研究人员利用光学陷阱控制生物膜的形成
发布时间：2024-01-30 05:00:05 阅读数： 135
研究人员报告说，基于激光的光学陷阱可以用来控制生物膜的形成。他们发现，使用不同波长的激光可以用来刺激和抑制生物膜的生长。来源:Anna Bezryadina，加州州立大学北岭分校
生物膜——细菌粘在一起形成的粘稠层——使细菌能够保护自己免受极端环境的影响，甚至可以避开抗生素。在一项新的研究中，研究人员已经证明，光阱形式的激光可以用来控制生物膜的形成。这一发现可以让科学家们利用这些微生物层进行各种生物工程应用。来自加州州立大学北岭分校的研究小组负责人Anna Bezryadina说:“生产微观部件通常需要很高的技术制造过程，但我们发现光学镊子可以用来精确控制单个细菌或细菌群的位置。”“这使我们能够在微观层面上高精度地影响细菌结构的生长模式。”
在《生物医学光学快报》杂志上，研究人员报告了他们使用光学陷阱来调节细菌聚集和生物膜发育的实验。他们发现不同类型的激光可以用来刺激和抑制生物膜的生长。Bezryadina说:“我们甚至可以创造一种细菌乐高积木，它可以四处移动，粘在一起，根据需要被摧毁。”“例如，这项工作可能会导致新型可生物降解材料或新一代基于生物膜的生物传感器。”
利用光控制细菌生长
大多数生物膜研究都集中在机械，化学和生物方法来抑制和控制生物膜。尽管科学家们已经证明，合成和化学方法可以用来激活和控制生物膜，并将生物膜设计成特定的空间结构，但Bezryadina和她的团队想要弄清楚，光学方法是否可以用来控制生物膜的动力学。要实现这一目标，需要一个具有先进光学技术和微生物学专长的跨学科团队。
研究人员对枯草芽孢杆菌进行了实验，这是一种自然形成生物膜的非致病性细菌。他们利用对枯草芽孢杆菌不友好的低营养环境促使细菌形成生物膜。在获得小的生物膜簇之后，他们使用473 nm蓝色激光器或近红外Ti:蓝宝石激光器进行了光学捕获实验，该激光器可以在700到1000 nm之间调谐。他们发现，使用波长为820纳米至830纳米的激光，可以延长生物膜簇的光学捕获时间，同时最大限度地减少显著的光损伤。然而，使用波长为473纳米的激光(这种波长被细菌高度吸收)会导致细胞破裂，生物膜簇分解。他们还观察到，用于光学操作的理想细菌群由3到15个细胞组成。
制作图案
当研究人员使用820 nm波长的光学镊子研究细菌动力学和生物膜形成一小时时，他们发现细菌簇聚集在光学捕获簇附近，粘附在表面并开始形成微菌落。他们还可以将整个样品中的光学捕获的细菌簇移动到特定位置，这对于构建细菌结构很有用。近红外激光似乎没有破坏暴露在高度聚焦的近红外激光下细菌团簇的生物膜形成，这意味着800 nm至850 nm范围的近红外波长可以用于延长时间的光捕获，操纵和细菌团簇的图案形成。
Bezryadina说:“尽管在自然界中细菌生物膜的形成明显不受控制，但我们的工作表明细菌生物膜的形成可以受到光的影响。”“这篇论文代表了从细菌等现成资源中创造微观建筑材料的长期项目的第一步。在未来的研究中，我们计划利用我们的发现开发一种用细菌乐高积木构建结构的方法。"
总的来说，实验揭示了在精确的生长条件、簇的大小和操纵生物膜所需的波长方面的一些灵活性。研究人员说，他们的方法也可能用于其他类型的生物膜形成微生物。
