超声可切换压电 BiVO4/ 富勒烯异质结构：助力 MRSA 感染糖尿病伤口愈合中 ROS 按需调控

糖尿病伤口受 MRSA 感染及 ROS 积累影响愈合困难。研究人员开发超声可切换 BiVO4/ 富勒烯压电异质结构，其在超声照射时杀菌，撤去超声后清除 ROS。该研究为治疗耐药感染等提供新思路。

　　在健康医学领域，糖尿病如今已成为全球性的健康难题。据统计，全球有超过 5 亿人深受糖尿病的困扰，而且预计到 2045 年，患病人数还会激增 46%。糖尿病引发的伤口问题更是让患者苦不堪言，20%-25% 的糖尿病患者会出现伤口愈合困难的情况，严重时甚至可能发展为坏死或面临截肢风险。这背后的 “罪魁祸首” 主要有两个：一是细菌感染，其中耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）极为顽固，对 β- 内酰胺类抗生素几乎完全耐药，会加剧炎症，阻碍血管新生；二是活性氧（ROS）在高血糖的微环境中大量堆积，由中性粒细胞和巨噬细胞产生的过量 ROS 会引发氧化应激，破坏成纤维细胞和内皮细胞的正常功能，进一步延缓伤口愈合。

在这样的困境下，寻找一种既能消灭耐药病菌，又能精准调控 ROS 水平促进组织再生的治疗方法迫在眉睫。为此，国内的研究人员开展了一项极具创新性的研究。他们研发出一种超声可切换的 BiVO₄/ 富勒烯压电异质结构，相关研究成果发表在《Biomaterials Advances》上。这项研究意义重大，它为解决糖尿病伤口愈合难题提供了新的方向，有望改善众多患者的健康状况，也为其他与 ROS 相关的医学难题提供了宝贵的研究思路。

研究人员为开展此项研究，运用了多种关键技术方法。首先采用一锅溶剂热法合成 BiVO₄/MCF 异质结构；然后借助 XRD（X 射线衍射）技术对异质结构的晶体结构进行表征分析，以此确定 BiVO₄的晶相及 MCF 对其结构的影响 。

下面来看具体的研究结果：

• BiVO₄/MCF 异质结构的合成与表征：通过简单的一锅溶剂热法成功制备出 BiVO₄/MCF 异质结构。利用 XRD 分析发现，BiVO₄的特征衍射峰表明其为正交晶相，且无定形 MCF 的加入并未影响 BiVO₄的晶体结构。这一结果为后续研究该异质结构的性能奠定了基础。
• 超声响应的 ROS 调控性能：在 8 分钟的超声照射下，BiVO₄/MCF 异质结构作为声敏剂，凭借压电极化作用，通过缩小的能带隙以及增强的电荷载流子分离和迁移效率，实时产生大量 ROS。这些 ROS 能够破坏细菌细胞膜的完整性，对 MRSA 的清除率高达 99.9%。而当超声停止照射后，声敏剂会自发转变为抗氧化状态，富勒烯发挥其强大的 ROS 清除能力，有效中和多余的 ROS，恢复细胞的氧化还原平衡。这一独特的超声响应特性，实现了对 ROS 的按需调控，在抗菌和减轻氧化应激方面都展现出良好的效果。
• 体外生物相容性、抗菌及抗氧化性能：体外实验显示，该异质结构声敏剂具有出色的生物相容性，不会对细胞产生明显的毒性。同时，它还表现出强大的声动力抗菌活性，能够有效抑制细菌生长。此外，在抗氧化方面也有显著的响应，能够及时清除细胞内多余的 ROS，保护细胞免受氧化损伤。这些体外实验结果初步验证了该材料在生物医学应用中的潜力。
• 体内治疗效果：在 MRSA 感染的糖尿病伤口模型实验中，这种超声响应的 BiVO₄/MCF 异质结构发挥了重要作用。它有效地抑制了细菌的增殖，减轻了严重的炎症反应，促进了血管新生，增强了胶原蛋白的重塑。在 14 天内，伤口愈合速度明显加快。这表明该材料在实际治疗感染性糖尿病伤口方面具有显著的疗效，为临床治疗提供了新的可能性。

综合研究结论与讨论部分，BiVO₄/MCF 异质结构展现出了超声响应的双重功能。在超声照射时，利用富勒烯的高电子亲和力和优异的电荷传输能力，压电异质结呈现出显著的声动力杀菌效果；而在超声停止后，富勒烯又能发挥抗氧化作用，清除多余的 ROS。这种超声可切换的治疗策略，不仅成功解决了糖尿病伤口愈合过程中面临的细菌感染和 ROS 失衡两大难题，还为设计具有 ROS 调控治疗机制的智能纳米材料提供了重要参考，在耐药感染治疗以及其他 ROS 相关的生物医学领域具有广阔的应用前景。相信随着研究的不断深入，这一成果将为更多患者带来健康的希望，推动生物医学领域的进一步发展。