生物膜是细菌粘附在表面形成的粘稠层，它使细菌能够保护自己免受极端环境的伤害，甚至能够躲避抗生素。在一项新的研究中，光阱形式的激光可以用来控制生物膜的形成，因此利用这些微生物层能够进行各种生物工程应用。
图1 基于激光的光学陷阱可以用来控制生物膜的形成。使用不同波长的激光可以用来刺激和抑制生物膜的生长
加利福尼亚州大学北岭分校的团队负责人Anna Bezryadina说：“生产显微组分通常需要高度的技术制作方法，但我们发现，光镊可以用来精确控制单个细菌或细菌群的位置。这使得我们能够在微观水平上高精度地影响细菌结构的生长模式。”
该团队报告了他们使用光学陷阱来调节细菌聚集和生物膜发展的实验。他们发现不同类型的激光可以用来刺激和抑制生物膜的生长。
Bezryadina说：“我们甚至可以创建一种细菌乐高积木块，可以移动、粘在一起，并根据需要销毁。例如，该工作可能导致新类型的生物降解材料或新一代的生物膜为基础的生物传感器。”
利用光控制细菌生长
大多数生物膜研究集中在机械、化学和生物方法来抑制和控制生物膜。尽管科学家们已经证明，合成和化学方法可以用来激活和控制生物膜，并将生物膜设计成特定的空间结构，但是 Bezryadina团队想要找出光学方法是否可以用来控制生物膜动力学。要做到这一点，需要一个具有先进光学技术和微生物学专门知识的跨学科团队。
该团队用枯草杆菌作实验，这是一种自然形成生物膜的非致病性细菌。他们利用对枯草芽孢杆菌不利的低营养环境促使细菌形成生物膜。在获得小的生物膜团簇之后，他们使用473nm 蓝色激光器或近红外钛宝石激光器进行光学捕获实验，这些激光器可以从700到1000nm 调谐。
他们发现，使用波长在820-830 nm的激光能够延长生物膜团簇的光捕获时间，同时最大限度地减少显著的光损伤。然而，使用473 nm的激光——一种被细菌高度吸收的波长——会造成细胞破裂和生物膜团解体。他们还观察到，用于光学操作的理想细菌群由3至15个细胞组成。
创作模式
当该团队用820 nm波长的光镊研究细菌动力学和生物膜形成。放置一个小时后，他们发现细菌聚集在光捕获集群附近，附着在表面并开始形成微集落。他们还可以将整个样品中光学捕获的细菌簇移动到一个特定的位置，这可能有助于用细菌构建结构。近红外激光似乎没有破坏暴露于高聚焦近红外激光的细菌簇的生物膜形成，这意味着800-850nm范围内的近红外波长可以用于长时间的光捕获，操纵和细菌簇的图案形成。
