光流激光器研究的最新进展为生物过程监测开辟了新前沿

光流生物激光器（Optofluidic biolasers）由于其强大的光-物质相互作用和微小的尺寸，已经成为生物医学分析领域极具前景的一种工具。光流激光器研究的最新进展为生物过程监测开辟了新前沿。然而，大部分生物激光器需要在单腔水平上精确记录激光光谱，这限制了它们的高通量应用。

据麦姆斯咨询报道，新加坡南洋理工大学领导的研究团队利用标准喷墨打印机开发了一种新方法，可用于监测细菌和抗生素之间细微的相互作用。他们的方案实现了一种能够支持直接药物筛选应用的一次性“片上活体激光器”。

研究人员称，这项技术可以利用微纳米激光技术实现高灵敏且高通量的测试。

新加坡南洋理工大学电机与电子工程学院Yu Cheng Chen教授在这项研究中介绍，这种活体激光器包含利用办公室标准喷墨打印机打印的多个微型激光器，可以作为一种高灵敏度且免培养的生物传感器，并能够在几秒钟内实现大尺寸制作。该传感器可用于将活细菌封存在微小的水滴中。除了一次性使用，该系统还可以清洗。

这项技术的价值在于实现了传统技术的改进需求，传统技术需要较长的时间来显示细菌和抗生素的药物相互作用，即使有时这种相互作用比较明显，并且可能并不是最佳的敏感响应。

研究人员通过三个步骤构建了这种传感器，首先用能够识别细胞中DNA和RNA的核酸酸性染料标记细菌；然后，将细胞和细胞培养基注入办公室喷墨打印机，再将抗生素药物直接添加到打印头中；然后将半球状微滴以阵列的形式打印在镜面芯片上。

用激光束扫描上述“活体激光器阵列”，由回音壁模式（Whispering-Gallery Modes， WGM）产生发射图像。由于药物与细菌的相互作用，这些WGM本身得到增强，从而产生更强的激光发射。在这个过程中，细胞膜被破坏，随着时间的推移，更多的荧光DNA或增益分子释放进入液滴。

由于激光信号对液滴界面处染料分子的变化非常敏感，因此系统能够捕捉到释放的DNA的微小变化，从而导致激光发射和增益分布的显著变化。测试结果最终表明，这种激光发射图像分析比荧光图像分析敏感两个数量级，此外，荧光图像分析还会随时间而饱和。

Yu Cheng Chen教授说：“我们的研究结果表明，激光产生过程中的放大作用使我们能够量化增益介质中生物过程的微小变化。”

该研究论文的共同作者、新加坡南洋理工大学的Shilun Feng介绍称，研究小组将微流控技术与片上激光技术相结合的方法，还可以应用于高灵敏度排列活体物种。

Shilun Feng表示：“对病毒药物筛选的需求正在快速增长，这项技术甚至可以实现病毒或细菌在微滴中的培养，并监测与药物的动态相互作用。”

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