细菌感染一直是全球性的严重公共卫生问题。在创伤复苏单元中，实时微生物监测对于感染控制至关重要，它在伤口处理临床实践中发挥着重要作用，包括伤口感染的识别、评估、诊断和局部抗菌治疗。传统的伤口处理方法往往依赖于抗生素，但抗生素的过度使用会导致耐药菌株的出现，使得开发一种快速检测和原位靶向灭菌的有效策略变得尤为重要。近年来，纳米材料作为一种新型抗菌剂受到了广泛关注。其中，光热疗法（PTT）和光动力疗法（PDT）因其能够有效促进皮肤伤口修复而备受关注。PTT通过将光能转化为热能来增加材料表面温度，导致细胞膜破裂和蛋白质失活；PDT则通过产生活性氧（ROS）来破坏生物体内的氧化平衡，造成损伤。因此，将等离子体纳米颗粒负载在半导体纳米材料表面，有望实现PTT和PDT的联合效应，显著提高治疗效果。

镍氧化物（NiO）作为一种优秀的空穴型半导体纳米材料，具有高导电性、良好的开关速度和稳定的氧化还原动力学等特性。金纳米颗粒（AuNPs）因其优异的局域表面等离子体共振效应（LSPR）而被广泛应用于光热灭菌或感染治疗领域。因此，将AuNPs引入NiO表面，可以扩展Au-NiO纳米材料的光催化活性至可见光和近红外区域，实现光富集效应，加速光生电子和空穴的分离，从而获得良好的光热效应和光催化性能。然而，目前关于Au-NiO纳米材料在细菌感染治疗中的应用报道较少。此外，原位灭菌的前提是实现病原体的原位检测。在临床实践中，对细菌进行鉴别诊断可以为患者的进一步治疗提供指导。现有的大多数检测策略采用随机抽样方法，不仅不够全面，而且耗时。常用的预防或治疗伤口感染的临床策略是使用多种或高剂量的抗生素，但抗生素的过度使用不可避免地会导致新的耐药菌株的出现。鉴于细菌耐药性的快速发展以及开发新抗生素的困难，建立一种非抗生素依赖的无损检测和原位灭菌平台在感染治疗中具有重要意义。

方案1. Au-NiO NSs在双模抗菌和成像中的应用示意图。

研究内容

图1. NiO NSs和Au-NiO NSs的形貌和结构表征

Au-NiO NSs的制备与表征：通过水热法和激光辅助合成方法制备了负载金纳米颗粒的镍氧化物纳米片（Au-NiO NSs）。透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）观察到Au-NiO NSs具有二维结构，平均尺寸为300-500 nm，Au纳米颗粒的平均粒径约为10 nm。X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）进一步证实了Au的成功负载。拉曼光谱显示Au-NiO NSs的晶格缺陷增加，这可能有助于提高其催化活性。

图2. Au-NiO NSs的功能化与表征

Au-NiO NSs的功能化与表征：通过紫外-可见光谱（UV-Vis）和动态光散射（DLS）研究了NiO纳米片在修饰过程中的稳定性和光吸收能力。结果表明，Au的负载和配体修饰有助于维持复合材料的分散性。通过荧光光谱（PL）验证了Au-NiO NSs作为生物探针的概念，发现其对金黄色葡萄球菌（S. aureus）和铜绿假单胞菌（P. aeruginosa）具有良好的选择性。

图3. Au-NiO NSs的原位检测及杀菌性能

Au-NiO NSs的原位检测和灭活能力：研究了Au-NiO NSs对S. aureus和P. aeruginosa的原位检测和灭活性能。结果表明，Au-NiO NSs对这两种细菌的检测限分别为145.6 cfu/mL和157.7 cfu/mL，灭活率均超过99%。此外，Au-NiO NSs在模拟阳光下展现出良好的光热转换性能和光催化活性，能够有效产生活性氧（ROS），从而实现PTT和PDT的联合抗菌效果。

图4. Au-NiO NSs的抗菌机制及治疗

抗菌机制和治疗效果：通过有限元模拟（FEM）和密度泛函理论（DFT）计算，揭示了Au-NiO界面的电荷转移和能量共振机制。Au-NiO NSs在光照射下能够有效地将光能转化为热能，并产生活性氧，从而实现高效的抗菌效果。此外，Au-NiO NSs在细胞实验中表现出低细胞毒性，并且与水凝胶结合制备的纳米复合敷料能够有效监测和杀灭皮肤伤口中的病原体。

本研究开发的Au-NiO NSs作为一种新型的荧光纳米探针，能够快速检测和靶向细菌，并在阳光下实现PTT和PDT的联合抗菌效果。该材料具有低细胞毒性，并且与水凝胶结合后能够有效应用于皮肤伤口的治疗。Au-NiO NSs集成了细菌的靶向、成像和灭活能力，为皮肤伤口感染的精准治疗提供了新的思路。未来的研究将集中在检测和灭活其他细菌，并添加小鼠模型进行体内验证，以促进临床研究和大规模应用。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.117034