医工交叉新作｜Nature Communications | 用于安全高效光保护的小分子水凝

该研究以题为“All-small-molecule Hydrogels for Safe and Efficient Photoprotection”发表在Nature Communications上。

       长期暴露于紫外线（UV）辐射可能导致晒伤、皮肤老化和皮肤癌。传统防晒霜通常结合有机紫外线过滤剂和无机颗粒以提供光保护，但人们仍对其皮肤渗透性、全身效应和活性氧物质生成存在担忧。受植物天然光保护机制的启发，我们通过简便的一锅法自组装过程，基于天然多酚开发了一系列全小分子防晒水凝胶。所得水凝胶具有高效的紫外线屏蔽作用、高防晒指数、强生物粘附性、抗氧化和抗菌活性、高可见光透过率以及低皮肤渗透倾向。这些水凝胶还表现出良好的环境稳定性和在小鼠及巴马微型猪中的有效光保护作用。本研究凸显了仿生全小分子自组装在高效安全光保护方面的潜力。

图1

一个受生物启发的示意图，展示了植物紫外线防护策略的演变以及基于天然多酚的全小分子防护水凝胶系统的设计理念。b图是BA-TOB水凝胶的相图。c图是水凝胶在不同温度下的动态储能模量和损耗模量。d图和e图分别是水凝胶在25 °C和37 °C下的时间依赖性储能模量和损耗模量。f图是水凝胶的剪切变稀行为。g图通过连续阶跃应变测量测试的触变性。h图是水凝胶、TOB和BA的XPS全谱。i图是水凝胶、TOB和BA的高分辨率C 1 s谱。j图是BA、TOB和稀释水凝胶的紫外-可见吸收光谱。k图是各种天然多酚的化学结构，l图是氨基糖苷的化学结构。m图是不同多酚制备的水凝胶在各种溶液中的降解统计数据。a图中包含BioRender创建的元素。Li, H. (2026) https://BioRender.com/5xqsql5。源数据作为源数据文件提供。

图2

a 光学照片展示了空白玻璃与添加相同质量水凝胶/市售防晒霜的玻璃的透明度对比。b 水凝胶和市售防晒霜（CS）的紫外-可见透射光谱及其对应的SPF值。c 演示水凝胶在人体皮肤重复弯曲运动中具有保形附着性的照片。d 不同材料保护下的罗丹明B溶液的光降解曲线。e 水凝胶处理后细胞活力的MTT法检测结果。f 细胞紫外防护测试的实验装置示意图。g HaCaT细胞经不同材料保护后的活/死染色统计结果和荧光信号。NC：无紫外照射对照组；PC：紫外照射阳性对照组。h HaCaT细胞经紫外照射后细胞内活性氧（ROS）水平的定量分析。i 不同材料对线粒体膜去极化的影响。j 基于DCFH-DA染色的细胞内ROS水平流式细胞术分析。k 基于JC−1染色的线粒体膜电位流式细胞术分析。对于c，n = 3个生物学独立样本。对于e，n = 3个生物学独立样本。对于f，n = 3个生物学独立样本。对于h，n = 4个生物学独立样本。数据以平均值±标准差（SD）表示。g中的部分元素由BioRender创建。Li, H. (2026) https://BioRender.com/e90igsa。原始数据作为源数据文件提供。

图3

a 水洗（W）或湿毛巾擦拭（T）后水凝胶保留行为的示意图。b 水凝胶和市售防晒霜（CS）经不同处理后的保留情况代表性照片及c定量分析。d 从皮肤上干净无残留去除水凝胶的照片。e 水凝胶和市售防晒霜经Cy5标记后附着于小鼠皮肤4小时的荧光显微镜图像。f 小鼠防晒机制示意图。g 经紫外线照射后小鼠表皮厚度及h角蛋白浓度的定量分析。i 皮肤镜观察，j各实验组的H&E染色和k Masson染色。NC：无紫外线照射对照组；PC：紫外线照射阳性对照组。对于g、h，n=5只生物学独立动物。数据以均值±标准差表示。统计学意义通过双侧单因素方差分析评估。具体P值如下：对于g，PC与Gel比较，P=4.72×10-9；CS与Gel比较，P=6.29×10-11；对于h，PC与Gel比较，P=1.78×10-8；CS与Gel比较，P=1.26×10-5。显著性水平：P<0.05（*），P<0.01（**）和P<0.001（***）。a、f包含BioRender创建的元素。Li, H. (2026) https://BioRender.com/p0p34sr。原始数据作为源数据文件提供。

图4

a 水凝胶与其他防晒材料在SPF值、抗菌性、抗氧化性、附着力、制备步骤数量及皮肤渗透率方面的比较。b 不同防晒系统SPF值的比较，突出全小分子水凝胶相对于其他类别的性能。c 巴马微型猪防晒机制的示意图。d 苏木精-伊红染色，e 马松染色，f 铁氰化钾染色和g γ-H2AX染色各组结果。h 测量表皮厚度，i 角蛋白含量定量分析，j 黑色素水平和k 紫外线照射后巴马微型猪的DNA损伤。NC：无紫外线照射对照组；PC：紫外线照射阳性对照组；CS：市售防晒霜。对于h、i、j和k，n = 3个生物学独立样本。数据以均值±标准差表示。使用双侧单因素方差分析评估统计学意义。具体P值如下：h中，PC与Gel比较，P = 0.0079；CS与Gel比较，P = 0.0134；i中，PC与Gel比较，P = 0.0012；CS与Gel比较，P = 0.0579；j中，PC与Gel比较，P = 0.0002；CS与Gel比较，P = 0.0139；k中，PC与Gel比较，P = 0.0007；CS与Gel比较，P = 0.0553。显著性水平：P < 0.05（*），P < 0.01（**）和P < 0.001（***）。c图包含BioRender创建的元素。Li, H. (2026) https://BioRender.com/pu54ghy。源数据作为源数据文件提供。

参考信息

Pub Date : 2026-08-08,

DOI: 10.1038/s41467-026-75884-y

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