近紅外吸收型有機(jī)電荷轉(zhuǎn)移配合物，促進(jìn)光熱抗菌治療與傷口愈合效果

2026-06-15 15:50

微生態(tài)與分子藥理

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一、

文章科普簡(jiǎn)介（此部分由AI生成）

POPOLAR SCIENCE INTRODUCTION

不用打針吃藥！近紅外光一照，感染傷口10天基本愈合

傷口被細(xì)菌感染后遲遲不愈合，甚至引發(fā)敗血癥，已經(jīng)成為臨床一大難題，而“超級(jí)細(xì)菌”的出現(xiàn)更是讓傳統(tǒng)抗生素束手無(wú)策。光熱療法就像給傷口“照光殺菌”，用近紅外光激發(fā)光熱劑產(chǎn)生局部高溫，直接燙死細(xì)菌，不會(huì)產(chǎn)生耐藥性。但好用的光熱劑一直不好找——要么有毒性，要么制備太麻煩，要么吸光發(fā)熱能力不夠。

本文的科學(xué)家們另辟蹊徑，用兩種便宜易得的市售小分子，像搭積木一樣自組裝出了一種新型納米顆粒TTNPs。它能吸收波長(zhǎng)長(zhǎng)達(dá)1200 nm的近紅外光，光熱轉(zhuǎn)換效率高達(dá)38%，照光后能快速升溫。在實(shí)驗(yàn)中，它對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺菌率都超過(guò)90%，還能穿透細(xì)菌生物膜。在小鼠感染傷口模型中，TTNPs配合近紅外光照，不僅能快速清除細(xì)菌、消除炎癥，還能促進(jìn)血管生成和皮膚再生，讓傷口更快愈合。而且這種納米顆粒制備簡(jiǎn)單、生物相容性好，幾乎沒(méi)有毒副作用，未來(lái)有望成為臨床治療感染傷口的新選擇。

TPD和TCB在F127包覆下自組裝形成TTNPs的過(guò)程，以及808 nm激光照射下，TTNPs通過(guò)光熱效應(yīng)殺滅細(xì)菌、緩解炎癥、促進(jìn)組織重塑實(shí)現(xiàn)傷口愈合的完整機(jī)制。

二、

文章背景簡(jiǎn)介

BACKGROUND INTRODUCTION

細(xì)菌感染及后續(xù)引發(fā)的炎癥是傷口高效愈合的主要障礙，全球每年因傷口感染導(dǎo)致的醫(yī)療支出和患者死亡率居高不下。隨著抗生素的濫用，多重耐藥菌（MDR）大量出現(xiàn)，傳統(tǒng)抗菌治療效果急劇下降，甚至面臨無(wú)藥可用的困境。

光熱療法（PTT）作為一種非抗生素、時(shí)空可控的抗菌策略，通過(guò)光熱劑將近紅外光轉(zhuǎn)化為局部高溫，直接破壞細(xì)菌結(jié)構(gòu)殺滅病原體，且不易產(chǎn)生耐藥性，成為抗菌領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。但目前高性能光熱劑的開發(fā)仍存在三大核心痛點(diǎn)：

1.無(wú)機(jī)光熱劑（如金納米顆粒、MXene）雖光熱性能優(yōu)異，但存在長(zhǎng)期生物毒性和復(fù)雜合成工藝的問(wèn)題，臨床轉(zhuǎn)化受限；

2.共價(jià)有機(jī)光熱劑需要繁瑣的分子設(shè)計(jì)和多步有機(jī)合成，成本高、周期長(zhǎng)；

3.多數(shù)有機(jī)光熱劑近紅外吸收范圍窄、光熱轉(zhuǎn)換效率偏低，難以滿足臨床治療需求。

2025年，山西醫(yī)科大學(xué)Peirong Bai等人（通訊作者為山西醫(yī)科大學(xué)李立平教授、溫亞婷教授，郵箱wenyating@sxbqeh.com.cn）在《Materials Today Bio》（IF＝11.6，生物材料1 區(qū)）發(fā)表題為“NIR-absorbing organic charge transfer complexes for photothermal antibacterial therapy and wounds healing”的文章。本文開發(fā)的基于能級(jí)工程的超分子組裝電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物納米顆粒 TT NPs，可通過(guò)高效光熱殺菌+緩解過(guò)度炎癥+促進(jìn)血管再生三重協(xié)同機(jī)制高效清除病原體、加速感染傷口愈合，在小鼠金黃色葡萄球菌感染傷口模型中實(shí)現(xiàn)安全高效治療，為高性能有機(jī)光熱抗菌劑的開發(fā)提供了通用可推廣的新策略，具備良好的臨床轉(zhuǎn)化前景。三、

文章摘要

ABSTRACT

本研究基于能級(jí)工程原理，精準(zhǔn)選擇市售的N,N′,N′,N′-四甲基對(duì)苯二胺（TPD）作為電子供體，1,2,4,5-四氰基苯（TCB）作為電子受體，通過(guò)超分子自組裝結(jié)合F127表面包覆，成功制備了電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物納米顆粒TTNPs。

由于TPD的HOMO能級(jí)（-3.931 eV）與TCB的LUMO能級(jí)（-3.920 eV）近乎完美匹配，TTNPs形成了僅1.318 eV的窄HOMO-LUMO帶隙，展現(xiàn)出延伸至～1200 nm的寬近紅外吸收，光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)38%，且具有優(yōu)異的光熱穩(wěn)定性。體外實(shí)驗(yàn)中，在808 nm激光（0.5 W/cm²，10 min）照射下，TTNPs對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌（金黃色葡萄球菌）的殺菌率為90.7%，對(duì)革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）的殺菌率為94.9%，同時(shí)對(duì)臨床耐藥菌（MRSA、產(chǎn)ESBL大腸桿菌）和細(xì)菌生物膜也有顯著清除效果。

體內(nèi)小鼠金黃色葡萄球菌感染傷口模型實(shí)驗(yàn)表明，TTNPs聯(lián)合近紅外照射能有效抑制傷口處細(xì)菌生長(zhǎng)，10天內(nèi)傷口面積縮小98%，顯著加速傷口閉合。機(jī)制研究顯示，其通過(guò)三重協(xié)同途徑促進(jìn)傷口愈合：一是高效光熱清除病原體，減少持續(xù)感染；二是顯著下調(diào)促炎因子TNF-α和IL-6的表達(dá)，緩解過(guò)度炎癥反應(yīng)；三是上調(diào)VEGF和CD31等血管生成標(biāo)志物，激活下游Akt/ERK信號(hào)通路，促進(jìn)血管生成和表皮分化再生。此外，細(xì)胞毒性、溶血實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)主要器官病理分析均證實(shí)TTNPs在治療濃度下具有優(yōu)異的生物相容性和系統(tǒng)安全性。

四、

思維導(dǎo)圖（此部分由AI生成）

MIND MAP

五、

所用到的主要方法

METHODS

1. TTNPs納米顆粒的合成與結(jié)構(gòu)表征（TEM、DLS、XRD、UV-Vis-NIR）

2. 密度泛函理論（DFT）和含時(shí)密度泛函理論（TD-DFT）理論計(jì)算

3. 光熱轉(zhuǎn)換性能與光熱穩(wěn)定性測(cè)試

4. 體外抗菌活性評(píng)價(jià)（平板計(jì)數(shù)法）

5. 細(xì)菌形態(tài)觀察（生物透射電鏡）

6. 細(xì)菌死活熒光染色（SYTO-9/PI）

7. 體外細(xì)胞毒性實(shí)驗(yàn)（CCK-8法）

8. 溶血相容性實(shí)驗(yàn)

9. 小鼠感染傷口模型構(gòu)建與體內(nèi)療效評(píng)價(jià)

10. 組織病理學(xué)分析（H&E染色、Masson三色染色）

11. 免疫熒光與免疫組化染色（TNF-α、IL-6、VEGF、CD31、SMA）

12. 蛋白質(zhì)印跡法（Westernblot）檢測(cè)信號(hào)通路蛋白

13.統(tǒng)計(jì)分析與數(shù)據(jù)可重復(fù)性驗(yàn)證

六、

文章的主要內(nèi)容

CONTENTS

（1）臨床背景與科學(xué)問(wèn)題提出

全球范圍內(nèi)，傷口細(xì)菌感染及其引發(fā)的慢性難愈已成為嚴(yán)峻的臨床挑戰(zhàn)，抗生素濫用導(dǎo)致的多重耐藥菌泛濫，疊加細(xì)菌生物膜形成的藥物滲透屏障，更是讓傳統(tǒng)抗菌治療陷入療效驟降甚至無(wú)藥可用的絕境；近紅外光熱療法憑借無(wú)耐藥性、時(shí)空精準(zhǔn)可控的優(yōu)勢(shì)成為破局希望，卻受限于光熱劑的性能瓶頸—— 無(wú)機(jī)材料存在長(zhǎng)期生物毒性，共價(jià)有機(jī)材料合成繁瑣成本高昂，現(xiàn)有超分子材料又因缺乏系統(tǒng)能級(jí)設(shè)計(jì)導(dǎo)致光熱性能不足。盡管分子間電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物可通過(guò)市售供受體分子簡(jiǎn)單自組裝制備，且天然具備窄帶隙強(qiáng)近紅外吸收的特性，但此前研究幾乎全部聚焦于腫瘤治療，既未通過(guò)精確能級(jí)工程最大化其光熱轉(zhuǎn)換效率，也未系統(tǒng)探索其在抗菌傷口愈合中的應(yīng)用，這正是本研究著力攻克的核心科學(xué)問(wèn)題。（2）TTNPs的設(shè)計(jì)、制備與結(jié)構(gòu)表征

通過(guò)精確的能級(jí)匹配篩選，選擇TPD作為電子供體、TCB作為電子受體，采用簡(jiǎn)單的再沉淀法實(shí)現(xiàn)超分子自組裝，并用F127進(jìn)行表面修飾，成功制備了水溶性好、單分散的TTNPs納米顆粒。

（3）電荷轉(zhuǎn)移機(jī)制與光熱性能

理論計(jì)算表明，TT共晶的HOMO主要分布在供體TPD上，LUMO主要分布在受體TCB上，形成了完全分離的電荷轉(zhuǎn)移態(tài)，使帶隙窄化至1.318eV，從而實(shí)現(xiàn)了寬范圍近紅外吸收。

（4）體外廣譜高效抗菌活性TTNPs在近紅外光照下展現(xiàn)出濃度依賴性的廣譜抗菌效果，對(duì)革蘭氏陽(yáng)性菌、革蘭氏陰性菌及臨床耐藥菌均有顯著殺滅作用，還能有效破壞細(xì)菌生物膜。

（5）體內(nèi)感染傷口治療效果

在小鼠金黃色葡萄球菌感染傷口模型中，TTNPs聯(lián)合近紅外照射能快速清除傷口處細(xì)菌，10天內(nèi)傷口幾乎完全愈合，愈合速度遠(yuǎn)快于對(duì)照組。

（6）傷口愈合的分子機(jī)制組織學(xué)和分子生物學(xué)分析表明，TTNPs聯(lián)合光熱治療通過(guò)清除感染源降低炎癥反應(yīng)，同時(shí)上調(diào)血管生成相關(guān)因子的表達(dá)，激活下游Akt和ERK信號(hào)通路，促進(jìn)組織再生。

（7）全面的生物安全性評(píng)價(jià)

體外細(xì)胞毒性和溶血實(shí)驗(yàn)表明TTNPs在治療濃度下無(wú)明顯細(xì)胞毒性和溶血作用。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，小鼠體重穩(wěn)定，心、肝、脾、肺、腎等主要器官無(wú)病理?yè)p傷，30天長(zhǎng)期毒性實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)其系統(tǒng)安全性良好。

（8）總結(jié)與展望

本研究成功開發(fā)了一種基于超分子電荷轉(zhuǎn)移復(fù)合物的新型有機(jī)光熱劑TTNPs，解決了傳統(tǒng)光熱劑制備復(fù)雜、毒性高、性能不足的問(wèn)題。該材料通過(guò)精確的能級(jí)工程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了寬近紅外吸收和高光熱轉(zhuǎn)換效率，在體外和體內(nèi)均展現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌效果和促傷口愈合能力，且生物安全性良好。

這項(xiàng)工作建立了一種通用且實(shí)用的CTC光熱劑設(shè)計(jì)策略，為開發(fā)高性能有機(jī)光熱材料提供了新思路，未來(lái)有望進(jìn)一步優(yōu)化材料性能，開展大動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床前研究，推動(dòng)其在臨床感染傷口治療中的應(yīng)用。

原文標(biāo)題 : 近紅外吸收型有機(jī)電荷轉(zhuǎn)移配合物，促進(jìn)光熱抗菌治療與傷口愈合效果