这项有前景的水产养殖技术，有助于治疗和预防微生物病原体引起的鱼虾感染。
使用天然和合成光敏剂的抗菌光动力疗法（aPDT）已显示出对鱼类病原菌（包括多重耐药菌）的抗菌活性。aPDT可以灭活鱼类致病菌（特别是革兰氏阴性菌），并具有用于表面、设备和水产养殖水体消毒的潜力。
一、水产养殖需要新的技术
目前，需要替代技术来控制养殖鱼虾的病原体感染，抗菌光动力疗法（aPDT）最近已成为可成功应用于治疗细菌性疾病和预防抗生素耐药性的技术之一。这种疗法涉及在富氧环境中使用各种称为光敏剂的化学物质，以及光来杀死病原菌。
aPDT使用光敏剂（例如亚甲基蓝、核黄素、姜黄素和其他几种），在被细菌吸收后，用光（适当波长）照射，促进细菌细胞内光敏剂的化学变化，最终产生活性氧（ROS），例如：过氧化氢和其他导致病原体细胞损伤和死亡的物质。
本文主要分享，抗菌光动力疗法在水产养殖中的应用：对鱼虾病原细菌的影响，提供了使用概述aPDT 针对鱼类致病菌的研究，及其创新设计对可持续水产养殖发展的潜力。
图1：抗菌光动力疗法在水产养殖中的潜在应用。
二、aPDT在水产养殖中的应用
aPDT在解决深部组织感染方面的应用受到限制，只有少数记录在案的尝试涉及小鼠等动物模型。然而，对于通过aPDT治疗鱼病的科学研究明显缺乏关注，这可能归因于可见光的局部传递。研究人员提出，患有浅表感染、溃疡或病变的鱼可以在黑暗中和溶解有光敏剂的水中孵化，随后的光照射应该会导致完全恢复，如图2所示。然而，考虑到鱼类对环境条件变化的敏感性，特别是水条件的突然变化，这一研究领域仍然需要彻底研究。
图2：水产养殖中使用aPDT治疗局部鱼类感染的拟议治疗方案的图示。
水质对于养殖场非常重要，因为它影响鱼类的生长和健康。鱼不仅需要在水里活着，而且在水中进食，并排泄废物。残留的饲料、排泄物和其他水污染物为微生物提供了有利的栖息地。水必须定期清洁和消毒，以减少微生物感染。aPDT已用于水产养殖水的消毒，方法是在用适当波长的光照射之前，将光敏剂添加到水中或将光敏剂嵌入固体膜中，照射的光应能够穿透到水中（因此，水中应不含悬浮物）以激活光敏剂，并且水应充分充氧。
磁性纳米颗粒已与光敏剂连接，可以使用磁铁轻松从水基质中回收光敏剂，从而实现回收和再利用。图3说明了磁性光敏剂在水产养殖水消毒中的使用，以及使用磁体消毒后光敏剂的回收。
图3：使用磁性光敏剂对水产养殖水体进行消毒，以及使用磁体消毒后光敏剂的回收情况的图示。
研究人员证明了使用磁性光敏剂（与氧化铁纳米颗粒相连的酞菁）可以光灭活金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等细菌，以及光敏剂的可回收性。光敏剂也被固定在多壁碳纳米管上，以增强抗菌活性（通过光动力和光热疗法），同时允许在水和表面消毒中回收和再利用，使其具有成本效益且环保。为了可持续性，可以考虑来自太阳的自然光，因为它可以穿透很深并可用于大型池塘。
表面和设备消毒是避免机会性病原体（包括其在水产养殖设施内传播）的预防措施。清洁后，表面、容器和设备可以暴露在光敏剂和光下，通过aPDT灭活细菌，并且已经报道了利用aPDT的自我消毒表面。例如，研究人员利用苯氧基取代的锌酞菁作为光敏剂来制备醋酸纤维素自消毒膜，该膜不断产生单线态氧（1O2）在连续暴露于室内光线下超过六个月的双原子氧分子的最低激发态。因此，自消毒aPDT涂层可以应用于水产养殖表面以激活自然光。
水产饲料由植物和动物来源配制而成，包括：海藻和微藻。这些在收获前、干燥、加工、包装、储存和运输过程中可能会被细菌污染。为了避免细菌病原体进入水产养殖生产系统，需要对饲料进行消毒，研究人员已经证明aPDT在鱼饲料消毒方面具有潜力。
研究人员还证明了aPDT对被坎贝氏弧菌污染的微藻水产饲料进行消毒的能力。其他作者证实，与用未经处理的饲料喂养的牡蛎相比，用aPDT处理的微藻饲料喂养的牡蛎，aPDT能够消灭微藻饲料和水中的弧菌。
三、aPDT的优点
aPDT是一种治疗和预防传染病的非抗生素策略，与使用抗生素相比具有多种优势，因为抗生素会导致抗生素耐药细菌增加，以及残留抗生素。
aPDT因其广谱作用而被证明是有效的，因为它可以预防多种生物体（如：原生动物、病毒、真菌、寄生虫和细菌）引起的感染。这是因为aPDT产生高活性氧 (ROS)，氧化细胞成分，迅速灭活这些传染性生物体的细胞。因此，aPDT不仅可用于控制细菌感染，还可用于控制一系列微生物感染。
aPDT已被证明可有效对抗危险的抗生素耐药细菌。此外，即使在多次治疗后，也没有关于光敏剂产生耐药性的报告。这可能是因为，与抗生素治疗不同，aPDT治疗时间太短，无法产生耐药性。此外，与作用于特定靶点的抗生素不同，生成的ROS物质可以氧化细菌细胞结构和成分上的众多靶点。
对于鱼类感染的治疗，aPDT可以通过光敏剂和光剂量控制以及针对感染区域的设计，对宿主组织产生最小的影响和损伤，确保仅消灭病原体。由于单线态氧的寿命短且反应活性高，光氧化损伤仅限于暴露的感染部位。
由于光敏剂也可以嵌入聚合物中，因此可以设计出在可见光激活时杀死其表面微生物的水产养殖生产系统。自消毒系统可以减少生产和加工过程中致病微生物的传播。此外，自然光可用于光敏剂激活，使aPDT技术具有成本效益。将光敏剂嵌入到聚合物材料上可以防止PS释放到环境中，并促进嵌入光敏剂的重复利用。
aPDT可以与其他技术相结合以提高效率。可以采用涉及aPDT和抗生素的联合疗法，因为aPDT疗法已被证明会引起细菌细胞膜损伤，使细菌更容易受到抗生素治疗的影响。将aPDT与纳米材料相结合不仅可以增强细菌的吸收，还可以产生aPDT和光热疗法（PTT）的协同效应，因为特定的纳米材料在吸收光时会产生局部高温。
四、aPDT的局限性
aPDT用于治疗鱼类感染的应用仅限于光线可以到达的受感染鱼类部位，例如皮肤。由于光线可达性差，它不适用于全身感染。
透光性对于aPDT很重要；因此，在水产养殖中，该技术只能在允许光线透过的水中起作用（水应该清澈，且没有大量的悬浮物）。
考虑到粪便和未吃的食物都会使池塘的水变得浑浊，因此应该将这些物质从养殖系统中清除，以使该技术有效。因此，可能需要循环水产养殖系统来持续维持水质的清洁。
aPDT旨在针对感染性微生物。然而，由于其非选择性，它也会损害非预期目标，例：如鱼类组织和有益微生物，这可能表现为发红、肿胀和其他过敏反应等副作用。
五、观点
aPDT可以灭活鱼类致病菌，特别是水产养殖中最重要的病原体之一的革兰氏阴性菌。尽管目前还没有其在鱼类感染治疗中应用的报道，但该技术在水产养殖中具有应用潜力，特别是在物体表面、设备和养殖水体消毒方面，与传统抗生素相比显示出优势。如果在循环水产养殖系统中使用，该技术可以在水中有效。这将能够持续去除污泥，从而对水进行aPDT处理，并最终实现水的再利用。
尽管在水产养殖中尚未有报道，但利用aPDT进行自我消毒表面可以在控制细菌病原体方面发挥很大作用。光敏剂可以嵌入表面涂层材料中，通过光（包括阳光）激活。使用阳光和天然光敏剂的可能性可以使该技术更便宜。此外，该技术可以减少光敏剂向环境的释放，并允许光敏剂的重复使用。
尽管已经报道了aPDT的一些局限性，特别是在使用天然光敏剂时，但可以设计克服这些局限性的方法。例如，同时使用多种光敏剂可以增强抗菌效果。组合的光敏剂可以表现出彼此互补的不同光物理和光化学特性。此外，aPDT已与其他抗菌疗法相结合。aPDT在水产养殖业的应用仍需要大量的研究和开发工作，以确保其有效性、安全性和可扩展性。
