2026/03/27
圖文引用自：tc.keguanjp.com
大阪公立大學LAC-SYS研究所的林康太特任助教、飯田琢也教授、牀波志保教授等人研發出了一款在光纖邊緣覆蓋金屬奈米薄膜的光纖型光濃縮模組，通過在任意位置生成氣泡並藉助三維高速對流，僅需1分鐘雷射照射，即可高效集聚1萬個細菌及奈米/微米級螢光聚苯乙烯粒子。該技術成本低廉且易於陣列化，不僅可應用於微生物檢測及生物分子檢測技術，還能助力核酸、蛋白質等多種生物樣本的前處理技術的高通量化。相關研究成果已發表在期刊《Communications Physics》（DOI: https://doi.org/10.1038/s42005-025-02480-9）上。
近年來，各類生物分析技術的研發不斷取得進展，但稀薄樣本的濃縮則是高靈敏度檢測的一大難題。研究團隊此前已開發出了一種利用雷射照射金屬奈米結構產生的熱對流（光誘導對流）與氣泡，可在數分鐘內完成各類生物物質的集聚與檢測的光濃縮技術。具體而言，團隊先後開發出了具有微米級週期性結構的蜂窩基板、類氣泡基板，以及具有奈米級多孔結構的奈米碗狀基板等，並報告了該類基板能以80%以上的高存活率集聚細菌，且可在不損傷蛋白質的前提下加速抗原抗體反應。然而，即便採用這些方法，細菌的聚合效率最高也僅為百分之幾，濃縮效率亟待提升。此外，在基板上生成氣泡時，基板的存在會導致所驅動的對流流速降低，進而對分散質的可輸運範圍、方向與速度形成限制，這已成為提升聚合效率的瓶頸。
此次研發的光纖型光濃縮模組，是在光纖邊緣形成金屬奈米薄膜。將該模組插入樣本內的任意位置，再向光纖中導入近紅外光雷射後，光纖邊緣的金屬奈米結構會作為熱源發揮作用，通過其產生的氣泡與對流，即可在光纖邊緣實現光濃縮。由此，成功以10%以上的高聚合效率實現了分散質的集聚。
僅需通過光纖型光濃縮模組進行1分鐘雷射照射，即可從20微升微量液體樣本中的約9萬個微米粒子（直徑1μm）裏，通過光濃縮完成1萬個粒子的集聚，針對大腸桿菌也取得了相同的結果。無論哪種情況，都成功以最高10%左右的聚合效率在光纖邊緣實現了集聚；理論計算結果顯示，該技術可檢測出液體樣本中低至10個的細菌。
研究人員將該光纖型光濃縮模組插入含微米粒子的分散液中，在遠離基板的液體內任意位置生成氣泡，成功實現了粒子的集聚。此時的濃縮倍數較使用平坦金奈米薄膜的既往方法提升了約30倍。…
