光流激光器研究的最新進展為生物過程監(jiān)測開辟了新前沿

光流生物激光器（Optofluidic biolasers）由于其強大的光-物質相互作用和微小的尺寸，已經(jīng)成為生物醫(yī)學分析領域極具前景的一種工具。光流激光器研究的最新進展為生物過程監(jiān)測開辟了新前沿。然而，大部分生物激光器需要在單腔水平上精確記錄激光光譜，這限制了它們的高通量應用。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，新加坡南洋理工大學領導的研究團隊利用標準噴墨打印機開發(fā)了一種新方法，可用于監(jiān)測細菌和抗生素之間細微的相互作用。他們的方案實現(xiàn)了一種能夠支持直接藥物篩選應用的一次性“片上活體激光器”。

研究人員稱，這項技術可以利用微納米激光技術實現(xiàn)高靈敏且高通量的測試。

新加坡南洋理工大學電機與電子工程學院Yu Cheng Chen教授在這項研究中介紹，這種活體激光器包含利用辦公室標準噴墨打印機打印的多個微型激光器，可以作為一種高靈敏度且免培養(yǎng)的生物傳感器，并能夠在幾秒鐘內(nèi)實現(xiàn)大尺寸制作。該傳感器可用于將活細菌封存在微小的水滴中。除了一次性使用，該系統(tǒng)還可以清洗。

這項技術的價值在于實現(xiàn)了傳統(tǒng)技術的改進需求，傳統(tǒng)技術需要較長的時間來顯示細菌和抗生素的藥物相互作用，即使有時這種相互作用比較明顯，并且可能并不是最佳的敏感響應。

研究人員通過三個步驟構建了這種傳感器，首先用能夠識別細胞中DNA和RNA的核酸酸性染料標記細菌；然后，將細胞和細胞培養(yǎng)基注入辦公室噴墨打印機，再將抗生素藥物直接添加到打印頭中；然后將半球狀微滴以陣列的形式打印在鏡面芯片上。

用激光束掃描上述“活體激光器陣列”，由回音壁模式（Whispering-Gallery Modes， WGM）產(chǎn)生發(fā)射圖像。由于藥物與細菌的相互作用，這些WGM本身得到增強，從而產(chǎn)生更強的激光發(fā)射。在這個過程中，細胞膜被破壞，隨著時間的推移，更多的熒光DNA或增益分子釋放進入液滴。

由于激光信號對液滴界面處染料分子的變化非常敏感，因此系統(tǒng)能夠捕捉到釋放的DNA的微小變化，從而導致激光發(fā)射和增益分布的顯著變化。測試結果最終表明，這種激光發(fā)射圖像分析比熒光圖像分析敏感兩個數(shù)量級，此外，熒光圖像分析還會隨時間而飽和。

Yu Cheng Chen教授說：“我們的研究結果表明，激光產(chǎn)生過程中的放大作用使我們能夠量化增益介質中生物過程的微小變化?！?/p>

該研究論文的共同作者、新加坡南洋理工大學的Shilun Feng介紹稱，研究小組將微流控技術與片上激光技術相結合的方法，還可以應用于高靈敏度排列活體物種。

Shilun Feng表示：“對病毒藥物篩選的需求正在快速增長，這項技術甚至可以實現(xiàn)病毒或細菌在微滴中的培養(yǎng)，并監(jiān)測與藥物的動態(tài)相互作用。”

責任編輯：lq