Создано оптоволокно, притягивающее микробы

Как собрать то, что практически невозможно обнаружить? Сконцентрируйтесь. Этим принципом руководствовались исследователи из столичного университета Осаки, которые разработали фотоактивный метод сбора микробов из раствора.

Описанный в журнале Communications Physics метод также позволяет идентифицировать наночастицы и другие объекты микро- и нанометрового размера, которые могут влиять на иммунную систему и усугублять течение заболевания.

«Традиционные методы либо отнимают много времени, требуют сложного оборудования, либо ограничиваются сбором объектов только у поверхности или в узкой фокусной зоне», — говорит профессор Иида Такуя, возглавлявший исследование.

Культивирование бактерий в лаборатории может занять несколько дней, а даже более быстрые иммуноанализы на основе антител по-прежнему требуют нескольких часов. В поисках быстрой, но чувствительной альтернативы ученые обратились к чему-то, что само по себе обладает этими свойствами: свету.

Они создали оптическое волокно с тонким металлическим покрытием, которое действует как локальный источник тепла. Когда лазерный луч попадает на волокно, позолоченный кончик поглощает свет и преобразует его в тепло. Этот локальный нагрев заставляет жидкость двигаться и образовывать микроскопические пузырьки в окружающей среде. В совокупности эти эффекты вызывают конвекцию Марангони — потоки, которые переносят бактерии и частицы и концентрируют их между пузырьком и концом волокна.

«В отличие от традиционных фототермических методов, которые работают в основном в двух измерениях вдоль поверхности, наша система захватывает объекты внутри жидкости со всех направлений», — отмечает Иида.

Благодаря этому из образца объемом 20 микролитров всего за 60 секунд можно собрать от нескольких тысяч до сотен тысяч бактерий или микрочастиц. Это более чем в 10 раз эффективнее традиционных подходов.

«Мы показали, что для достижения высокой эффективности концентрации не требуются сложные оптические схемы и что компактный оптоволоконный подход может значительно улучшить сбор частиц в жидких средах», — пояснил профессор.

Исследователи планируют интегрировать этот метод оптической конденсации с последующими аналитическими инструментами, такими как оптическое зондирование и спектроскопия, и протестировать его на более широком спектре материалов и в различных условиях.

«В конечном итоге мы стремимся создать универсальный и надежный метод для быстрого и чувствительного анализа небольших образцов жидкости, способствуя развитию биоаналитических исследований, мониторинга окружающей среды и связанных с ними аналитических технологий», — заключил биофизик.