鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium）是一种常见的食源性病原体，主要通过污染的食物和水源传播，引发胃肠炎、败血症等严重健康问题，全球每年导致数百万人感染，尤其在资源有限地区造成重大疾病负担。其快速传播和潜在致命性凸显了早期诊断和干预的紧迫性。当前检测技术如酶联免疫吸附测定（ELISA）、聚合酶链反应（PCR）和侧向流免疫层析虽广泛应用，但存在操作复杂、耗时较长、设备昂贵或灵敏度不足等局限。例如，PCR需要专业仪器和技术人员，而传统荧光方法受生物组织自发荧光干扰，难以实现深组织实时成像。近红外荧光（NIR，700-900 nm）成像技术因其较低的组织吸收和散射，提供更高的穿透深度和信噪比，逐渐成为体内检测的理想选择。适配子（aptamer）作为单链DNA或RNA分子，通过指数富集系统进化（SELEX）技术筛选，对靶标具有高亲和力和特异性，已成功应用于病原体识别和生物传感。此外，金属-有机框架（MOFs）如ZIF-90，以其高比表面积、可调控孔径和表面醛基功能化能力，成为药物递送和传感的优良平台。然而，现有系统往往缺乏检测与治疗一体化功能，难以实现实时原位灭活。

本研究基于适配子和ZIF-90框架，开发了一种多功能纳米平台IR808-Au@ZIF-90-Apt，通过ATP和谷胱甘肽（GSH）触发级联响应，集成NIR荧光成像和光热/光动力疗法，旨在实现鼠伤寒沙门氏菌的高灵敏度检测和快速灭活，为食品安全和公共卫生提供创新解决方案。

研究内容

方案1. IR808-Au@ZIF-90-Apt的制备策略及体内级联反应机制示意图

本研究首先合成了IR808-Au螯合物，通过将光敏剂IR808与Au³⁺离子配位，形成对GSH触发的NIR荧光“关-开”响应。IR808在790 nm处有特征吸收峰，与Au³⁺螯合后荧光淬灭，加入GSH后恢复荧光，表明成功制备IR808-Au。

图1. 适配体驱动智能纳米平台的制备与表征

扫描电子显微镜（SEM）显示IR808-Au呈不规则圆形，尺寸约31.18±6.65 nm。ZIF-90纳米颗粒呈现均匀的菱形十二面体结构，尺寸约79.17±13.67 nm。通过自组装法制备IR808-Au@ZIF-90，优化质量比为1:1（ZIF-90:IR808-Au），X射线衍射（XRD）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证实其晶体结构保留，元素分析显示Zn和Au比例接近1:1。

图3. 鼠伤寒沙门氏菌的体外检测和实时灭活

在体外实验中，纳米平台与S. typhimurium共孵育后，通过适配子特异性识别细菌，导致纳米颗粒沉降和细菌聚集。实时监测显示，随着纳米平台浓度增加（0-350 μg/mL），沉降加速，10分钟内完成。NIR荧光成像在30分钟时信号峰值，稳定无激光照射；施加808 nm激光（0.8 W/cm²，5分钟）后，荧光信号显著降低， due to光热和光动力效应。

图4. IR808-Au@ZIF-90-Apt在不同浓度（0-350 μg mL-1）和近红外处理下对鼠伤寒沙门氏菌的体外灭活。

光谱检测显示，在10¹-10⁸ CFU/mL浓度范围内，荧光强度与细菌浓度线性相关，回归方程F=415.22C - 476.30（R²=0.9929），检测限低至2 CFU/mL，相对标准偏差（RSD）4.87%。特异性测试对其它食源性病原体（如金黄色葡萄球菌、李斯特菌等）无交叉反应，表明高特异性。灭活实验显示，无激光时细菌存活率>98%，激光照射后灭活率随浓度增加，在350 μg/mL时超过99%。扫描电镜（SEM）观察显示激光照射后细菌结构 disintegration，活性氧（ROS）水平增加，膜电位变化和DNA损伤证实光动力和光热协同灭活机制。

图5. 鼠伤寒沙门氏菌感染的体内检测和控制。

在小鼠肠道感染模型中，口服纳米平台后，通过NIR荧光成像实时监测。40分钟时荧光信号最强，表明成功检测到S. typhimurium定植。随后施加808 nm激光照射（0.8 W/cm²，5分钟循环两次），局部温度维持在43.1°C，有效灭活病原体且最小化组织损伤。60分钟时荧光信号降至17.44%（p<0.001）。粪便样本荧光成像与体内结果一致。

原文链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.4c05949