一文读懂 APR 纳米技术：比色 / 荧光 / SERS / 气压四维度发力，破解细菌感染诊疗难题

沙门氏菌作为常见食源性革兰氏阴性致病菌，每年引发大量肠道感染、败血症等疾病，尤其威胁免疫力低下人群健康。传统检测手段如平板培养、PCR 等多为单信号输出，存在灵敏度低、抗干扰能力弱等问题；而常规抗菌策略如广谱抗生素、高温灭菌等，易破坏生态环境或损伤正常细胞，且难以实时监测治疗效果。此次研发的 APR 平台，通过巧妙设计将检测与治疗功能集成，有效弥补了这些短板。

APR 平台的核心优势在于其 “响应 - 反馈 - 杀菌” 的闭环机制。该平台由三部分构成：金纳米颗粒（AuNPs）作为信号载体，具备良好的表面等离激元共振特性；ALP 响应肽（CF₄KYᵖ）通过金 - 硫键连接 AuNPs，可被细菌分泌的碱性磷酸酶（ALP）特异性切割；罗丹明 123（Rh 123）则通过静电作用吸附于肽表面，作为荧光与 SERS 信号源。在无细菌环境中，APR 溶液呈酒红色，Rh 123 的绿色荧光因 AuNPs 的荧光共振能量转移（FRET）效应被淬灭，SERS 信号增强，且无法催化过氧化氢（H₂O₂）分解产氧。

图 1：示意 APR 的合成、酶响应聚集过程，及通过四模态检测并杀灭沙门氏菌的机制。

 当遭遇沙门氏菌时，细菌释放的 ALP 会触发 APR 在细菌膜表面原位聚集：一方面，肽链去磷酸化导致疏水性增强，AuNPs 团聚使溶液从酒红色变为无色，Rh 123 脱离后荧光恢复，SERS 信号减弱，通过这三种光学信号可实现细菌的定性与定量检测；另一方面，APR 聚集产生的机械应力会破坏细菌膜完整性，导致胞内物质泄漏，同时释放的内源性过氧化氢酶（CAT）能催化 H₂O₂分解产生氧气，通过气压变化实现第四种检测模态，形成 “光学 - 气压” 的多维度验证，大幅降低假阳性与假阴性风险。

图 2：用 TEM、光谱、电位等数据，验证 AuNPs、AuNPs - 肽、APR 的成功制备。

 在杀菌机制上，APR 平台突破了传统化学抗菌的局限。除物理破坏细菌膜外，平台还能诱导细菌产生大量活性氧（ROS），尤其是羟基自由基与单线态氧，进一步加速细菌死亡。实验数据显示，APR 对沙门氏菌的最小抑菌浓度（MIC）低至 4.78 μg/mL，在自来水、人工唾液、人工尿液等实际样本中，细菌回收率达 93.17%-103.00%，相对标准偏差（RSD）均低于 3.44%，且处理后细菌存活率可降至 2.49% 以下。

图 3：通过光谱与线性关系，证明 APR 对 ALP 的选择性识别与灵敏响应。

更值得关注的是，APR 平台展现出优异的生物相容性。体外实验表明，即使在 200 μg/mL 的高浓度下，APR 对人皮肤成纤维细胞（HFF）和小鼠单核巨噬细胞白血病细胞（RAW 264.7）的存活率仍保持在 91% 以上，红细胞溶血率低于 5%；体内实验中，感染沙门氏菌的小鼠经 APR 处理后，伤口愈合速度显著加快，12 天内抗菌效率达 98.10%，且心、肝、脾、肺、肾等主要器官未出现炎症或毒性损伤，血液指标维持正常范围。

图 4：呈现小鼠伤口模型治疗流程与结果，验证 APR 体内抗菌及促愈合效果。

该研究团队表示，APR 平台的设计思路可拓展至其他致病菌检测，未来有望通过调整响应肽的特异性，实现对大肠杆菌、肺炎克雷伯菌等多种革兰氏阴性菌的精准识别。此外，平台无需大型精密仪器，部分检测结果可通过肉眼观察（如颜色、荧光变化），在基层医疗、食品安全快速筛查等场景中具有广阔应用前景。这项成果不仅为多模态生物传感技术提供了新范式，也为解决全球抗生素耐药性问题提供了切实可行的替代方案。

参考文献：Chai X, Lei C, Liu H, et al. Colorimetric/Fluorescent/SERS/Gas Pressure Four-Modal Sensing and Killing of Bacteria via Enzyme-Responsive Aggregation of Nanoparticles[J]. Analytical Chemistry, 2025.