本文要点：细菌感染性疾病严重威胁人类生命安全，亟需开发简便、快速、高效且安全的精准诊疗协同技术。本研究成功合成发射峰位于1190 nm的近红外CuInSe₂量子点，经ZnS包覆后发射峰迁移至1026 nm。通过在亲水性CuInSe₂/ZnS量子点上修饰万古霉素，构建了可靶向金黄色葡萄球菌的荧光纳米探针（Van-CuInSe₂/ZnS），实现了体内细菌感染进程的实时监测。该纳米体系兼具优异的光热转换特性和生物相容性，不仅能实现体内细菌性炎症的精准靶向NIR-II荧光成像，还能有效治疗小鼠皮下细菌感染及创面细菌感染，在细菌感染性疾病治疗领域展现广阔应用前景。

方案1. 基于Van-CuInSe₂/ZnS量子点NIR-II发光的小鼠细菌性传染病监测与治疗示意图

本工作中，通过热注射法在不同时间合成CuInSe₂。随后，将薄层ZnS壳包覆至CuInSe₂上以保护表面Cu⁺离子免受氧化并减少表面缺陷，从而增强了CuInSe₂量子点的NIR-II光致发光强度及光稳定性。此外，CuInSe₂/ZnS量子点已成功相转移至水相介质并经万古霉素(Van)功能化修饰，该诊断工具通过特异性结合细菌细胞壁上的D-Ala-D-Ala末端肽，展现出对革兰氏阳性菌的优先选择性活性，这不仅促进监测细菌感染与免疫系统的相互作用，还能在808 nm激光照射下实现体内细菌感染的精准治疗，如方案1所示。该多功能纳米平台为细菌感染提供了靶向荧光成像引导的可视化光热治疗。

图1. Van-CuInSe₂/ZnS QDs的表征

为实现生物成像目的，需通过配体交换使亲水功能化的CuInSe₂/ZnS量子点与万古霉素偶联，以应用于生物体系，该探针在PBS溶液中具有良好分散性。如图1A和B所示，傅里叶变换红外光谱(FTIR)验证了CuInSe₂@ZnS量子点的MPA与Van表面修饰：在MPA-CuInSe₂/ZnS量子点中观察到~1719 cm⁻¹处MPA分子的C=O特征吸收峰，在Van-CuInSe₂/ZnS量子点中观察到~1655 cm⁻¹处Van分子的–NH₂特征吸收峰，证实MPA与Van已成功组装于CuInSe₂@ZnS表面。图1C显示了配体交换前后CuInSe₂与CuInSe₂/ZnS量子点的荧光光谱。CuInSe₂量子点的光致发光强度因表面缺陷和表面Cu⁺离子氧化而被显著抑制；引入ZnS后，在808 nm激发光下光致发光峰从1190 nm偏移至1026 nm，这可能归因于核/壳界面处形成合金以及CuInSe₂量子点表面宽禁带ZnS薄壳过度生长导致核心CuInSe₂有效尺寸收缩。XRD结果显示如图1D所示，MPA-CuInSe₂量子点的特征峰与CuInSe₂及CuInSe₂/ZnS量子点几乎完全重叠，表明配体交换后未引入异相。

图2. Van-CuInSe₂/ZnS QDs的热成像实验

图4A-D展示了Van-CuInSe₂/ZnS量子点在808 nm激光照射下的光热性能系统性评估（选择该波长因其对组织、血液和水的低吸收性及皮肤高穿透性）。使用功率密度0.7 W/cm²的808 nm近红外激光照射不同浓度Van-CuInSe₂/ZnS量子点的PBS溶液时，溶液温度随量子点浓度增加和照射时间延长而快速上升。当量子点浓度为0.4 mg/mL时，10分钟照射后温度从21.7°C升至46.6°C，该温度可使细菌生命活动相关酶失活从而杀菌浓度达1.6 mg/mL时，溶液温度可达77.9°C，而纯PBS溶液温度变化可忽略（图4A）。选用0.4 mg/mL量子点溶液考察激光功率密度的影响（图4B）：当功率密度从0.7 W/cm²增至1.6 W/cm²时，最终温度由46.3°C升至71.9°C。图4C显示，经过三次照射循环，温度-时间曲线未记录到显著变化，证实其优异的光热稳定性。图4D进一步通过热成像图直观呈现了0.7 W/cm²功率密度下不同浓度量子点溶液的温度分布差异。综上，卓越的光热性能确保了Van-CuInSe₂/ZnS量子点作为抗感染治疗潜在光热制剂的应用前景。

图3. 不同处理后金黄色葡萄球菌的成像

采用活/死细菌细胞染色分析表征Van-CuInSe₂/ZnS量子点的杀菌效果。存活的金黄色葡萄球菌被DAPI标记为蓝色荧光，而死菌则被碘化丙啶(PI)标记为红色荧光。如图3A所示，PBS组未检测到金黄色葡萄球菌的红色荧光；相反，经Van-CuInSe₂/ZnS量子点处理并施加808 nm激光照射的组别出现明显红色荧光，表明该组具有强抗菌效应，此结果与前述抗菌实验结果一致。为进一步验证抗菌效果，利用扫描电镜(SEM)观察不同处理后金黄色葡萄球菌的形态变化。图3B显示：对照组与单纯808 nm激光照射组的菌体表面光滑、细胞膜完整无损；而Van-CuInSe₂/ZnS量子点+808 nm激光联合处理组出现明显的细胞膜形变，印证了该协同体系的强抗菌能力。有趣的是，SEM图像中可见量子点附着在金黄色葡萄球菌周围，表明Van-CuInSe₂/ZnS量子点对金黄色葡萄球菌具有良好的靶向能力。

图4. Van-CuInSe₂/ZnS QDs体内肿瘤成像实验

为研究Van-CuInSe₂/ZnS量子点的体内成像潜力，将小鼠背部皮下感染25 μL金黄色葡萄球菌于彼此远离的四个位点，菌浓度分别为0 CFU/mL、1 × 10^3 CFU/mL、1 × 10^7 CFU/mL、1 × 10^11 CFU/mL。随后，在同四个位点皮下注射25 μL Van-CuInSe₂/ZnS量子点。之后，在不同时间点记录NIR-II荧光图像。金黄色葡萄球菌感染高效监测的示意图如图4A所示。如图4B和C所示，注射Van-CuInSe₂/ZnS量子点的小鼠在感染区域和对照组显示出更高的荧光信号。在感染0 CFU/mL、1 × 10^3 CFU/mL、1 × 10^7 CFU/mL的位点显示出相对简单的光致发光强度趋势，而在感染10^11 CFU/mL金黄色葡萄球菌的位点呈现波动模式；感染位点Van-CuInSe₂/ZnS量子点标记的金黄色葡萄球菌的光致发光强度变化模式证明了体内金黄色葡萄球菌负荷的实时监测，这反过来反映了金黄色葡萄球菌感染的发展过程：金黄色葡萄球菌感染发生后，入侵的金黄色葡萄球菌会首先受到先天免疫系统的攻击，导致细菌负荷降至完全清除，因此，在1 × 10^3 CFU/mL和1 × 10^7 CFU/mL位点，光致发光强度随时间开始下降。然而，在1 × 10^11 CFU/mL位点，Van-CuInSe₂/ZnS量子点标记金黄色葡萄球菌的光致发光强度起初注射后呈现增加，这表明量子点的聚集是由靶向作用引起的。随后，光致发光强度下降至谷底，这反映了由于免疫反应导致的细菌数量减少。随后，荧光信号增加，这反映了在免疫反应间歇期由于增殖导致的细菌数量激增。最终，荧光信号随时间下降，表明从感染中自我康复。

图5.（A）小鼠皮下感染金黄色葡萄球菌模型构建及治疗过程示意图（4h）；（B）金黄色葡萄球菌感染小鼠在不同时间段以不同方式处理的数码照片；（C）不同处理后注射Van-CuInSe₂/ZnS量子点的小鼠的NIR II成像

受到Van-CuInSe₂/ZnS量子点优异的体外抗菌效果和令人满意的体内生物相容性鼓舞。Van-CuInSe₂/ZnS量子点在体内抗菌治疗中的潜在应用通过金黄色葡萄球菌诱导的皮肤感染模型进行了评估。具体而言，在小鼠背部皮下注射1 × 10^9 CFU/mL的金黄色葡萄球菌导致皮下脓肿形成，随后在注射后4小时进行不同处理。图5A展示了高效消除金黄色葡萄球菌诱导皮肤感染模型的实验方案。如图5B所示，在对照组、808 nm组和Van-CuInSe₂/ZnS量子点组中，皮下注射金黄色葡萄球菌第二天后，脓疱从皮肤内部出现；随后，感染区域出现溃疡，在第六天仍出现大面积伤口。对照组伤口面积最大，而Van-CuInSe₂/ZnS量子点组观察到轻微伤口。相比之下，及时使用Van-CuInSe₂/ZnS量子点+808 nm治疗的感染区域没有出现脓疱。此外，注射Van-CuInSe₂/ZnS量子点的小鼠在808 nm光照下脓肿区域显示荧光。在Van-CuInSe₂/ZnS量子点组中，荧光信号在第四天仍然出现；然而，在Van-CuInSe₂/ZnS量子点+808 nm组进行光热治疗后，炎症逐渐愈合，荧光减少，在第四天几乎观察不到，如图5C所示。当Van-CuInSe₂/ZnS量子点+808 nm用于治疗12小时感染金黄色葡萄球菌的小鼠时，也获得了类似的抗菌效果。这些结果表明Van-CuInSe₂/ZnS量子点在808 nm激光照射下在体内具有优异的抗感染治疗效果。

图6. Van-CuInSe₂/ZnS量子点治疗细菌性伤口感染（A）小鼠细菌性伤口感染的红外热像图；（B）第0天至第13天小鼠伤口的数码照片；（C）分别在第1天和第13天在伤口中的金黄色葡萄球菌菌落板

此外，还采用金黄色葡萄球菌感染的小鼠皮肤伤口模型评估治疗效果。首先评价了Van-CuInSe₂/ZnS量子点的光热性能：如图6A所示，在近红外光照射下，含量子点实验组的伤口区域温度在5分钟内急速升至51.6°C，证实该量子点可实现体内高效光热治疗。随后构建金黄色葡萄球菌感染的皮肤创伤模型进行疗效研究，图6B显示不同处理组在第0、1、3、5、7、9、11和13天的创面照片。Van-CuInSe₂/ZnS量子点+808nm激光组的创面愈合效果显著优于其他组，表明该量子点在808nm激光照射下具备卓越抗菌性能。为验证治疗效果，分别在第1天和第13天采集创面分泌物进行琼脂平板活菌定量。如图6C所示，量子点+近红外组的菌落数量最少，显著低于其余三组。上述结果证明：经808nm激光激发的Van-CuInSe₂/ZnS量子点能有效对抗金黄色葡萄球菌感染，并加速感染部位痊愈。在实验过程中，由于正常生长，各组小鼠的体重呈现类似的增加趋势，表明Van-CuInSe₂/ZnS量子点和808 nm光照对小鼠没有明显的副作用。

参考文献

Geng H, Wang C, Dong Y, et al. In vivo dynamic monitoring and photothermal therapy of bacterial infection by NIR-II CuInSe₂ quantum dots[J]. Chemical Engineering Journal, 2025, 508: 160924.

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