利用光和基因工程细菌，斯坦福大学的研究人员能够塑造细菌群落的生长。从波尔卡圆点到条纹到电路，它们可以在一夜之间呈现错综复杂的设计。该技术在3月19日在美国国家科学院的会议记录中描述，可以实现以25微米的分辨率生长的生物膜，其大约是一粒食盐的大小的四分之一。
“生物工程学助理教授Ingmar Riedel-Kruse说：”地球上的大多数细菌都生活在生物膜群落中，而生物膜在健康疾病中非常重要 - 例如我们牙齿上的菌斑或导管细菌感染。该文件。“了解生物膜的功能如何在许多层面上是一个重要问题。”
该组织表示，该技术可以阐明生物膜如何生长并导致新型生物材料或合成微生物群落的开发，这些新型生物材料或微生物群落可用于小型设备或系统，如微流控芯片或基于生物膜的电路。
生物膜光刻
该小组的技术依赖于他们基因工程的大肠杆菌细菌分泌粘性蛋白质以响应特定波长的蓝光。当他们将适当波长的光照射在修饰细菌培养皿上的所需图案上时，细菌粘附在光照区域，形成图案形状的生物膜。研究人员称他们的技术生物膜光刻与制造电子电路中使用的光刻相似。
存在其他图案化细菌群落的技术，包括用喷墨打印机沉积它们，或者用在特定区域中偏向细菌生长的化学物质预先形成培养表面图案。然而，生物膜光刻具有速度快，简单，分辨率高以及与各种表面环境（包括封闭的微流体装置）兼容的优点，研究人员说。
使用生物膜光刻技术进行复杂的设计可能有助于探索细菌群落的动态。
“生物膜与其他细菌存在于一个社会环境中，”生物工程研究生Xiaofan Jin说。他是该论文的主要作者。“这些细菌之间的相互作用通常是由它们相对于彼此生长的地方决定的，并且这可能是确切指定某些物种能够在何时何地存活于细菌群体中的极好工具。”
在测试生物膜光刻技术时，研究人员已经发现了一个新的见解。他们认为细胞在照明区域内外游动会产生模糊的图案，但设计出奇地尖锐。这些清晰的图像使得该小组得出结论，许多细菌必须已经弱结合到培养表面上。而不是巡视盘子，看起来细菌不断地在表面上跳跃和跳跃。
Riedel-Kruse解释说：“在文献中，关于某些细菌物种如何形成生物膜有不同的模型。“至少在这个物种中，我们认为我们为这一假设提供了额外的证据。”
硅灵感
巧合的是，研究人员用生物膜获得的25微米分辨率与第一种硅光刻法类似，这促成了硅半导体的广泛成功。同样，研究人员看到了许多多功能和有影响力的细菌设计应用。
“我们希望这个工具可以用于进一步了解天然和合成细菌群落，”Jin说。“我们也看到了让这些社区做有用的事情的潜力，如代谢生物合成或分布式生物计算。甚至有可能创造新型生物材料，如导电生物膜电路。“
研究人员目前正在采取措施，通过生物膜光刻技术同时生长多种细菌菌株，以形成多种群落。特别是，他们希望了解生物膜中的细菌如何共享抗生素抗性 - 这是一个具有重大临床意义的问题，因为生物膜以顽固抗生素治疗而闻名。