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糖尿病(diabetes mellitus,DM)是一种与代谢紊乱有关的,以高血糖为特征的慢性疾病,影响着全世界超过4.22亿人。2019年,DM已经是全球第九大死亡原因,受到了人们的广泛关注。DM人群中有15%到25%的人可能患有糖尿病足溃疡(diabetic foot ulcer,DFU)。DFU作为一种典型的慢性伤口,其愈合受损的特性大大增加了被耐药细菌和生物膜感染的可能。研究表明,感染性DFU导致的下肢截肢率以及截肢后死亡率明显增加,为公共医疗,患者家庭和个人带来巨大的经济压力。无机纳米抗菌材料具有多重抗菌机制,能够替代传统抗生素用于解决DFU的感染问题。然而,分子识别能力差,药物活性的不可控性所带来的全身毒性以及易被快速清除等缺陷限制了其临床使用。智能高分子是一类能够响应外界刺激发生构象或聚集形态变化的聚合物,通过将其与无机纳米粒子复合构建智能纳米复合抗菌材料能够有效解决上述问题。此外,由于DFU不愈合机理复杂,多功能纳米复合抗菌材料的发展为DFU的伤口感染以及多通路联合治疗和监测带来了突破性进展。因此,本论文以高抗菌活性的无机纳米抗菌材料为基础,与智能高分子材料复合,通过与其他类型活性药物的共同负载,先后设计并构建了几个智能纳米复合抗菌体系,磷酸盐响应的PAA-Ca Ps@Nps@GOx纳米复合抗菌水凝胶,光控制“开关”的多功能Pd-MOF@PAzo@SNP纳米复合抗菌微凝胶,以及活性氧(reactive oxygen species,ROS)响应的抗菌、抗氧化以及集成传感功能的PDA-PLA@Fe3+@MXene/Ag纳米复合水凝胶敷料,来实现糖尿病感染创口的多通路治疗。具体的研究内容如下:(1)第一部分为解决蛋白类药物易失活,以及无机抗菌纳米粒子在DFU治疗时毒性大,用药不可控以及易被清除等问题,受生物体内的胶原纤维与生物金属离子矿化的启发,通过聚丙烯酸(polyacrylic acid,PAA)与Ca2+自组装,然后结合PO43-形成交联点,同时原位负载Fe3O4/Ti O2/Ag3PO4纳米球和葡萄糖氧化酶(glucose oxidase,GOx),构建磷酸盐响应的PAA-Ca Ps@Nps@GOx纳米复合抗菌水凝胶。研究表明,构建的PAA-Ca Ps@Nps@GOx纳米复合水凝胶基于磷酸钙的沉淀/溶解平衡,表现出响应生理环境的Fe3O4/Ti O2/Ag3PO4和GOx释放行为,并利用Fe3O4/Ti O2/Ag3PO4和GOx的级联催化机制降低伤口局部血糖,缓慢产生羟基自由基(·OH),增强Ag+抗菌效果,促进糖尿病创口愈合。(2)第二部分在解决无机抗菌纳米粒子活性不可控问题的同时,引入生命体中内源性调节剂一氧化氮(nitric oxide,NO)的供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP),来解决DFU中血管重建受损的问题。首先以钯(palladium,Pd)纳米酶作为抗菌活性药物,金属有机框架(metal-organic framework,MOF)Ui O-66作为封装剂,并在MOF表面原位修饰光响应的聚偶氮苯(polyazobenzene,PAzo),通过偶氮苯基团与β-环糊精修饰的透明质酸(β-CD-HA)的主客体相互作用自组装的同时吸附SNP,构建光控制“开关”的Pd-MOF@PAzo@SNP纳米复合微凝胶。在响应紫外光照时,PAzo的构象发生变化,与β-CD-HA解组装,释放SNP并提供NO。随后,Pd催化底物过氧化氢(H2O2)产生单线态分子氧(~1O2)和·OH,并与NO作用产生活性氮(reactive nitrogen species,RNS),实现ROS和RNS协同抗菌/抗生物膜,并利用增强的抗菌效果以及NO的内源性调节功能促进血管再生以及胶原蛋白沉积,进而加速生物膜感染的糖尿病创口愈合。(3)糖尿病患者的神经受损导致其对外界刺激响应感觉消失,在多次受到无意识轻微扭伤和挫伤后,最终发展为慢性不愈合伤口。伤口愈合初期,高血糖造成的ROS积累以及外界细菌感染加剧了伤口愈合受损。为了解决这些问题,第三部分构建了集成传感功能的ROS响应PDA-PLA@Fe3+@MXene/Ag纳米复合水凝胶敷料。通过引入具有抗菌和导电功能的填料MXene/Ag,赋予了敷料传感性能以及抗菌活性。聚多巴胺-聚硫辛酸(polydopamine-polylipoic acid,PDA-PLA)水凝胶基质中动态双硫共价键、离子间相互作用以及氢键相互作用的存在使水凝胶表现出优异的自愈合性。凝胶基质中的PLA能够与ROS反应造成凝胶骨架缺陷,实现ROS响应性释放银纳米粒子(Ag nanoparticles,Ag NPs)。因此,合成的PDA-PLA@Fe3+@MXene/Ag纳米复合水凝胶能够利用其优异的抗菌和抗氧化性能降低炎性反应,促进糖尿病感染伤口愈合,同时,作为传感器监测皮肤所受的外力(如压力和扭力)及人体运动行为,实现对糖尿病创口的监测-治疗一体化。综上,本论文基于无机化学,高分子物理,高分子化学,电化学以及生命科学等多个学科进行交叉研究,阐述了基于无机纳米粒子的智能纳米复合抗菌材料的设计与制备,并用于糖尿病创口的多通路管理,为开发新型多效一体的纳米复合抗菌敷料治疗难以愈合的慢性伤口开拓了新思路。