光学囚笼控制生物膜的研究

研究人员发现光学囚笼可以用于控制生物膜的形成。他们发现使用不同波长的激光可以刺激和抑制生物膜的生长。这些发现有潜力让科学家利用这些微生物层进行生物工程的各种应用。

加利福尼亚州立大学北岭分校的团队领导安娜·贝兹里亚迪纳表示：“通常创建微观构件需要高度先进的制造过程，但我们发现光学囚笼可以精确控制单个细菌或细菌团簇的位置。”“这使我们能够精确地影响微观水平上的细菌结构的生长模式。”

在期刊《生物医学光学表达》上，研究人员描述了他们使用光学囚笼调节细菌聚集和生物膜形成的实验。他们发现不同类型的激光可以用于刺激和抑制生物膜的生长。

贝兹里亚迪纳表示：“我们甚至可以创建可以根据需要移动、连接和摧毁的细菌构件。”“这项研究可能导致一种新型的可降解材料或基于生物膜的新一代可降解生物传感器。”

使用光控制细菌生长
大多数关于生物膜的研究都集中在机械、化学和生物方法的抑制和控制上。虽然研究人员已经表明合成和化学方法可以用于激活和控制生物膜，并将生物膜设计成特定的空间结构，但贝兹里亚迪纳和她的团队想要调查光学方法能否用于控制生物膜的动态。这需要一个具备先进光学技术和微生物学专业知识的跨学科团队。

研究人员使用一种自然形成生物膜的非致病菌——枯草杆菌进行实验。他们使用对枯草杆菌不利的低营养环境来刺激生物膜的形成。在获得小团簇的生物膜后，他们使用光学囚笼进行实验，使用波长为473纳米的蓝色激光或可调谐的近红外激光，其波长可调节从700到1000纳米。

他们发现使用820-830纳米波长的激光可以实现对生物膜团簇的长期光学囚笼控制，同时最大程度减少光化学损伤。然而，使用被细菌强烈吸收的473纳米波长的激光会导致细胞破裂和生物膜团簇的解体。同时观察到，适合光学操作的理想细菌团簇由三到十五个细胞组成。

创建图案
使用820纳米波长的光学囚笼一小时观察细菌动态和生物膜的形成，科学家们发现，细菌团簇会聚集在光学囚笼附近，附着在表面并开始形成微型菌落。他们还能够将光学囚笼中的细菌团簇转移到不同位置，这对于利用细菌构建结构可能是有用的。在高浓度近红外激光照射下，红外激光似乎不会影响细菌团簇中生物膜的形成，这表明波长为800到850纳米的近红外激光可以用于更长时间的光学囚笼、操作和形成细菌团簇的图案。

贝兹里亚迪纳表示：“尽管自然界中细菌生物膜的形成似乎是不受控制的，但我们的研究表明，利用光可以控制细菌生物膜的形成。”“这篇文章代表了从常见的细菌等源材料创建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，开发从细菌构建结构的过程。”

总体而言，这些实验展示了在生物膜操作中需要的精确生长条件、团簇大小和波长的某种灵活性。研究人员认为，他们的方法也适用于其他类型的生物膜形成微生物。

常见问题解答（FAQ）：

1. 文章中介绍了与光学囚笼使用相关的哪些发现？
研究人员发现使用不同波长的激光可以刺激和抑制生物膜的生长。这一发现可以让科学家利用生物膜进行生物工程的各种应用。

2. 主要作者安娜·贝兹里亚迪纳是如何传达实验信息的？
加利福尼亚州立大学北岭分校的团队领导安娜·贝兹里亚迪纳表示，光学囚笼可以精确控制单个细菌或细菌团簇的位置，从而实现对细菌结构的生长模式的微观级别的操控。

3. 这些发现有哪些潜在应用？
贝兹里亚迪纳表示，这些发现可以导致基于生物膜的新型可降解材料或生物传感器的产生。这些可能性源于使用激光操作和控制生物膜生长。

4. 研究人员如何使用激光波长进行实验？
研究人员使用枯草杆菌进行实验，使用波长为473纳米的蓝色激光和可调谐的波长范围在700至1000纳米的近红外激光进行光学囚笼实验。他们发现使用820-830纳米波长的激光可以实现对生物膜团簇的长期光学囚笼控制。

5. 研究人员如何通过光学囚笼操作细菌团簇？
研究人员发现采用光学囚笼可以转移和操作围绕光学囚笼聚集的细菌团簇。他们还通过在光学囚笼附近刺激细菌聚集来创建细菌微结构。

6. 这项研究的潜在影响是什么？
研究人员认为，这种方法不仅适用于控制枯草杆菌等细菌的生物膜生长，还适用于其他类型的生物膜形成微生物。

7. 研究人员打算如何继续研究？
研究人员计划利用他们的发现开发从细菌构建结构的过程。他们相信，将来他们将能够利用常见的细菌等可获得的资源创建微观建筑材料。

关键术语和俚语表达的定义：

1. 生物膜 – 由细菌等微生物及其附着于表面和化合物形成的层状结构。
2. 光学囚笼 – 使用光束来操作或控制细菌等粒子的设备。
3. 生物工程 – 结合生物学和工程学的科学领域，用于开发新的生物医学技术和产品。

建议相关链接（指向主域名）：

1. 加利福尼亚州立大学北岭分校

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