生物膜凭借致密的胞外基质屏障和高水平的谷胱甘肽（GSH）等还原防御系统，严重削弱抗生素渗透和活性氧（ROS）的杀菌效果；同时，生物膜内免疫抑制微环境损害中性粒细胞功能，进一步阻碍细菌清除与组织修复，导致慢性伤口愈合困难。尽管基于ROS的纳米催化以及压电、热电等不依赖传统底物的ROS生成策略展现出潜力，但生物膜内高浓度GSH可有效清除ROS并增强细菌耐受性。此外，中性粒细胞适度激活在生物膜清除和伤口清创过程中发挥重要作用，但过度活化尤其是中性粒细胞胞外陷阱（NETs）的异常生成又可能加剧组织损伤。因此，如何在破坏细菌氧化还原稳态、清除生物膜的同时，精准调控中性粒细胞功能，实现有效杀菌与免疫平衡，是感染性创面治疗亟待解决的关键问题。

我院石硕教授团队围绕生物膜感染创面的物理、生化屏障破除与免疫调控，提出了一种基于能量转换治疗模式的水凝胶微针系统，通过干扰细菌防御机制并精准激活中性粒细胞来对抗生物膜。相关成果以“Multimodal Energy Conversion-Enhanced Microneedle System Combats Bacterial Biofilm via Defense Disruption and Neutrophil Activation”为题发表于国际知名学术期刊《Advanced Functional Materials》（先进功能材料）。

Scheme 1. Schematic illustration of the (a) preparation, (b) treatment timeline and (c) therapeutic mechanism of flexible FPS@BTO hydrogel MN patch.

研究团队构建了由光热FePS₃纳米片（FPS NSs）与DSPE-PEG-NH₂修饰的热电BaTiO₃纳米颗粒（P-BTO NPs）静电自组装而成的FPS@BTO纳米复合材料，并将其负载于甲基丙烯酰化透明质酸（HAMA）基微针尖端，以聚乙烯醇（PVA）为柔性基底，构建刚柔并济微针贴片。该微针可穿透生物膜物理屏障，在透明质酸酶高表达的微环境中响应性释放FPS@BTO。在近红外二区（NIR-II，1064 nm）激光照射下，FPS将光能转化为热能并触发P-BTO的热电效应，通过电荷分离驱动氧化还原反应，实现可控的ROS生成，同时释放的Fe³⁺高效消耗GSH。这种ROS风暴与GSH耗竭共同破坏细菌的氧化还原稳态，降低细菌对免疫清除的抵抗能力。更重要的是，该系统通过释放铁离子逆转了局部缺铁微环境，并通过这种可控的多模式能量转换进一步促进中性粒细胞N1极化，增强其吞噬和杀菌活性，同时抑制异常NETs形成，实现精准免疫调节。此外，能量转换过程促进了内皮细胞迁移、增殖和血管生成，而材料缓慢降解释放的含磷、硫的生物活性阴离子进一步缓解后期炎症并支持组织再生。

该研究将多模式光-热-电-化学能量转换与微针递送系统有机结合，通过ROS风暴与GSH耗竭协同破坏生物膜氧化还原稳态，同时精准激活中性粒细胞免疫功能，从而实现对耐药生物膜的高效清除与创面修复。研究突破了传统抗菌策略依赖单一杀菌机制或外源性H₂O₂的局限，揭示了多模式能量转换在破坏细菌防御屏障、恢复宿主免疫应答及促进组织再生中的协同调控作用，为后抗生素时代复杂生物膜感染伤口的治疗提供了一种智能能量转换治疗新范式。

同济大学化学科学与工程学院石硕教授为论文通讯作者，同济大学附属第十人民医院崔中奇主管技师为共同通讯作者，我院2023级博士研究生林士洋为论文的第一作者，上海市浦东新区人民医院中心实验室技师孙英博为共同第一作者。该研究工作得到了国家自然科学基金（22277090, 82402720）和上海市自然科学基金（23ZR1466700, 24ZR1457300）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.78782