生物膜是细菌粘在表面上时形成的粘稠层，使细菌能够保护自己免受极端环境的影响。作为抗生素耐药细菌的来源，生物膜会在医疗保健和其他行业引起严重问题。相反，无害细菌的生物膜可用于开发新的生物材料。光学控制生物膜形成的能力可以使科学家利用这些微生物层来开发和增强生物工程应用。
加州州立大学北岭分校的研究人员研究了使用光学捕获来调节细菌聚集和生物膜发育。在这项工作中，该团队使用了不同波长的激光，并确定了哪些波长支持细菌生物膜的形成，哪些波长抑制了它。
尽管科学家们已经证明，合成和化学方法可用于激活和控制生物膜，并将生物膜设计成特定的空间结构，但物理学教授安娜·贝兹里亚迪娜和她在贝兹里亚迪纳实验室的团队希望探索使用光学方法来控制生物膜动力学。Bezryadina实验室专门从事量子和非线性生物光子学研究。
“生产微观组件通常需要高度技术化的制造过程，但我们发现光学镊子可用于精确控制单个细菌或细菌簇的位置，”Bezryadina说。“这使我们能够在微观水平上以高精度影响细菌结构的生长模式。
该团队使用 473 nm 蓝色激光器和近红外Ti：sapphire 激光器进行了光学捕获实验，该激光器可以在 700 到 1000 nm 之间调谐。这些激光被用来操纵枯草芽孢杆菌的生物膜发育，枯草芽孢杆菌是一种自然形成生物膜的非致病性细菌。为了刺激生物膜的产生，研究小组使用了对细菌不利的低营养环境。在获得小的生物膜簇后，他们进行了光学捕获实验。
研究人员发现，用近红外激光在820至830nm之间的低吸收波长范围内照射细菌，可以延长生物膜簇的光学捕获时间，并最大限度地减少显着的光损伤。相反，以高光吸收照射细菌会导致细胞破裂和生物膜簇崩解。
