細菌通常不被視為可靠的信息載體，因為它們會分裂、移動、死亡，並對環境作出不可預測的反應，這些行為似乎與穩定數據存儲所需的特性相悖。然而，這些相同的特徵可以用來使細菌模式難以複製，因為需要知道正確的菌株和化學觸發劑。隨著時間變化或僅對特定生化信號作出反應的活碼提供了常規材料所無法提供的安全性。使用細菌進行密碼學的想法引起了廣泛關注，但實際應用仍然稀少。早期的許多嘗試依賴於基因工程細菌，這些細菌顯示出可見信號，限制了它們的使用範圍。
最近《先進功能材料》期刊中發表的一項研究克服了這些限制，介紹了一種多層編碼平台。研究人員採用了一種光動力學的方法，利用專門設計的納米顆粒來殺死暴露於光中的細菌，從而讓未被照射的細菌存活，形成高分辨率的生化響應模式。這些細菌模式在合適的化學觸發下才會顯現出來。該系統使用了一種光動力納米顆粒，包含四個部分：MeO-TSP，一種可激活的分子，能夠殺死細胞；一種由月桂酸和硬脂酸混合而成的組合以增強效應；以及兩種聚合物，聚乙烯醇和聚（丙烯胺鹽酸鹽），形成粒子的保護外殼。
這些脂肪酸基質將光激活分子聚集，增強它們在白光下產生活性氧物質的能力。模型顯示，這種聚集使分子扭曲，從而促進了生成活性氧所需的高效量子躍遷。帶正電的聚合物外殼吸引帶負電的細菌，將納米顆粒拉得足夠近，以便活性氧能有效損害細菌膜，增強抗菌活性。
在建立抗菌系統後，研究人員創造了精確的細菌模式。他們將塗有納米顆粒的細菌擴散在混合纖維素酯膜上，然後通過光掩膜照射它們。照射區域的細菌被活性氧殺死，而掩膜區域的細菌則存活。這產生的活模式與光掩膜設計相匹配，分辨率高達 15.99 微米，超過了以往大多數方法的表現。
這些膜還允許生物膜在培養基之間轉移，與傳統的琼脂不同，後者在移動時會破壞圖案。該系統的強大之處在於細菌的新陳代謝差異。每種細菌都有獨特的酶和生化途徑，對特定的染色底物作出反應，從而顯示隱藏的模式。例如，耐甲氧西林金黃色葡萄球菌（MRSA）將碲化物轉化為黑色菌落，而大腸桿菌（E. coli）則利用 β-半乳糖苷酶處理 X-Gal 以形成青色沉積物。活細菌在 Hoechst 33342 的作用下染成藍色，而死細菌則在碘化丙啶下發出紅色螢光。
這些反應使得研究團隊能夠創造出先進的編碼，包括一維的摩爾斯碼和二維的 QR 碼。有些編碼在一種底物下顯示虛假信息，但在另一種底物下揭示真實信息。研究人員甚至開發了需要組裝和生化激活才能解碼的拼圖式 QR 碼。這樣，首個光動力細菌編碼系統利用空間控制和新陳代謝創造了一個生物系統，用於安全的信息存儲和防偽，MRSA 和 E. coli 作為概念驗證的菌株，未來可用安全的實驗室菌株取代。
