研究人員采用光動力療法，利用特殊設(shè)計的納米粒子選擇性殺滅光照區(qū)域的細(xì)菌，未暴露區(qū)域細(xì)菌則存活形成高分辨率生化響應(yīng)圖案。

細(xì)菌通常不被視為可靠的信息載體——它們會分裂、移動、死亡并對環(huán)境做出不可預(yù)測的反應(yīng)，這些特性似乎與穩(wěn)定數(shù)據(jù)存儲的需求背道而馳。

然而，正是這些特性使得細(xì)菌圖案在未知正確菌株和化學(xué)觸發(fā)物的情況下難以復(fù)制。隨時間演變或僅對特定生化信號響應(yīng)的活體密碼，能提供常規(guī)材料無法實現(xiàn)的安全保障。

雖然細(xì)菌加密的概念已獲關(guān)注，但實際應(yīng)用仍屬罕見。早期嘗試多依賴基因工程細(xì)菌顯示可見信號，其應(yīng)用受限于特殊改造菌株。

先進納米粒子實現(xiàn)細(xì)菌圖案的精確調(diào)控

《先進功能材料》近期研究通過多級編碼平臺突破了這些限制。據(jù)報道，研究人員采用光動力療法，利用特殊設(shè)計的納米粒子殺滅光照區(qū)域細(xì)菌，使未暴露區(qū)域細(xì)菌存活形成高分辨率生化響應(yīng)圖案。

細(xì)菌圖案在正確化學(xué)觸發(fā)物出現(xiàn)前保持隱藏狀態(tài)。該系統(tǒng)采用由四部分構(gòu)成的光動力納米粒子：光激活細(xì)胞殺傷分子MeO-TSP；增強效果的月桂酸與硬脂酸混合物；以及形成保護殼的聚乙烯醇和聚烯丙基胺鹽酸鹽兩種聚合物。

脂肪酸基質(zhì)使光激活分子聚集，在白光下提升其活性氧產(chǎn)量。模型顯示這種聚集使分子扭轉(zhuǎn)，實現(xiàn)活性氧生成所需的高效量子躍遷。帶正電的聚合物外殼吸引帶負(fù)電的細(xì)菌，使納米粒子足夠接近細(xì)菌膜，通過活性氧有效破壞膜結(jié)構(gòu)并增強抗菌活性。

建立抗菌系統(tǒng)后，研究人員制備出精密細(xì)菌圖案。他們將納米粒子包裹的細(xì)菌鋪展在混合纖維素酯膜上，通過光掩膜進行光照。光照區(qū)域的細(xì)菌被活性氧殺滅，而掩膜遮擋區(qū)域的細(xì)菌則存活。

活體細(xì)菌密碼實現(xiàn)前所未有的精確復(fù)現(xiàn)

該方法產(chǎn)生的活體圖案與光掩膜設(shè)計完全吻合，分辨率高達15.99微米，超越多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)。與傳統(tǒng)瓊脂培養(yǎng)基不同，該薄膜支持生物膜在不同培養(yǎng)基間轉(zhuǎn)移，且圖案保持完整。

該系統(tǒng)的優(yōu)勢源于細(xì)菌代謝的差異性。不同菌種具有獨特的酶和生化途徑，能對特定顯色底物產(chǎn)生響應(yīng)從而揭示隱藏圖案。耐甲氧西林金黃色葡萄球菌可將亞碲酸鹽轉(zhuǎn)化為黑色菌落，大腸桿菌則通過β-半乳糖苷酶處理X-Gal形成青色沉積物?；罹?jīng)Hoechst 33342染色呈藍色，死菌經(jīng)碘化丙啶染色發(fā)出紅色熒光。

這些響應(yīng)特性使創(chuàng)建高級編碼成為可能，包括一維莫爾斯電碼圖案和二維二維碼。某些編碼使用一種底物顯示虛假信息，使用另一種底物才揭示真實內(nèi)容。研究團隊甚至開發(fā)出拼圖式二維碼，需經(jīng)組裝和生化激活才能解碼。

這項首創(chuàng)的光動力細(xì)菌編碼技術(shù)，通過空間調(diào)控與代謝差異構(gòu)建出活體信息存儲與防偽系統(tǒng)。作為概念驗證的耐甲氧西林金黃色葡萄球菌和大腸桿菌，未來可替換為安全的實驗室菌株。

如果朋友們喜歡，敬請關(guān)注“知新了了”！