大阪市立大學的研究人員開發出一種光驅動檢測技術，能在短短一分鐘內將數千個細菌集中到一個點，這一成果是現有方法的十倍提升，可能顯著加速危險病原體如大腸桿菌 O157 的診斷。這項研究由大阪市立大學研究生院的教授飯田拓也領導，該技術使用了一根標準商用的多模光纖，去除了其聚合物包覆層，並在端部塗覆了一層通過離子濺射技術施加的 10 納米金薄膜，將普通光纖轉變為精密的細菌收集工具。
現有方法的問題在於，許多傳統技術耗時較長，需複雜的儀器，或僅限於在表面或狹窄焦點區域內收集目標。飯田表示，培養細菌菌落需要數天時間，即使是更快的抗體免疫分析法（如快速抗原檢測）仍需數小時。許多有害細菌，包括大腸桿菌 O157，能在極低濃度下引發嚴重疾病，這意味著在樣本中它們往往過於稀疏，無法可靠檢測，必須先進行濃縮。
新技術顯著提高細菌檢測效率
當激光束照射進光纖時，金塗層的光纖端部吸收光線並將其轉化為熱量。這種局部加熱會誘導周圍液體的流動和微觀氣泡的形成，而這個氣泡正是該技術的功能核心。光纖可在所選深度懸掛於液體中，隨後產生的對流同時從側面以及上下方向進入。早期的光熱方法將金塗層的平面基材放置在樣本底部並從下方加熱，僅能水平拉動細菌，沿著表面流動，摩擦減慢了流速。而光纖的幾何形狀則完全消除了這一限制，使其能從液體樣本中的任何位置進行三維光學凝聚。
當光纖遠離基材時，該模組能在 60 秒內從 20 微升的樣本中收集 10³ 至 10⁵ 個細菌和微粒。這一方法的組裝效率比傳統的二維光熱方法提高了十倍以上，通過水平和垂直對流集中超過 10% 的所有目標物體。在實際操作中，之前可能從樣本中收集到約 1,000 個細菌的設備，現在能在相同體積的時間內收集多達 100,000 個。這一濃縮步驟使得在微量濃度下的下游檢測成為可能，一旦目標物體被包裝到單一位置，標準的光學傳感器或光譜工具便能可靠地識別它們。
該技術同樣不僅限於細菌，還可以識別納米粒子和其他影響免疫系統並加重疾病的微觀和納米級實體。研究團隊計劃將光學凝聚模組與下游分析工具（包括光學傳感和光譜分析）整合，並在更廣泛的目標材料和樣本條件下進行測試。飯田表示，我們最終目標是開發出一種多功能且可靠的快速靈敏分析方法，應用於小體積液體樣本，為生物分析研究、環境監測及相關分析技術的未來發展作出貢獻。
20 微升的樣本體積相當顯著，約為單一小液滴的量，這表明該技術朝著可供臨牀環境或環境監測使用的便攜式診斷工具邁進，而不再需要將樣本送往實驗室並等待數天的培養結果，這在疾病控制結果上具有實際意義。該研究最初發表於《通訊物理》期刊上。
項目 規格 樣本體積 20 微升 金薄膜厚度 10 納米 細菌收集數量 10³ 至 10⁵ 個
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