关键词：邻苯二胺、咖啡酸、四氯化硒、硒掺杂儿茶酚碳点 (Cat-SeCD)、海藻酸钠 (SA)、3-氨基苯硼酸 (3-APBA)、苯硼酸修饰海藻酸钠 (PBA-SA)、硼酸酯动态交联水凝胶、碳点复合水凝胶
Dynamically Crosslinked Carbon Dot/Alginate Hydrogels for On-Demand Osteomyelitis Therapy
First published: 18 April 2026，Volume38, Issue28
https://doi.org/10.1002/adma.73080
一、复合水凝胶的合成与动态交联构筑工艺
1. 多功能硒掺杂儿茶酚碳点（Cat-SeCD）的水热合成
以邻苯二胺、咖啡酸和四氯化硒为原料，通过200℃水热反应6小时，一步制备出以硒-硒键为内核、边缘接枝儿茶酚结构的碳点（Cat-SeCD）；同时制备无硒碳点（Cat-CD）和无儿茶酚碳点（Cat-free-CD）作为对照，表征结果证实Se元素已成功掺杂，且碳点边缘富含邻苯二酚活性基团。
2. 硼酸酯动态交联海藻酸基底（PBA-SA）的制备
海藻酸钠（SA）与3-氨基苯硼酸（3-APBA）经EDC/NHS酰胺化反应，合成苯硼酸修饰的海藻酸高分子链（PBA-SA）。
3. 动态交联复合水凝胶（Cat-SeCD@Gel）的成型
将Cat-SeCD与PBA-SA混合，在pH 8.5–10、37℃条件下反应2小时，依靠可逆硼酸酯动态共价键交联成型，构建出可响应病灶微环境解离、按需释放碳点的一体化水凝胶体系。
二、病灶微环境响应的按需释放机制
骨髓炎病灶具有低pH、高活性氧（ROS）两大特征微环境，双重刺激可触发硼酸酯键断裂，实现碳点的可控释放：
1. 酸性响应：病灶处的H⁺破坏苯硼酸-儿茶酚硼酸酯交联键，使水凝胶网络缓慢解离；
2. 高ROS响应：病灶内过量的活性氧氧化断裂硼酸酯结构，加速碳点释放。
在双重刺激的协同作用下，水凝胶可在感染骨缺损处精准释放Cat-SeCD，正常组织无药物泄露，从而降低全身毒副作用。
三、三大核心生物功能及分子机理
1. 广谱抗菌与抗生物膜作用
Cat-SeCD具有广谱杀菌能力，可高效杀灭金黄色葡萄球菌、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）、铜绿假单胞菌及大肠杆菌；同时能破坏成熟细菌生物膜，抑制细菌黏附定植，从根源阻断骨髓炎的反复感染。
2. ROS清除与炎症微环境重编程
碳点内核的Se-Se键赋予其类谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）活性，可高效清除病灶内过量ROS，降低氧化应激；并能抑制M1型促炎巨噬细胞极化，下调TNF-α、IL-1β等促炎因子，上调IL-10、IL-4等抗炎因子，诱导巨噬细胞向M2型修复型极化，缓解骨组织的炎症损伤。
3. 促成骨分化与骨缺损修复
释放的Cat-SeCD可激活BMP/Smad、Wnt/β-catenin双成骨信号通路，上调碱性磷酸酶（ALP）、Runx2、骨桥蛋白（OPN）、骨钙素（OCN）等成骨标志物，诱导骨髓间充质干细胞（BMSCs）向成骨细胞分化，同步修复感染造成的骨缺损。
四、体内动物模型验证结果
在MRSA诱导的小鼠骨髓炎模型中植入Cat-SeCD@Gel水凝胶后：
1. 可高效清除骨内致病菌，根除持续性感染；
2. 抑制局部炎症浸润，重塑骨缺损处的免疫微环境；
3. 显著促进新骨再生，实现感染性骨缺损的近乎完全愈合。
空白对照组及单一碳点对照水凝胶均无法同步实现抗感染、抗炎、成骨的三重修复效果。
五、创新价值与应用拓展
1. 分子设计创新：通过碳点的双功能修饰（边缘儿茶酚+内核Se-Se键），使单一纳米载体同时具备抗菌、抗氧化、促成骨三重活性；
2. 交联体系创新：采用可逆硼酸酯动态交联水凝胶，实现病灶微环境的特异性按需释放，规避普通水凝胶的药物突释缺陷；
3. 临床优势：一体化材料可同步解决骨髓炎感染、炎症、骨缺损三大临床难题，无需多种药剂复合使用；
4. 应用拓展：可替换不同生物活性碳点（金属/非金属掺杂）及动态交联高分子（丝素、透明质酸），适配皮肤感染、牙周炎、植入体感染等各类炎症缺损修复场景。
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