图1. TiO2/Bi2S3异质结纳米管的制备流程及红光驱动光电水凝胶敷料的工作原理及生物效应示意图。
皮肤的深度烧伤不仅可以破坏真皮基质，还可以对神经末梢造成广泛损伤，导致上皮-神经网络的不可逆损伤。因此，开发能加速伤口愈合并增强神经末梢向肌肉的再神经化的先进伤口敷料至关重要。与传统的药物治疗相比，基于物理信号的电刺激疗法可以避免潜在的副作用和药物耐受性问题，提供比单纯依赖药物治疗更持久的治疗效果。本研究中，四川大学范红松教授团队探索了具有可见红光激发性和高光电转换性能的一维TiO2/Bi2S3纳米管的制备。通过结合异质结、量子吸收效应和形貌修饰，TiO2/Bi2S3纳米管的光电流可达9.22 μA/cm2，是625 nm光照下TiO2纳米管的66倍。高效的红光激发性能解决了短波激发引起的生物安全性差、组织穿透率低的问题。结合生物活性水凝胶，构建了具有增强光电效应的光电凝胶敷料，成功实现对深度烧伤伤口的光电刺激调控及上皮-神经网络重建，显著增强深度烧伤伤口的愈合效果。此外，本研究强调了光电TiO2/Bi2S3纳米管复合水凝胶在促进神经末梢再支配和调节免疫反应方面的非凡能力。这项工作提出了一种新兴的远程无源电刺激治疗策略，有望为修复深部烧伤伤口提供强大的推动力。
图2.光电刺激通过远程光控打开电压门控钙离子通道，引起钙内流，激活下游级联信号，促进成纤维细胞和神经细胞的分化与功能表达；并调控巨噬细胞由M1向M2表型发生极化，形成抗炎再生微环境。（a）光电刺激诱导的Ca2+流动和ATP增加示意图。（b）通过时间序列共聚焦显微镜记录的细胞Ca2+流动曲线的3D瀑布图，下图为光照前和光照后组的曝光图（箭头表示荧光强度发生变化的细胞）。（c）NIH-3T3和PC12细胞共培养后α-SMA和鬼笔环肽染色结果。（d）α-SMA平均荧光强度的统计分析。（e）β3-微管蛋白和鬼笔环肽染色结果。（f）β3-微管蛋白的平均荧光强度。（g）光电刺激对RAW264.7巨噬细胞极化的影响。（h）IL-10和iNOS与细胞核共定位的阳性区域的统计分析。
作者简介：
本文第一作者为四川大学生物医学工程学院/国家生物医学材料工程技术研究中心博士研究生乔子，通讯作者为四川大学生物医学工程学院/国家生物医学材料工程技术研究中心范红松教授和专职博士后卫丹。
范红松：四川大学教授，国务院特殊津贴专家，曾任香港大学、日本国家材料研究所客座研究员。研究方向主要为组织再生生物材料与组织工程、纳米生物材料与柔性神经电极界面。以通讯作者在Nature Communications、ACS Nano、Small、Materials Horizons、Chemical Engineering Journal、Biomaterials、Carbohydrate polymers、ACS Applied Materials & Interfaces 等国际著名材料类期刊发表 SCI 论文 100 余篇，授权发明专利 10 余项。主持国家科技支撑计划项目、国家重大专项项目及课题、国家自然科学基金项目等国家和部省级项目多项，获国家自然科学二等奖，部省一、二等奖各1项。
论文信息：
https://authors.elsevier.com/c/1jOQP6CFjZU1Xa
