武漢科技大學(xué)王玉華教授團(tuán)隊(duì): 基于MXene的糖尿病預(yù)防和治療功能平臺(tái)

基于MXene的糖尿病預(yù)防和治療功能平臺(tái)

題目：MXene-Based Functional Platforms for Diabetes Prevention and Treatment

作者：Zixuan Wang, Yuhua Wang, Haijun Zhang, Yumei Wang, Jingwen Liu, Xinghui Liu

DOI：10.1002/cnl2.70130

鏈接：https://doi.org/10.1002/cnl2.70130

第一作者：Zixuan Wang

通訊作者：Yuhua Wang，Yumei Wang，Xinghui Liu

單位：武漢科技大學(xué)

研究背景

糖尿病患病率持續(xù)上升且呈年輕化趨勢(shì)，已成為嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康的重要慢性疾病。盡管近年來(lái)血糖監(jiān)測(cè)、藥物治療和并發(fā)癥干預(yù)等手段不斷進(jìn)步，但糖尿病在早期預(yù)警、連續(xù)無(wú)創(chuàng)監(jiān)測(cè)、慢性創(chuàng)面修復(fù)以及腎病等并發(fā)癥管理方面仍面臨諸多挑戰(zhàn)。在這一背景下，開(kāi)發(fā)兼具高靈敏檢測(cè)、精準(zhǔn)干預(yù)和良好生物相容性的新型功能材料，正成為糖尿病預(yù)防與治療領(lǐng)域的重要研究方向。

作為一類(lèi)新興二維材料，MXene 兼具優(yōu)異導(dǎo)電性、豐富表面官能團(tuán)、大比表面積、良好光熱性能和可調(diào)界面化學(xué)等優(yōu)勢(shì)，在糖尿病相關(guān)診療中展現(xiàn)出獨(dú)特潛力。現(xiàn)有研究表明，MXene 不僅可用于構(gòu)建連續(xù)無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)平臺(tái)，還可通過(guò)抗菌、清除活性氧、促進(jìn)血管生成等作用改善糖尿病創(chuàng)面修復(fù)，并在肌酐檢測(cè)、尿毒癥毒素清除等并發(fā)癥管理中顯示出良好應(yīng)用前景。不過(guò)，現(xiàn)階段相關(guān)研究仍主要集中于體外實(shí)驗(yàn)和小動(dòng)物模型，其長(zhǎng)期生物安全性、體內(nèi)代謝與清除行為、復(fù)雜生理環(huán)境下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及功能持久性，仍有待進(jìn)一步系統(tǒng)評(píng)估。尤其是在富氧、富水的生理環(huán)境中，部分 MXene 材料可能發(fā)生氧化降解，進(jìn)而影響其導(dǎo)電性、界面特性和長(zhǎng)期使用穩(wěn)定性，這也為其在慢性病長(zhǎng)期管理中的應(yīng)用提出了更高要求。與此同時(shí)，MXene 的臨床轉(zhuǎn)化還面臨制備工藝標(biāo)準(zhǔn)化不足、規(guī)模化生產(chǎn)一致性不強(qiáng)以及監(jiān)管評(píng)價(jià)路徑尚不清晰等現(xiàn)實(shí)障礙。比如，傳統(tǒng) HF 刻蝕路線可能帶來(lái)含氟終端基和雜質(zhì)殘留問(wèn)題，從而增加材料純度控制、批間差異評(píng)估和生物安全驗(yàn)證的難度；未來(lái)，圍繞無(wú)氟綠色制備、關(guān)鍵理化參數(shù)界定、ISO 10993 等標(biāo)準(zhǔn)框架下的系統(tǒng)生物學(xué)評(píng)價(jià)，以及與納米材料監(jiān)管要求相銜接的質(zhì)量控制體系建設(shè)，將是推動(dòng) MXene 從實(shí)驗(yàn)室走向臨床應(yīng)用的重要前提。基于此，本文系統(tǒng)總結(jié)了 MXene 及其復(fù)合材料在糖尿病預(yù)防與治療中的研究進(jìn)展，并進(jìn)一步梳理了其在臨床轉(zhuǎn)化與監(jiān)管層面面臨的關(guān)鍵問(wèn)題。

成果介紹

武漢科技大學(xué)王玉華教授團(tuán)隊(duì)等系統(tǒng)總結(jié)了MXene及其復(fù)合材料在糖尿病預(yù)防和治療中的最新研究進(jìn)展。文章圍繞MXene高導(dǎo)電性、豐富表面官能團(tuán)、優(yōu)異光熱響應(yīng)和良好生物相容性等優(yōu)勢(shì)，重點(diǎn)梳理了其在連續(xù)無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)、糖尿病創(chuàng)面抗菌/清除活性氧/促血管生成修復(fù)，以及糖尿病腎病相關(guān)肌酐檢測(cè)、尿毒癥毒素清除和AGEs抑制等并發(fā)癥管理中的應(yīng)用潛力與作用機(jī)制，并進(jìn)一步分析了長(zhǎng)期生物安全性、標(biāo)準(zhǔn)化制備、規(guī)模化生產(chǎn)和監(jiān)管評(píng)價(jià)路徑等臨床轉(zhuǎn)化關(guān)鍵問(wèn)題。該工作為MXene基糖尿病功能平臺(tái)的理性設(shè)計(jì)及后續(xù)臨床應(yīng)用推進(jìn)提供了系統(tǒng)參考。該成果以《MXene‐Based Functional Platforms for Diabetes Prevention and Treatment》為題發(fā)表在高水平期刊 Carbon Neutralization 上。

本文亮點(diǎn)

1、系統(tǒng)總結(jié)了MXene及其復(fù)合材料在糖尿病預(yù)防與治療中的最新進(jìn)展，搭建起從監(jiān)測(cè)到治療再到并發(fā)癥干預(yù)的整體研究脈絡(luò)。

2、聚焦MXene在連續(xù)無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)、糖尿病創(chuàng)面修復(fù)及并發(fā)癥管理中的多功能應(yīng)用，展現(xiàn)其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

3、面向?qū)嶋H應(yīng)用，梳理了MXene在長(zhǎng)期安全性、標(biāo)準(zhǔn)化制備、規(guī)模化生產(chǎn)和監(jiān)管評(píng)價(jià)等方面面臨的臨床轉(zhuǎn)化關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

本文要點(diǎn)

要點(diǎn)一

系統(tǒng)梳理MXene及其復(fù)合材料在糖尿病預(yù)防、治療及并發(fā)癥管理中的功能平臺(tái)構(gòu)建思路，并闡明其重要性

圖1：糖尿病疾病負(fù)擔(dān)及相關(guān)研究發(fā)展趨勢(shì)示意圖。圖中展示了全球糖尿病人群分布、相關(guān)研究論文數(shù)量變化以及未來(lái)發(fā)病趨勢(shì)預(yù)測(cè)，說(shuō)明糖尿病防治仍面臨長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。

圖2：基于MXene的糖尿病功能平臺(tái)示意圖：MXene支持無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)和多功能傷口愈合解決方案，有助于緩解糖尿病相關(guān)并發(fā)癥。

圖1，圖2中系統(tǒng)梳理了MXene在糖尿病預(yù)防與治療中的整體應(yīng)用框架。從圖1可以看出，糖尿病患病負(fù)擔(dān)仍在持續(xù)加重，圍繞血糖檢測(cè)、創(chuàng)面修復(fù)和并發(fā)癥干預(yù)等方向的研究也在不斷增加；在此背景下，MXene憑借高導(dǎo)電性、豐富表面官能團(tuán)、良好親水性、光熱性能和生物相容性等優(yōu)勢(shì)，逐漸成為糖尿病功能平臺(tái)構(gòu)建的重要候選材料。圖2則從無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)、創(chuàng)面修復(fù)到并發(fā)癥管理三個(gè)層面出發(fā)，概括了MXene在糖尿病診療中的平臺(tái)化應(yīng)用潛力，突出了其在多場(chǎng)景協(xié)同干預(yù)中的綜合價(jià)值。

要點(diǎn)二

MXene憑借高導(dǎo)電性和可調(diào)表面化學(xué)，在連續(xù)無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)中展現(xiàn)出優(yōu)異潛力，涵蓋酶型與非酶型傳感兩類(lèi)路徑

圖3：MXene基酶型葡萄糖傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

圖3展示了MXene通過(guò)與rGO、PANI等材料復(fù)合，構(gòu)建三維多孔或柔性傳感結(jié)構(gòu)，從而提高酶固定化效率、電子傳輸能力和葡萄糖檢測(cè)靈敏度，并進(jìn)一步拓展到運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的可穿戴汗液血糖監(jiān)測(cè)應(yīng)用。

圖4：MXene基非酶型葡萄糖傳感器的設(shè)計(jì)與應(yīng)用。

圖4匯總了Pt/MXene柔性傳感貼片及多種MXene復(fù)合非酶型傳感體系，說(shuō)明MXene可通過(guò)與Pt、Cu2O、rGO、NiCo LDH等材料協(xié)同復(fù)合，改善界面電荷傳輸和電催化反應(yīng)過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)更高靈敏度、更寬檢測(cè)范圍和更穩(wěn)定的汗液葡萄糖檢測(cè)。

圖5：MXene基酶型與非酶型葡萄糖傳感器性能對(duì)比圖，展示了不同體系在檢測(cè)限、穩(wěn)定性、響應(yīng)范圍和靈敏度等方面的差異。

圖5顯示MXene基酶型與非酶型葡萄糖傳感器在檢測(cè)限、循環(huán)穩(wěn)定性、響應(yīng)范圍和靈敏度等關(guān)鍵性能指標(biāo)上的對(duì)比情況，直觀反映了不同傳感體系在連續(xù)無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)中的性能差異。結(jié)合正文可以看出，MXene一方面可通過(guò)優(yōu)異導(dǎo)電性促進(jìn)電子傳輸、提升傳感響應(yīng)效率，另一方面還可借助表面官能團(tuán)和復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)酶固定、抗干擾增強(qiáng)及檢測(cè)范圍拓展，因此在可穿戴、柔性、連續(xù)化血糖監(jiān)測(cè)平臺(tái)中展現(xiàn)出較強(qiáng)應(yīng)用前景。該圖也進(jìn)一步說(shuō)明了，MXene在酶型與非酶型兩類(lèi)傳感路徑中都具備良好的材料適配性和性能優(yōu)化空間。

要點(diǎn)三

在糖尿病創(chuàng)面修復(fù)中，MXene可通過(guò)抗菌、清除ROS、免疫調(diào)控及促血管生成等多機(jī)制協(xié)同加速傷口愈合

圖6：MXene基導(dǎo)電水凝膠在糖尿病創(chuàng)面修復(fù)中的構(gòu)建與作用機(jī)制。

圖6a–e主要展示了PGMT導(dǎo)電水凝膠體系：其中圖6a-b為T(mén)A包覆Ti?C?及PGMT水凝膠的制備過(guò)程，圖6c-d說(shuō)明該體系在電刺激作用下可增強(qiáng)ROS清除并促進(jìn)細(xì)胞增殖，圖6e進(jìn)一步表明其能夠加快糖尿病創(chuàng)面愈合。圖6f–h主要展示了PPMAg導(dǎo)電抗菌水凝膠體系。整體來(lái)看，該圖說(shuō)明MXene可通過(guò)構(gòu)建導(dǎo)電水凝膠平臺(tái)，在電刺激參與下協(xié)同促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面愈合。

圖7：MXene基微針體系促進(jìn)糖尿病創(chuàng)面血管生成與修復(fù)。

圖7a–d主要展示了 MN-PGA-MXene-GOx 微針體系：其中圖7a為該微針的構(gòu)建過(guò)程，圖7b–d則表明該體系能夠上調(diào) CD31、VEGF 和 HIF-1α 等血管生成相關(guān)因子表達(dá)，說(shuō)明其有助于改善創(chuàng)面微環(huán)境并促進(jìn)血管新生。圖7e–g主要展示了 TM-MNs 微針體系。該圖說(shuō)明MXene可通過(guò)微針遞送、光熱響應(yīng)和促血管生成協(xié)同作用，加速糖尿病創(chuàng)面愈合。

圖8：用于糖尿病傷口愈合的MXene基復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)-特性-功能示意圖。

圖8展示了MXene基復(fù)合材料用于糖尿病創(chuàng)面修復(fù)的“結(jié)構(gòu)—性能—功能”關(guān)系，較為全面地概括了其在改善糖尿病創(chuàng)面微環(huán)境中的作用機(jī)制。圖中表明，MXene不僅能夠依托其本征特性實(shí)現(xiàn)活性氧清除和抗菌抑炎，還可通過(guò)調(diào)控免疫微環(huán)境、促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化、增強(qiáng)血管生成和組織再生等途徑，協(xié)同提升創(chuàng)面修復(fù)效果。整體來(lái)看，該圖較好地揭示了MXene在糖尿病慢性傷口治療中由單一治療功能向多機(jī)制協(xié)同干預(yù)發(fā)展的特點(diǎn)，也凸顯了其在構(gòu)建智能傷口修復(fù)材料方面的優(yōu)勢(shì)。

要點(diǎn)四

長(zhǎng)期生物安全性、標(biāo)準(zhǔn)化制備、規(guī)模化生產(chǎn)、監(jiān)管評(píng)價(jià)以及人工智能設(shè)計(jì)仍是MXene臨床轉(zhuǎn)化需要突破的關(guān)鍵問(wèn)題

圖9：MXene在糖尿病監(jiān)測(cè)、創(chuàng)面修復(fù)及并發(fā)癥管理中的研究進(jìn)展與未來(lái)發(fā)展方向示意圖。

圖9展示了MXene在糖尿病監(jiān)測(cè)、創(chuàng)面修復(fù)及并發(fā)癥管理中的研究演進(jìn)與未來(lái)發(fā)展方向，不僅回顧了其在不同應(yīng)用場(chǎng)景中的研究進(jìn)展，也進(jìn)一步歸納了未來(lái)臨床轉(zhuǎn)化所面臨的核心挑戰(zhàn)，其中包括材料長(zhǎng)期生物安全性和大規(guī)模制備，面向患者分層需求的個(gè)體化設(shè)計(jì)，以及AI輔助MXene結(jié)構(gòu)優(yōu)化等，這些都是推動(dòng)其從實(shí)驗(yàn)室走向臨床應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。

本文小結(jié)

該工作系統(tǒng)總結(jié)了MXene及其復(fù)合材料在糖尿病預(yù)防與治療中的研究進(jìn)展，從連續(xù)無(wú)創(chuàng)血糖監(jiān)測(cè)、糖尿病創(chuàng)面修復(fù)到并發(fā)癥管理三個(gè)層面梳理了其功能平臺(tái)構(gòu)建思路。研究表明，憑借高導(dǎo)電性、豐富表面官能團(tuán)、優(yōu)異光熱性能和良好生物相容性，MXene在提升葡萄糖傳感靈敏度與穩(wěn)定性、改善感染與氧化應(yīng)激微環(huán)境、促進(jìn)血管生成與組織修復(fù)，以及肌酐檢測(cè)、尿毒癥毒素清除和AGEs抑制等方面均展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。與此同時(shí)，文章也指出，MXene在糖尿病相關(guān)應(yīng)用中的臨床轉(zhuǎn)化仍處于早期階段，長(zhǎng)期生物安全性、體內(nèi)代謝與清除行為、材料氧化穩(wěn)定性、標(biāo)準(zhǔn)化制備、規(guī)模化生產(chǎn)一致性及監(jiān)管評(píng)價(jià)路徑等問(wèn)題仍需進(jìn)一步解決。該工作不僅為MXene基糖尿病功能平臺(tái)的理性設(shè)計(jì)提供了系統(tǒng)參考，也指出未來(lái)研究應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下方向：（1）加強(qiáng)長(zhǎng)期毒理學(xué)、生物分布及降解行為研究，建立更完善的安全性評(píng)價(jià)體系；（2）推動(dòng)無(wú)氟綠色制備、規(guī)模化穩(wěn)定生產(chǎn)和質(zhì)量控制體系建設(shè)，提升材料臨床轉(zhuǎn)化可行性；（3）結(jié)合臨床分層需求、人工智能輔助設(shè)計(jì)和規(guī)范化監(jiān)管要求，加快MXene從實(shí)驗(yàn)室研究走向真實(shí)醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

作者介紹

通訊作者

王玉華

王玉華現(xiàn)任武漢科技大學(xué)物理與力學(xué)學(xué)院教授。其主要研究方向?yàn)槟茉矗h(huán)境及交叉材料的探索與開(kāi)發(fā)。

期刊介紹

發(fā) 展 歷 程

2022年7月17日

期刊首刊發(fā)布儀式

2023年3月10日

期刊編委會(huì)在中國(guó)國(guó)際鈉離子電池前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇期間舉辦

2023年3月11日

高級(jí)編委聘任儀式在中國(guó)國(guó)際鈉離子電池前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上舉行

2023年5月

被國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫(kù)DOAJ收錄

2024年3月10日

助力第二屆中國(guó)國(guó)際鈉離子電池前沿技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇

2024年4月16日

被ESCI數(shù)據(jù)庫(kù)收錄

2024年9月20日

助力2024納米材料與器件創(chuàng)新發(fā)展大會(huì)

2024年11月16日

助力2024世界青年科學(xué)家峰會(huì)新能源技術(shù)論壇

2025年6月18日

獲得首個(gè)影響因子=12

2025年7月18日

被EI數(shù)據(jù)庫(kù)收錄

2025年8月16日

被Scopus數(shù)據(jù)庫(kù)收錄

2025年8月21日

助力2025全省特種電池材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室正式啟動(dòng)

2025年11月26日

2026年3月24日

入選新銳分區(qū)（原中科院分區(qū)）

Carbon Neutralization（《碳中和研究》期刊）是溫州大學(xué)與Wiley共同出版的國(guó)際性跨學(xué)科開(kāi)放獲取期刊，立志成為綜合性旗艦期刊。期刊于2022年創(chuàng)刊，名譽(yù)主編由澳大利亞新南威爾士大學(xué)Rose Amal院士擔(dān)任，主編由溫州大學(xué)校長(zhǎng)趙敏教授和溫州大學(xué)碳中和技術(shù)創(chuàng)新研究院院長(zhǎng)侴術(shù)雷教授擔(dān)任，編委會(huì)由來(lái)自11個(gè)國(guó)家和地區(qū)的28名國(guó)際知名專(zhuān)家學(xué)者組成，其中編委會(huì)19位編委入選2025年度全球“高被引科學(xué)家”。且期刊已被ESCI、Scopus、EI、CAS、DOAJ數(shù)據(jù)庫(kù)收錄，入選為中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃二期高起點(diǎn)新刊、新銳分區(qū)（原中科院分區(qū)），并于2025年獲得首個(gè)影響因子12。

Carbon Neutralization（《碳中和研究》期刊）重點(diǎn)關(guān)注碳利用、碳減排、清潔能源相關(guān)的基礎(chǔ)研究及實(shí)際應(yīng)用，旨在邀請(qǐng)各個(gè)領(lǐng)域的專(zhuān)家學(xué)者發(fā)表高質(zhì)量、前瞻性的重要著作，為促進(jìn)各領(lǐng)域科學(xué)家之間的合作提供一個(gè)獨(dú)特的平臺(tái)。

一審 |

王玉華

二審 |

謝棉棉

三審 |

侴術(shù)雷

在線投稿

wiley.atyponrex.com/journal/CNL2

期刊編輯部

carbon-neutralization@wzu.edu.cn.

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