隐形细菌图案能隐藏信息，直至被特定生化信号触发才显现

研究人员采用光动力疗法，利用特殊设计的纳米粒子选择性杀灭光照区域的细菌，未暴露区域细菌则存活形成高分辨率生化响应图案。

细菌通常不被视为可靠的信息载体——它们会分裂、移动、死亡并对环境做出不可预测的反应，这些特性似乎与稳定数据存储的需求背道而驰。

然而，正是这些特性使得细菌图案在未知正确菌株和化学触发物的情况下难以复制。随时间演变或仅对特定生化信号响应的活体密码，能提供常规材料无法实现的安全保障。

虽然细菌加密的概念已获关注，但实际应用仍属罕见。早期尝试多依赖基因工程细菌显示可见信号，其应用受限于特殊改造菌株。

先进纳米粒子实现细菌图案的精确调控

《先进功能材料》近期研究通过多级编码平台突破了这些限制。据报道，研究人员采用光动力疗法，利用特殊设计的纳米粒子杀灭光照区域细菌，使未暴露区域细菌存活形成高分辨率生化响应图案。

细菌图案在正确化学触发物出现前保持隐藏状态。该系统采用由四部分构成的光动力纳米粒子：光激活细胞杀伤分子MeO-TSP；增强效果的月桂酸与硬脂酸混合物；以及形成保护壳的聚乙烯醇和聚烯丙基胺盐酸盐两种聚合物。

脂肪酸基质使光激活分子聚集，在白光下提升其活性氧产量。模型显示这种聚集使分子扭转，实现活性氧生成所需的高效量子跃迁。带正电的聚合物外壳吸引带负电的细菌，使纳米粒子足够接近细菌膜，通过活性氧有效破坏膜结构并增强抗菌活性。

建立抗菌系统后，研究人员制备出精密细菌图案。他们将纳米粒子包裹的细菌铺展在混合纤维素酯膜上，通过光掩膜进行光照。光照区域的细菌被活性氧杀灭，而掩膜遮挡区域的细菌则存活。

活体细菌密码实现前所未有的精确复现

该方法产生的活体图案与光掩膜设计完全吻合，分辨率高达15.99微米，超越多数现有技术。与传统琼脂培养基不同，该薄膜支持生物膜在不同培养基间转移，且图案保持完整。

该系统的优势源于细菌代谢的差异性。不同菌种具有独特的酶和生化途径，能对特定显色底物产生响应从而揭示隐藏图案。耐甲氧西林金黄色葡萄球菌可将亚碲酸盐转化为黑色菌落，大肠杆菌则通过β-半乳糖苷酶处理X-Gal形成青色沉积物。活菌经Hoechst 33342染色呈蓝色，死菌经碘化丙啶染色发出红色荧光。

这些响应特性使创建高级编码成为可能，包括一维莫尔斯电码图案和二维二维码。某些编码使用一种底物显示虚假信息，使用另一种底物才揭示真实内容。研究团队甚至开发出拼图式二维码，需经组装和生化激活才能解码。

这项首创的光动力细菌编码技术，通过空间调控与代谢差异构建出活体信息存储与防伪系统。作为概念验证的耐甲氧西林金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，未来可替换为安全的实验室菌株。

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