Исследователи разработали световую технологию для быстрого сбора тысяч бактерий в одну точку
Исследователи из Университета Осаки Метрополитен разработали метод, использующий свет для быстрого накопления тысяч бактерий в одной точке, что значительно повышает скорость и чувствительность их обнаружения. Этот подход открывает путь к более ранней диагностике заболеваний.
Многие опасные бактерии, такие как E. coli O157, способны вызывать тяжелые недуги даже при очень низких концентрациях, поэтому быстрое выявление следовых количеств микроорганизмов необходимо для ранней диагностики и предотвращения распространения болезней. Разработанная техника также может использоваться для идентификации наночастиц и других микро- и нанообъектов, которые влияют на иммунную систему и усугубляют течение болезни.
Как отметил Такуя Иида, профессор Высшей школы науки и Исследовательского института светоиндуцированных систем ускорения Университета Осаки Метрополитен и ведущий автор исследования, многие традиционные методики требуют много времени, сложного оборудования или ограничены сбором целей только вблизи поверхности или в узкой фокальной области. Культивирование бактерий в лаборатории может занять дни, и даже более быстрые иммуноанализы на основе антител всё равно требуют нескольких часов. В поисках быстрой и при этом чувствительной альтернативы команда обратилась к свету.
Исследователи создали оптическое волокно с металлической тонкопленочной оболочкой, которое действует как локализованный фототермический источник. Когда лазер направляется в волокно, покрытое золотом острие волокна поглощает свет и преобразует его в тепло. Этот локализованный нагрев вызывает движение жидкости и образование микроскопических пузырьков в окружающей жидкости. Совместно эти эффекты создают трехмерные конвекционные потоки, которые переносят бактерии и частицы и концентрируют их между пузырьком и наконечником волокна. В отличие от обычных фототермических методов, которые работают преимущественно в двух измерениях вдоль поверхности, данная система захватывает цели со всех направлений внутри жидкости.
В результате система способна собрать от нескольких тысяч до сотен тысяч бактерий или микрочастиц из образца объемом 20 микролитров всего за 60 секунд. Это более чем десятикратное повышение эффективности по сравнению с традиционными подходами. Такуя Иида пояснил, что полученные результаты демонстрируют: для достижения высокоэффективной концентрации не требуются сложные оптические установки, и компактный подход на основе оптоволокна может существенно улучшить сбор частиц в жидких средах.
Исследователи планируют интегрировать этот метод оптической конденсации с последующими аналитическими инструментами, такими как оптическое зондирование и спектроскопия, а также испытать его на более широком круге материалов и в разных условиях. В конечном итоге ученые намерены разработать универсальный и надежный подход для быстрого и чувствительного анализа малых объемов жидких проб, что внесет вклад в будущий прогресс биоаналитических исследований, экологического мониторинга и смежных аналитических технологий.
Исследование в журнале Communications Physics.