A kutatók felfedezték, hogy az optikai csapdák alkalmazhatók a biofilmek kialakulásának irányítására. Kimutatták, hogy különböző hullámhosszokkal rendelkező lézerek használata stimulálhatja vagy gátolhatja a biofilmek növekedését. Ezek a felfedezések lehetővé teszik a tudósok számára, hogy különböző bioengineering alkalmazásokra használják ezeket a mikroorganizmusok rétegeit.
„Általában a mikroszkopikus komponensek gyártása magas szintű technológiákat igényel, de mi felfedeztük, hogy az optikai csapdák segítségével precízen irányíthatjuk az egyéni baktériumok vagy baktériumcsoportok pozícióját” – mondta Anna Bezryadina csapatvezető a California State University Northridge-ben. „Ennek révén képesek vagyunk befolyásolni a baktériumstruktúrák növekedési mintázatait mikroszkopikus szinten, nagy pontossággal.”
A kutatók a Biomedical Optics Express című szaklapban leírták kísérleteiket, amelyekben az optikai csapdákat használták a baktériumok csoportosulásának és biofilmképződésnek a szabályozására. Megállapították, hogy különböző típusú lézereket lehet használni a biofilmek stimulálására vagy gátlására.
„Akár olyan baktérium építőköveket is létrehozhatunk, amelyek mozgathatók, összeolvadhatnak vagy megsemmisíthetők szükség szerint” – mondta Bezryadina. „Ez a munka új típusú biológiailag lebontható anyagokat vagy például biodegradálódó bioszenzorok új generációját eredményezheti biofilmek alapján.”
Baktériumok növekedésének irányítása fény segítségével
Több kutatás a biofilmekre a mechanikus, kémiai és biológiai módszerekre koncentrált a gátlásuk és irányításuk érdekében. Habár a tudósok kimutatták, hogy szintetikus és vegyi módszerekkel aktiválhatják és irányíthatják a biofilmeket, valamint biofilmeket alakíthatnak ki specifikus térbeli szerkezetekre, Bezryadina és csapata azt vizsgálta, hogy az optikai módszerek alkalmazhatók lennének-e a biofilm dinamikájának irányítására. Ehhez interdiszciplináris csapatra volt szükség, aki rendelkezett fejlett optikai technológiai és mikrobiológiai ismeretekkel.
A kutatók kísérleteket végeztek a természetes biofilmeket létrehozó, nem kórokozó Bacillus subtilis baktériummal. Olyan alacsony tápanyag szintű környezetet hoztak létre a B. subtilis-nek, amely gátolja a baktériumok biofilmek képződését. Kis méretű biofilm csoportokat hoztak létre, majd optikai csapdákkal végzett kísérleteket végeztek, használva egy 473 nm hullámhosszú kék lézert vagy egy állítható Ti:sapphire közeli infravörös lézert, amely 700-1000 nm hullámhosszon működik.
Megállapították, hogy a 820-830 nm hullámhosszú lézer hosszú távú optikai csapdázást tesz lehetővé biofilm csoportok esetében, minimalizálva a jelentős fotokémiai károsodást. Azonban a 473 nm hullámhosszú lézer – amelyet a baktériumok erősen elnyelnek – sejthasadást és a biofilm csoportok felbomlását okozta. Megfigyelték azt is, hogy az ideális baktériumcsoportok az optikai manipulációhoz három-tizenöt sejtből állnak.
Mintázatok kialakítása
Az 820 nm hullámhosszú optikai csapdákkal végzett kísérletek során, amelyek egy órán át tartottak, a kutatók azt tapasztalták, hogy a baktérium csoportok az optikai csapdázott csoportok közelében csoportosultak össze, felületekhez tapadtak és mikrokolóniákat kezdtek kialakítani. Az optikailag csapdázott baktériumcsoportokat más helyszínekre is áthelyezték, ami hasznos lehet a baktériumokból épített szerkezetek kialakításához. Az infravörös lézer nem zavarta meg a biofilm kialakulását a magas koncentrációban infravörös lézernek kitett baktériumcsoportok esetében, ami arra utal, hogy a 800-850 nm tartományban használható NIR hullámhosszak hosszabb ideig tartó optikai csapdázáshoz, manipuláláshoz és baktériumcsoportok mintázatának kialakításához.
„Annak ellenére, hogy a baktérium biofilmek látszólag ellenőrizetlenül képződnek a természetben, tanulmányunk rámutatott, hogy a baktérium biofilmek kialakulása irányítható fény segítségével” – mondta Bezryadina. „Ez a cikk a hosszú távú projekt első lépése, amelyben mikroszkopikus építőanyagokat szeretnénk létrehozni, mint például baktériumok, amelyek könnyen elérhető forrásokból származnak. A jövőbeli kutatásainkban tervezzük felhasználni az általunk felfedezett eredményeket annak érdekében, hogy folyamatot fejlesszünk ki struktúrák építéséhez baktériumblokkokból.”
A kísérletek általában rugalmasságot mutattak a pontos növekedési körülmények, csoportméretek és hullámhosszok tekintetében, amelyekre a biofilmek manipulálásához szükség van. A kutatók azt javasolják, hogy ez a módszer más biofilmképző mikroorganizmusokra is alkalmazható lehet.
Gyakran ismételt kérdések (FAQ) a cikk alapján:
1. Milyen felfedezéseket prezentáltak az optikai csapdák alkalmazásával kapcsolatban?
A kutatók felfedezték, hogy különböző hullámhosszú lézerek alkalmazása stimulálhatja vagy gátolhatja a biofilmek növekedését. Ezek a felfedezések lehetővé tehetik, hogy a tudósok bioengineering alkalmazásaihoz használják ezeket a mikroorganizmusok rétegeit.
2. Hogyan közvetítette információkat a fő szerző, Anna Bezryadina, a kísérletekről?
Anna Bezryadina, a California State University Northridge csapatvezetője elmondta, hogy az optikai csapdákat lehet használni egyéni baktériumok vagy baktériumcsoportok pozíciójának precíz irányítására, lehetővé téve a baktérium szerkezetek növekedési mintázatának befolyásolását nagy pontossággal.
3. Milyen potenciális alkalmazásai lehetnek ezeknek a felfedezéseknek?
Bezryadina szerint ezek a felfedezések új típusú biológiailag lebontható anyagok vagy bioszenzorok létrehozásához vezethetnek biofilmek alapján. Ezek a lehetőségek a biofilmek növekedésének stimulálása és irányítása révén lézerrel.
4. Hogyan végezték a kutatók a kísérleteket különböző hullámhosszú lézerekkel?
A kutatók kísérleteket végeztek a természetes biofilmeket létrehozó Bacillus subtilis baktériummal. Optikai csapdákat alkalmaztak egy 473 nm (kék) hullámhosszú lézerrel és egy állítható Ti:sapphire közeli infravörös lézerrel, amely 700-1000 nm hullámhosszon működik. Megállapították, hogy a 820-830 nm hullámhosszú lézer hosszú távú biofilm csoportok optikai csapdázására alkalmazható.
5. Hogyan manipulálták a kutatók a baktériumcsoportokat optikai csapdákkal?
A kutatók megfigyelték, hogy az optikailag csapdázott baktériumcsoportokat át lehetett helyezni és manipulálni más helyszínekre. Mikrokolóniákat is létrehoztak a baktériumok csoportosulásának stimulálásával az optikai csapdák közelében.
6. Milyen lehetséges következményei lehetnek ennek a kutatásnak?
A kutatók szerint ez a módszer nemcsak a Bacillus subtilis biofilmek növekedésének irányítására hasznos, hanem más biofilmképző mikroorganizmusokra is alkalmazható lehet.
7. Hogyan tervezik folytatni a kutatást a kutatók?
A kutatók tervezik, hogy felfedezéseiket felhasználják olyan folyamat kifejlesztéséhez, amely a mikrobiológiai blokkokból szerkezeteket hoz létre. Reményeik szerint a jövőben képesek lesznek mikroszkopikus építőanyagokat létrehozni, amelyek könnyen elérhető forrásokból, például baktériumokból származnak.
Kulcsszavak és kifejezések definíciói:
1. Biofilm – mikroorganizmusok, például baktériumok rétege, amelyek tapadnak felületekre és kémiai anyagokra.
2. Optikai csapda – eszköz, amely fényvonalakkal manipulál vagy irányít részecskéket, például baktériumokat.
3. Bioengineering – a biológia és az ingenieria kombinációja, amely új biomedikai technológiák és termékek kifejlesztésére szolgál.
Javasolt kapcsolódó linkek a fő domainhez:
1. California State University Northridge
2. Biomedical Optics Express
The source of the article is from the blog klikeri.rs