin Sun： 写作——审稿与编辑、软件、项目管理、资金获取、正式文件。