Создано притягивающее микробов оптоволокно
Как собрать то, что почти невозможно обнаружить? Сконцентрировать это. Таким принципом руководствовались исследователи из Университета Осаки Метрополитен, разработавшие фотоактивную технику сбора микробов из раствора.
Многие опасные бактерии, такие как кишечная палочка O157, способны даже в небольших экспозициях приводить к тяжелым последствиям. Быстрое обнаружение следовых количеств патогенов необходимо для ранней диагностики и предотвращения болезней. Именно это побудило японских биофизиков к разработке методики.
Описанная в журнале Communications Physics, методика позволяет также выявлять наночастицы и другие объекты микро- и нанометрового размера, которые могут влиять на иммунную систему и усугублять течение болезни.
«Традиционные методики либо отнимают много времени, либо требуют сложного оборудования, либо ограничены сбором объектов лишь вблизи поверхности или в узкой фокальной области», — говорит профессор Иида Такуя, руководивший исследованием.
Культивирование бактерий в лаборатории может занять несколько дней, и даже более оперативные иммуноанализы на основе антител все равно требуют нескольких часов. В поисках быстрой, но при этом чувствительной альтернативы ученые обратились к тому, что само обладает этими свойствами — к свету.
Они создали оптическое волокно с тонким металлическим покрытием, которое действует как локальный источник тепла. При подаче лазерного луча в волокно позолоченный наконечник поглощает свет и преобразует его в тепло. Этот локальный нагрев вызывает движение жидкости и образование микроскопических пузырьков в окружающей среде. В совокупности эти эффекты порождают конвекцию Марангони — потоки, которые переносят бактерии и частицы и концентрируют их между пузырьком и торцом волокна.
«В отличие от обычных фототермических методов, работающих в основном в двух измерениях вдоль поверхности, наша система захватывает объекты из всех направлений внутри жидкости», — отмечает Иида.
Благодаря этому всего за 60 секунд из 20-микролитрового образца можно собрать от нескольких тысяч до сотен тысяч бактерий или микрочастиц. Это более чем в 10 раз эффективнее по сравнению с традиционными подходами.
«Мы показали, что для достижения высокой эффективности концентрирования не требуются сложные оптические схемы, и что компактный волоконно-оптический подход способен значительно улучшить сбор частиц в жидких средах», — пояснил профессор.
В планах исследователей — 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 различных условиях.
«В конечном итоге мы стремимся создать универсальный и надежный метод для быстрого и чувствительного анализа небольших жидких образцов, что способствует прогрессу в области биоаналитических исследований, экологического мониторинга и смежных аналитических технологий», — заключил биофизик.
