Active Shrinkage Hydrogel Based on Red Emissive Carbon Dots Photosensitizers for Bacterial Infected Wound Healing

doi:10.7503/cjcu20240409

Abstract

Abstract:

An active shrinkage hydrogel based on red emissive carbon dots（CDs） photosensitizers（PSs） was developed for bacterial infected wound healing. The hydrogel was prepared by using N-isopropylacrylamide （NIPAM）， sodium alginate（SA） and CDs PSs as precursors through free radical polymerization and calcium ion cross-linking. The hydrogel could release CDs PSs at body temperature（37 ℃） due to the active shrinkage of the hydrogel. Upon light irradiation， the released CDs PSs can generate singlet oxygen to kill bacteria effectively in the wound site leading to rapid wound healing. In vitro and in vivo results suggest that the developed active shrinkage hydrogel has good drug release， photodynamic antibacterial effects and the ability to accelerate wound healing， thus providing a new type of hydrogel for clinical wound management.

Key words: Carbon dots, Photodynamic antibacterial, Hydrogel, Wound healing

CLC Number:

O636

TrendMD:

HAO Yongliang, LI Jian, WANG Zehua, GE Jiechao. Active Shrinkage Hydrogel Based on Red Emissive Carbon Dots Photosensitizers for Bacterial Infected Wound Healing[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240409.

Figures/Tables 6

References 33

1	Peate I.， British J. Healthcare Assistants， 2021， 15（9）， 446—451
2	Harth W.， Kanerva’s Occupational Dermatology， 2020， 1209—1221
3	Nethi S. K.， Das S.， Patra C. R.， Mukherjee S.， Biomater. Sci.， 2019， 7（7）， 2652—2674
4	Jia Y.， Zhang X.， Yang W.， Lin C.， Tao B.， Deng Z.， Gao P.， Yang Y.， Cai K.， J. Mater. Chem. B， 2022， 10（15）， 2875—2888
5	Rezaie F.， Momeni⁃Moghaddam M.， Naderi⁃Meshkin H.， Int. J. Low. Extr. Wound， 2019， 18（3）， 247—261
6	Xue M.， Jackson C. J.， Adv. Wound. Care， 2015， 4（3）， 119—136
7	Enoch S.， Leaper D. J.， Surgery（Oxford）， 2008， 26（2）， 31—37
8	Kalelkar P. P.， Riddick M.， García A. J.， Nat. Rev. Mater， 2022， 7（1）， 39—54
9	Noor A.， Afzal A.， Masood R.， Khaliq Z.， Ahmad S.， Ahmad F.， Qadir M.-B.， Irfan M.， J. Mater. Sci.， 2022， 57（12）， 6536—6572
10	Huangfu Y.， Li S.， Deng L.， Zhang J.， Huang P.， Feng Z.， Kong D.， Wang W.， Dong A.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2021， 13（50）， 59695—59707
11	Wang W.， Jia B.， Xu H.， Li Z.， Qiao L.， Zhao Y.， Huang H.， Zhao X.， Guo B.， Chem. Eng. J， 2023， 468， 143362
12	Yuan Y.， Shen S.， Fan D.， Biomaterials， 2021， 276， 120838
13	Sun X.， Ding C.， Qin M.， Li J.， Small， 2024， 20（11）， 2306960
14	Wang Z.， Du B.， Gao X.， Huang Y.， Li M.， Yu Z.， Li J.， Shi X.， Deng Y.， Liang K.， Nano Today， 2022， 46， 101595
15	Chen J.， Liu Y.， Cheng G.， Guo J.， Du S.， Qiu J.， Wang C.， Li C.， Yang X.， Chen T.， Small， 2022， 18（27）， 2201300
16	Chua M. H.， Chin K. L. O.， Loh X. J.， Zhu Q.， Xu J.， ACS Nano， 2023， 17（3）， 1845—1878
17	Zhu H.， Zheng J.， Oh X. Y.， Chan C. Y.， Low B. Q. L.， Tor J. Q.， Jiang W.， Ye E.， Loh X. J.， Li Z.， ACS Nano， 2023， 17（9）， 7953—7978
18	Lee C. H.， Song S. Y.， Chung Y. J.， Choi E. K.， Jang J.， Lee D. H.， Kim H. D.， Kim D. U.， Park C. B.， ACS Appl. Bio. Mater.， 2022， 5（2）， 761—770
19	Song W.， Wang X.， Nong S.， Wang M.， Kang S.， Wang F.， Xu L.， Adv. Funct. Mater.， 2024， 2402761
20	Ge J.， Jia Q.， Liu W.， Lan M.， Zhou B.， Guo L.， Zhou H.， Zhang H.， Wang Y.， Gu Y.， Meng X.， Wang P.， Adv. Healthc. Mater.， 2016， 5（6）， 665—675
21	Ge J.， Lan M.， Zhou B.， Liu W.， Guo L.， Wang H.， Jia Q.， Niu G.， Huang X.， Zhou H.， Meng X.， Wang P.， Lee C. S.， Zhang W.， Han X.， Nat. Commun.， 2014， 5， 4596
22	Chen T.， Yao T.， Peng H.， Whittaker A. K.， Li Y.， Zhu S.， Wang Z.， Adv. Funct. Mater.， 2021， 31（45）， 2106079
23	Liu M.， Huang L.， Xu X.， Wei X.， Yang X.， Li X.， Wang B.， Xu Y.， Li L.， Yang Z.， ACS Nano， 2022， 16（6）， 9479—9497
24	Mou C.， Wang X.， Teng J.， Xie Z.， Zheng M.， J. Nanobiotechnology， 2022， 20（1）， 368
25	Ge J.， Jia Q.， Liu W.， Guo L.， Liu Q.， Lan M.， Zhang H.， Meng X.， Wang P.， Adv. Mater.， 2015， 27（28）， 4169—4177
26	Cheng W.， Zeng X.， Chen H.， Li Z.， Zeng W.， Mei L.， Zhao Y.， ACS Nano， 2019， 13， 8537
27	Ge J.， Lan M.， Liu W.， Jia Q.， Guo L.， Zhou B.， Meng X.， Niu G.， Wang P.， Sci. China Mater.， 2016， 59（1）， 12—19
28	Hu J.， Wei T.， Zhao H.， Chen M.， Tan Y.， Ji Z.， Jin Q.， Shen J.， Han Y.， Yang N.， Chen L.， Xiao Z.， Zhang H.， Liu Z.， Chen Q.， Matter， 2021， 4（9）， 2985—3000
29	Dharmasiri M. B.， Mudiyanselage T. K.， Polym. Bull.， 2021， 78， 3183—3198
30	Xiao L.， Feng M.， Chen C.， Xiao Q.， Cui Y.， Zhang Y.， Adv. Mater.， 2023， 2304982
31	Wang Y.， Chen P.， Liu W.， Wei X.， Zhang J.， Wei X.， Liu Y.， Rao L.， Zhang S.， Yu J.， Ye X.， Wang J.， Gu Z.， Nano Today， 2023， 51， 101937
32	Sun J.， Jia W.， Qi H.， Huo J.， Liao X.， Xu Y.， Wang J.， Sun Z.， Liu Y.， Liu J.， Zhen M.， Wang C.， Bai C.， Adv. Mater.， 2024， 2312440
33	Shou Y.， Le Z.， Cheng H. S.， Liu Q.， Ng Y. Z.， Becker D. L.， Li X.， Liu L.， Xue C.， Yeo N. J. Y.， Tan R.， Low J.， Kumar A. R. K.， Wu K. Z.， Li H.， Cheung C.， Lim C. T.， Tan N. S.， Chen Y.， Liu Z.， Tay A.， Adv. Mater.， 2023， 35（47）， 2304638

[1]	CHEN Qidan, CHEN Guanji, YOU Shanmei, ZANG Xinyao, YANG Bai. Preparation of Broad-spectrum UV Protection Carbon Dots for the Application of Sunscreen Absorber [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240313.
[2]	LIU Yingqi, WANG Yemei, JIANG Kai, ZHENG Fenfen, ZHU Junjie. Colorimetric and Fluorescence Determination of Glucose Based on Cell-derived Fluorescent Carbon Dots [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240386.
[3]	WANG Xin, WANG Yu, MU Fumao, YAN Lingpeng, WANG Zhenguo, YANG Yongzhen. Applications and Prospects of Carbon Dots in Interface Engineering of Organic Solar Cells [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240416.
[4]	LI Dan, HU Honghui, HOU Hongshuai, ZHANG Sheng, LIU Lijie, JING Mingjun, WU Tianjing. Sodium Storage Performance of Mixed-phase Sodium Titanate Tuned by Carbon Dots [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240356.
[5]	LIU Jinkun, RAN Zhun, LIU Qingqing, LIU Yingliang, ZHUANG Jianle, HU Chaofan. Preparation of Carbon Dot-based Multicolor Room-temperature Phosphorescent Materials via Precursor Structure Regulation Strategies [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240412.
[6]	PANG E, TANG Yuanyu, ZHAO Shaojing, CHENG Qiang, WANG Chen, CHEN Jianmin, LAN Minhuan. Hypoxia Activated Chemotherapy Drug AQ4N and Carbon Dots Self-assembly for Chemotherapy Combined with Sonodynamic Therapy of Tumors [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240489.
[7]	LIU Yize, LI Pengfei, SUN Zaicheng. Correlation Between the Photoluminescene Mechanism and Structure of Carbon Dots [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20250103.
[8]	YANG Chunyuan, CHEN Hao, ZHANG Pan, LI Fucheng, YUAN Weixiong, GUO Jiazhuang, WANG Caifeng, CHEN Su. Synthesis， Fluorescence Mechanism and Patterning of Green-emissive Carbon Dots [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20250093.
[9]	NI Jiawen, HUANG Zunhui, SONG Tianbing, MA Qianli, HE Tianle, ZHANG Xirong, XIONG Huanming. Ordered Lithium Deposition on Lithium Metal Anode Controlled by Boron-doped Carbon Dots from Solid-state Synthesis [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240185.
[10]	LI Yan, CAI Hao, BI Hong. Antioxidative Carbon Dots Improving Acute Liver Injury Induced by Acetaminophen [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240130.
[11]	LIU Yupeng, YANG Junxiang, HAO Yiming, QU Songnan. Recent Advances in Carbon Dots with Near-infrared Absorption/Emission [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240070.
[12]	PAN Zhuohan, AI Lin, LU Siyu. Research Progress on the Mechanism， Synthesis and Application of Solid-state Luminescent Carbon Dots [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20250081.
[13]	GUO Dan, HUANG Genghong, BAI Huijie, WANG Yaling, CAO Guangqun, LIU Bin, HU Shengliang. Preparation and Applications of CO₂-Derived Red-emissive Carbon Dots with a High Quantum Yield [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20250091.
[14]	XUE Xiaokuang, LI Jian, LIANG Huanyi, WANG Yiying, GE Jiechao. Red-emissive Mitochondria-targeting Iron-doped Carbon Dots for Tumor Therapy via Peroxidase-mimicking Activity-induced Ferroptosis [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20250094.
[15]	LI Fengshi, JIANG Kai, TONG Xinyuan, WU Yongjian, LIN Hengwei. Regulating Trap Density and Energy Levels Through Boron Doping to Achieve Duration-tunable Afterglow from Carbon Dots for Dynamic Information Encryption [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(6): 20240545.