武漢科技大學王玉華教授團隊: 基于MXene的糖尿病預防和治療功能平臺

基于MXene的糖尿病預防和治療功能平臺

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

研究背景

糖尿病患病率持續上升且呈年輕化趨勢，已成為嚴重威脅人類健康的重要慢性疾病。盡管近年來血糖監測、藥物治療和并發癥干預等手段不斷進步，但糖尿病在早期預警、連續無創監測、慢性創面修復以及腎病等并發癥管理方面仍面臨諸多挑戰。在這一背景下，開發兼具高靈敏檢測、精準干預和良好生物相容性的新型功能材料，正成為糖尿病預防與治療領域的重要研究方向。

作為一類新興二維材料，MXene 兼具優異導電性、豐富表面官能團、大比表面積、良好光熱性能和可調界面化學等優勢，在糖尿病相關診療中展現出獨特潛力。現有研究表明，MXene 不僅可用于構建連續無創血糖監測平臺，還可通過抗菌、清除活性氧、促進血管生成等作用改善糖尿病創面修復，并在肌酐檢測、尿毒癥毒素清除等并發癥管理中顯示出良好應用前景。不過，現階段相關研究仍主要集中于體外實驗和小動物模型，其長期生物安全性、體內代謝與清除行為、復雜生理環境下的結構穩定性以及功能持久性，仍有待進一步系統評估。尤其是在富氧、富水的生理環境中，部分 MXene 材料可能發生氧化降解，進而影響其導電性、界面特性和長期使用穩定性，這也為其在慢性病長期管理中的應用提出了更高要求。與此同時，MXene 的臨床轉化還面臨制備工藝標準化不足、規模化生產一致性不強以及監管評價路徑尚不清晰等現實障礙。比如，傳統 HF 刻蝕路線可能帶來含氟終端基和雜質殘留問題，從而增加材料純度控制、批間差異評估和生物安全驗證的難度；未來，圍繞無氟綠色制備、關鍵理化參數界定、ISO 10993 等標準框架下的系統生物學評價，以及與納米材料監管要求相銜接的質量控制體系建設，將是推動 MXene 從實驗室走向臨床應用的重要前提。基于此，本文系統總結了 MXene 及其復合材料在糖尿病預防與治療中的研究進展，并進一步梳理了其在臨床轉化與監管層面面臨的關鍵問題。

成果介紹

武漢科技大學王玉華教授團隊等系統總結了MXene及其復合材料在糖尿病預防和治療中的最新研究進展。文章圍繞MXene高導電性、豐富表面官能團、優異光熱響應和良好生物相容性等優勢，重點梳理了其在連續無創血糖監測、糖尿病創面抗菌/清除活性氧/促血管生成修復，以及糖尿病腎病相關肌酐檢測、尿毒癥毒素清除和AGEs抑制等并發癥管理中的應用潛力與作用機制，并進一步分析了長期生物安全性、標準化制備、規模化生產和監管評價路徑等臨床轉化關鍵問題。該工作為MXene基糖尿病功能平臺的理性設計及后續臨床應用推進提供了系統參考。該成果以《MXene‐Based Functional Platforms for Diabetes Prevention and Treatment》為題發表在高水平期刊 Carbon Neutralization 上。

本文亮點

1、系統總結了MXene及其復合材料在糖尿病預防與治療中的最新進展，搭建起從監測到治療再到并發癥干預的整體研究脈絡。

2、聚焦MXene在連續無創血糖監測、糖尿病創面修復及并發癥管理中的多功能應用，展現其在生物醫學領域的獨特優勢。

3、面向實際應用，梳理了MXene在長期安全性、標準化制備、規模化生產和監管評價等方面面臨的臨床轉化關鍵挑戰。

本文要點

要點一

系統梳理MXene及其復合材料在糖尿病預防、治療及并發癥管理中的功能平臺構建思路，并闡明其重要性

圖1：糖尿病疾病負擔及相關研究發展趨勢示意圖。圖中展示了全球糖尿病人群分布、相關研究論文數量變化以及未來發病趨勢預測，說明糖尿病防治仍面臨長期挑戰。

圖2：基于MXene的糖尿病功能平臺示意圖：MXene支持無創血糖監測和多功能傷口愈合解決方案，有助于緩解糖尿病相關并發癥。

圖1，圖2中系統梳理了MXene在糖尿病預防與治療中的整體應用框架。從圖1可以看出，糖尿病患病負擔仍在持續加重，圍繞血糖檢測、創面修復和并發癥干預等方向的研究也在不斷增加；在此背景下，MXene憑借高導電性、豐富表面官能團、良好親水性、光熱性能和生物相容性等優勢，逐漸成為糖尿病功能平臺構建的重要候選材料。圖2則從無創血糖監測、創面修復到并發癥管理三個層面出發，概括了MXene在糖尿病診療中的平臺化應用潛力，突出了其在多場景協同干預中的綜合價值。

要點二

MXene憑借高導電性和可調表面化學，在連續無創血糖監測中展現出優異潛力，涵蓋酶型與非酶型傳感兩類路徑

圖3：MXene基酶型葡萄糖傳感器的設計與應用。

圖3展示了MXene通過與rGO、PANI等材料復合，構建三維多孔或柔性傳感結構，從而提高酶固定化效率、電子傳輸能力和葡萄糖檢測靈敏度，并進一步拓展到運動狀態下的可穿戴汗液血糖監測應用。

圖4：MXene基非酶型葡萄糖傳感器的設計與應用。

圖4匯總了Pt/MXene柔性傳感貼片及多種MXene復合非酶型傳感體系，說明MXene可通過與Pt、Cu2O、rGO、NiCo LDH等材料協同復合，改善界面電荷傳輸和電催化反應過程，從而實現更高靈敏度、更寬檢測范圍和更穩定的汗液葡萄糖檢測。

圖5：MXene基酶型與非酶型葡萄糖傳感器性能對比圖，展示了不同體系在檢測限、穩定性、響應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限、循環穩定性、響應范圍和靈敏度等關鍵性能指標上的對比情況，直觀反映了不同傳感體系在連續無創血糖監測中的性能差異。結合正文可以看出，MXene一方面可通過優異導電性促進電子傳輸、提升傳感響應效率，另一方面還可借助表面官能團和復合結構設計實現酶固定、抗干擾增強及檢測范圍拓展，因此在可穿戴、柔性、連續化血糖監測平臺中展現出較強應用前景。該圖也進一步說明了，MXene在酶型與非酶型兩類傳感路徑中都具備良好的材料適配性和性能優化空間。

要點三

在糖尿病創面修復中，MXene可通過抗菌、清除ROS、免疫調控及促血管生成等多機制協同加速傷口愈合

圖6：MXene基導電水凝膠在糖尿病創面修復中的構建與作用機制。

圖6a–e主要展示了PGMT導電水凝膠體系：其中圖6a-b為TA包覆Ti?C?及PGMT水凝膠的制備過程，圖6c-d說明該體系在電刺激作用下可增強ROS清除并促進細胞增殖，圖6e進一步表明其能夠加快糖尿病創面愈合。圖6f–h主要展示了PPMAg導電抗菌水凝膠體系。整體來看，該圖說明MXene可通過構建導電水凝膠平臺，在電刺激參與下協同促進糖尿病創面愈合。

圖7：MXene基微針體系促進糖尿病創面血管生成與修復。

圖7a–d主要展示了 MN-PGA-MXene-GOx 微針體系：其中圖7a為該微針的構建過程，圖7b–d則表明該體系能夠上調 CD31、VEGF 和 HIF-1α 等血管生成相關因子表達，說明其有助于改善創面微環境并促進血管新生。圖7e–g主要展示了 TM-MNs 微針體系。該圖說明MXene可通過微針遞送、光熱響應和促血管生成協同作用，加速糖尿病創面愈合。

圖8：用于糖尿病傷口愈合的MXene基復合材料的結構-特性-功能示意圖。

圖8展示了MXene基復合材料用于糖尿病創面修復的“結構—性能—功能”關系，較為全面地概括了其在改善糖尿病創面微環境中的作用機制。圖中表明，MXene不僅能夠依托其本征特性實現活性氧清除和抗菌抑炎，還可通過調控免疫微環境、促進巨噬細胞極化、增強血管生成和組織再生等途徑，協同提升創面修復效果。整體來看，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制協同干預發展的特點，也凸顯了其在構建智能傷口修復材料方面的優勢。

要點四

長期生物安全性、標準化制備、規模化生產、監管評價以及人工智能設計仍是MXene臨床轉化需要突破的關鍵問題

圖9：MXene在糖尿病監測、創面修復及并發癥管理中的研究進展與未來發展方向示意圖。

圖9展示了MXene在糖尿病監測、創面修復及并發癥管理中的研究演進與未來發展方向，不僅回顧了其在不同應用場景中的研究進展，也進一步歸納了未來臨床轉化所面臨的核心挑戰，其中包括材料長期生物安全性和大規模制備，面向患者分層需求的個體化設計，以及AI輔助MXene結構優化等，這些都是推動其從實驗室走向臨床應用的重要基礎。

本文小結

該工作系統總結了MXene及其復合材料在糖尿病預防與治療中的研究進展，從連續無創血糖監測、糖尿病創面修復到并發癥管理三個層面梳理了其功能平臺構建思路。研究表明，憑借高導電性、豐富表面官能團、優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定性、改善感染與氧化應激微環境、促進血管生成與組織修復，以及肌酐檢測、尿毒癥毒素清除和AGEs抑制等方面均展現出獨特優勢。與此同時，文章也指出，MXene在糖尿病相關應用中的臨床轉化仍處于早期階段，長期生物安全性、體內代謝與清除行為、材料氧化穩定性、標準化制備、規模化生產一致性及監管評價路徑等問題仍需進一步解決。該工作不僅為MXene基糖尿病功能平臺的理性設計提供了系統參考，也指出未來研究應重點關注以下方向：（1）加強長期毒理學、生物分布及降解行為研究，建立更完善的安全性評價體系；（2）推動無氟綠色制備、規模化穩定生產和質量控制體系建設，提升材料臨床轉化可行性；（3）結合臨床分層需求、人工智能輔助設計和規范化監管要求，加快MXene從實驗室研究走向真實醫學應用。

作者介紹

通訊作者

王玉華

王玉華現任武漢科技大學物理與力學學院教授。其主要研究方向為能源，環境及交叉材料的探索與開發。

期刊介紹

發 展 歷 程

2022年7月17日

期刊首刊發布儀式

2023年3月10日

期刊編委會在中國國際鈉離子電池前沿技術與產業發展論壇期間舉辦

2023年3月11日

高級編委聘任儀式在中國國際鈉離子電池前沿技術與產業發展論壇上舉行

2023年5月

被國際知名學術期刊數據庫DOAJ收錄

2024年3月10日

助力第二屆中國國際鈉離子電池前沿技術與產業發展論壇

2024年4月16日

被ESCI數據庫收錄

2024年9月20日

助力2024納米材料與器件創新發展大會

2024年11月16日

助力2024世界青年科學家峰會新能源技術論壇

2025年6月18日

獲得首個影響因子=12

2025年7月18日

被EI數據庫收錄

2025年8月16日

被Scopus數據庫收錄

2025年8月21日

助力2025全省特種電池材料與技術重點實驗室正式啟動

2025年11月26日

2026年3月24日

入選新銳分區（原中科院分區）

Carbon Neutralization（《碳中和研究》期刊）是溫州大學與Wiley共同出版的國際性跨學科開放獲取期刊，立志成為綜合性旗艦期刊。期刊于2022年創刊，名譽主編由澳大利亞新南威爾士大學Rose Amal院士擔任，主編由溫州大學校長趙敏教授和溫州大學碳中和技術創新研究院院長侴術雷教授擔任，編委會由來自11個國家和地區的28名國際知名專家學者組成，其中編委會19位編委入選2025年度全球“高被引科學家”。且期刊已被ESCI、Scopus、EI、CAS、DOAJ數據庫收錄，入選為中國科技期刊卓越行動計劃二期高起點新刊、新銳分區（原中科院分區），并于2025年獲得首個影響因子12。

Carbon Neutralization（《碳中和研究》期刊）重點關注碳利用、碳減排、清潔能源相關的基礎研究及實際應用，旨在邀請各個領域的專家學者發表高質量、前瞻性的重要著作，為促進各領域科學家之間的合作提供一個獨特的平臺。

一審 |

王玉華

二審 |

謝棉棉

三審 |

侴術雷

在線投稿

wiley.atyponrex.com/journal/CNL2

期刊編輯部

carbon-neutralization@wzu.edu.cn.

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