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光動(dòng)力療法(PDT)利用光激發(fā)光敏劑產(chǎn)生的活性氧(ROS)來實(shí)現(xiàn)疾病的診斷和治療，已成為治療各種細(xì)菌相關(guān)感染的臨床策略。然而，PDT對(duì)外部光源的需求嚴(yán)重限制了其在深部組織病變?cè)\斷和治療中的實(shí)際應(yīng)用?！豆饪茖W(xué)與應(yīng)用》雜志報(bào)道的化學(xué)發(fā)光碳納米點(diǎn)(CD)動(dòng)態(tài)引導(dǎo)抗菌療法解決了這個(gè)問題。

CL作為一種由化學(xué)反應(yīng)引發(fā)的發(fā)光，作為一種自發(fā)光光源，可在關(guān)節(jié)炎、腹膜炎、腫瘤等多種炎癥相關(guān)疾病中實(shí)現(xiàn)PDT，引起了人們的廣泛關(guān)注。因此，研究團(tuán)隊(duì)鄭州大學(xué)物理與微電子學(xué)院河南省金剛石光電材料與器件重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、材料物理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室單崇新教授帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)制備了化學(xué)發(fā)光CD，并進(jìn)一步設(shè)計(jì)了CL-動(dòng)態(tài)/引導(dǎo)抗菌(CDGA)。自發(fā)光CDGA在早期檢測(cè)細(xì)菌毒素引起的傷口感染和內(nèi)部炎癥方面表現(xiàn)出優(yōu)異的體內(nèi)成像質(zhì)量，抑菌率為96.94% ~ 99。

憑借持久余輝和近紅外 (NIR) 發(fā)射深度穿透的優(yōu)點(diǎn)，CDGA 可用作炎癥相關(guān) ROS 體內(nèi) CL 圖像的可激活顯像劑。如圖 1a 所示，CDGA 和 H 2 O 2的混合水溶液說明了實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中不同的 CL 發(fā)射強(qiáng)度，使 CDGA 能夠描述 H 2 O 2的分布。而通過 NIR CL 發(fā)射和 CL 分布的 CL 圖，體內(nèi) CL 成像可用于研究不同炎癥部位的 ROS 水平和分布。在此，利用細(xì)菌外毒素Zymosan A (ZA)建立細(xì)菌炎癥模型的兩個(gè)后部，以誘導(dǎo)炎癥并進(jìn)一步產(chǎn)生過量的H 2 O 2。如圖1b所示，通過直接用ZA處理小鼠傷口來模擬傷口細(xì)菌感染，建立表皮傷口模型。在模型中，噴灑CDGA水溶液后，有傷口的皮膚比普通皮膚能發(fā)出更強(qiáng)烈的CL發(fā)射(圖1c)，證實(shí)了ZA誘導(dǎo)的炎癥的存在。同時(shí)，傷口中的CL發(fā)射分布可以針對(duì)可能的細(xì)菌感染呈現(xiàn)不同嚴(yán)重程度的癥狀。此外，CDGA在深部炎癥的體內(nèi)CL生物成像中也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。通過腹腔注射ZA模擬腹內(nèi)細(xì)菌感染建立炎癥小鼠模型。24小時(shí)后，隨后在注射 CDGA 后捕獲小鼠模型的深層穿透性炎癥生物圖像。如圖 1d 所示，與對(duì)照組相比，用 ZA 處理的小鼠腹內(nèi)部位表現(xiàn)出更高的 CL 信號(hào)。ZA 處理的具有深層腹部組織的小鼠的 CL 診斷信號(hào)幾乎比對(duì)照小鼠高 2.5 倍。此外，用抗氧化劑谷胱甘肽(GSH)治療腹部深部組織感染的小鼠后，ZA/GSH治療小鼠的CL信號(hào)顯示出40%的減少(圖1e)。作為炎癥到正常的對(duì)比信號(hào)，增強(qiáng)到降低的 CL 強(qiáng)度可以有效監(jiān)測(cè)活體動(dòng)物細(xì)菌感染的變化。這些研究表明 CDGA 可用作活體炎癥反應(yīng)顯像劑，

正如之前的報(bào)告， 1 O 2、?OH 和?O 2的產(chǎn)生- 來自光化學(xué)反應(yīng)可對(duì)細(xì)菌膜造成有效的氧化損傷。在細(xì)菌感染部位，高表達(dá)H2O2的炎癥微環(huán)境可以觸發(fā)CDGA的CL發(fā)射，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)自發(fā)光PDT，這意味著它們作為抗菌納米藥物的潛在應(yīng)用。在這項(xiàng)工作中，首先研究了在黑暗條件下用 CDGA 處理的大腸桿菌的扁平計(jì)數(shù)圖像。如圖 2a 所示，CDGA 對(duì)大腸桿菌的抑菌率為 98.76%。在此條件下，直觀地進(jìn)一步研究了 CDGA 的抗菌活性。如圖2b和2c所示，通過LIVE/DEAD染色和掃描電子顯微鏡(SEM)觀察CDGA處理前后大腸桿菌的活力和形態(tài)。在SYTO 9和PI染色細(xì)菌的共焦激光掃描顯微鏡(CLSM)圖像中，未經(jīng)CDGA處理的對(duì)照組表現(xiàn)出綠色熒光，與正常活細(xì)菌相對(duì)應(yīng)。然而，用CDGA處理的實(shí)驗(yàn)組顯示出明亮的紅色熒光，表明CDGA誘導(dǎo)細(xì)菌死亡。同時(shí)，SEM圖像表現(xiàn)出明顯的形態(tài)變化。在這些大腸桿菌中，對(duì)照組表現(xiàn)出球形和桿狀，具有有光澤且未受損的膜，而與CDGA一起孵育的細(xì)菌表現(xiàn)出部分起皺和細(xì)菌膜破裂。膜的改變表明基于 ROS 的 PDT 引起細(xì)菌膜的損傷，這與 CDGA 的預(yù)期抗菌機(jī)制一致。

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