第一作者：Jiameng Wang, Hao Cheng
通讯作者：张翔宇，姚晓红，杨永强
通讯单位：太原理工大学，江苏省特种设备安全监督检验研究院
最近，太原理工大学张翔宇等人在《Journal of Advanced Research》期刊上发表了微波热效应触发化学动力治疗的抗菌微针用于糖尿病感染伤口愈合的文章。微波辅助治疗凭借其优异的组织穿透性，在细菌感染治疗领域具有良好的临床应用前景。然而，微波能量密度较低，限制了敏化剂的催化性能，使其难以产生足量的活性氧以杀灭细菌。该研究通过层层自组装法制备了负载 Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒的透明质酸微针贴片，结合 RNA 测序与分子动力学模拟解析其作用机制，并在细胞及动物模型中完成验证。结果显示，该贴片经 10 分钟温和微波照射，对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌率分别达 98.72% 和 99.99%，可通过抑制细菌氨基酸合成与谷胱甘肽转移酶活性发挥作用，并能有效减轻伤口炎症。鉴于核心材料与设备均获 FDA 批准，该微波响应微针贴片具备良好的临床转化潜力，其潜在的皮肤过热风险可通过优化材料或分段治疗来解决。
要点一：材料设计：以层层自组装法构建 Fe₃O₄@AIPH 核壳纳米颗粒并负载于透明质酸微针贴片，借助 Fe₃O₄的微波吸收特性与 AIPH 的热敏性，结合月桂酸的交联与抗炎作用实现多效协同。
要点二：作用机制：微波照射下 Fe₃O₄将电磁能转化为热能，触发 AIPH 裂解产生 RN・，并提升 Fe₃O₄的 ROS 生成能力，通过热、RN・、ROS 的协同作用破坏细菌细胞膜与谷胱甘肽转移酶功能，同时释放的 Fe²+ 和月桂酸诱导巨噬细胞向 M2 型极化，实现抗菌与抗炎双重效果，进而促进成纤维细胞增殖和胶原分泌，加速糖尿病感染伤口愈合。
图1. (a) Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒的扫描电镜图像；(b) Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒的高分辨透射电镜图像；(c) Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒的能谱元素分布图；(d) Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒的 X 射线光电子能谱全谱；Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒的高分辨 X 射线光电子能谱：(e) Fe 2p 轨道、(f) O 1s 轨道、(g) N 1s 轨道；(h) 傅里叶变换红外光谱图；(i) Fe₃O₄、AIPH、月桂酸及Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒的 Zeta 电位图。
图2. Fe₃O₄ 和 Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒的 (a) 磁损耗角正切图、(b) 介电损耗角正切图；Fe₃O₄ 纳米颗粒 (c) 和 Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒 (d) 的反射损耗图；有无微波照射下
Fe₃O₄ 和 Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒的 (e) 电化学阻抗谱、(f) 瞬态微波电流密度图、(g) 循环伏安曲线；微波照射下 Fe₃O₄@AIPH 纳米颗粒产生的 (h) 超氧阴离子、(i) 氮自由基、(j) 单线态氧的电子自旋共振谱；Fe₃O₄ (k) 和 Fe₃O₄@AIPH (l) 纳米颗粒的差分电子密度图及氧气吸附能。
图3. (a) Fe₃O₄@AIPH 微针贴片的制备流程示意图；(b) Fe₃O₄@AIPH 微针贴片的扫描电镜及能谱元素分布图；(c) 微针贴片的升温曲线；(d) Fe₃O₄@AIPH 微针贴片的温度升 - 降温循环曲线；(e) Fe₃O₄@AIPH 微针贴片的微波 - 热转换效率。
图4. 有无微波照射下微针贴片对 (a) 金黄色葡萄球菌、(b) 大肠杆菌的抗菌率；微波照射后贴片表面生物膜的 (c) 结晶紫染色结果；细菌内活性氧的 (d) 荧光图像；微波照射后贴片表面金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的 (e) 扫描电镜图像；分子动力学模拟中氮自由基 - 蛋白体系在 (f) 0 纳秒、(g) 500 纳秒的快照；(h) 分子动力学模拟中氮自由基 - 蛋白体系的均方根偏差；AIPH - 月桂酸分子簇作用下磷脂双分子层构象在 0 纳秒和 500 纳秒的 (i) 快照；500 纳秒分子动力学模拟平衡后磷脂双分子层平均密度的 (j) 二维图。
图5. (a) 糖尿病感染伤口模型的建立及治疗策略示意图；(b) 不同水凝胶处理 10 天后的伤口愈合率；(c) 第 2 天的体内抗菌率；(d) 溶血活性检测结果及大鼠血液中白细胞、单核细胞、淋巴细胞、粒细胞、红细胞数量和血红蛋白含量；治疗 2 天后重建皮肤组织的 (e) 苏木精 - 伊红染色、(f) 吉姆萨染色结果；治疗 10 天后重建皮肤组织的 (g) 苏木精 - 伊红染色、(h) 马松染色结果；(i) 伤口部位皮肤的诱导型一氧化氮合酶和精氨酸酶 - 1 抗体免疫组化染色结果。
该研究成功构建了由微波热效应触发化学动力治疗的 Fe₃O₄@AIPH 抗菌微针贴片，用于治疗糖尿病细菌感染伤口：Fe₃O₄ 的优异微波吸收性能使微针在微波照射下产生热效应，触发热敏型自由基发生器 AIPH 产生大量自由基，热效应提升细菌细胞膜通透性，自由基则快速氧化细菌磷脂和谷胱甘肽转移酶同源物，最终导致细菌裂解，在 45℃温和温度下实现对金黄色葡萄球菌 98.72%、大肠杆菌 99.99% 的抗菌率。微针释放的Fe2+ 和月桂酸能有效抑制伤口部位的炎症反应，同时该微针具备良好的生物相容性、血液相容性，无明显器官毒性。该微针贴片可通过抗菌、抗炎的协同作用，促进糖尿病感染伤口的胶原沉积和上皮组织重建，显著加速伤口愈合进程，是理想的伤口敷料候选材料，也为深部组织感染的微波响应敷料研发提供了新思路。铁氧体基产品和 2.45 GHz 微波治疗设备均已获得 FDA 医疗批准，该微波响应微针贴片在糖尿病伤口护理领域具有潜在临床应用价值；长期微波治疗的皮肤过热风险，可通过研发更高损耗角正切的吸收材料、采用分段治疗策略来缓解，进一步提升其临床应用潜力。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.jare.2026.02.033
参考文献：An antibacterial microneedle with chemodynamic therapy triggered by microwave thermal effect for diabetic infected wound healing. Jiameng Wang, Hao Cheng, Meiwen An, Yongqiang Yang, Peide Han, Jien Qin, Xiaohong Yao, Xiangyu Zhang. Journal of Advanced Research. 2026, DOI: 10.1016/j.jare.2026.02.033.
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