光が生み出す流れで生体試料を高速濃縮する金属ナノ薄膜光ファイバー型3次元捕捉技術を開発

2026-02-20 大阪公立大学

大阪公立大学LAC-SYS研究所の林康太特任助教、飯田琢也教授らは、光ファイバ端面に金属ナノ薄膜を被覆した光ファイバ型光濃縮モジュールを開発した。近赤外レーザー照射で発生する光熱効果によりバブルと数mm/sの三次元高速対流を生み、20µL中の約9万個の粒子から1万個を1分で集積、細菌でも最大10%超の集合効率を実証した。従来の平坦基板法の約30倍の濃縮倍率を達成し、任意位置での操作や水平対流など新現象も確認。低コストでアレイ化も容易なため、微生物検査や核酸・タンパク質解析の前処理高速化、食品・環境分野での迅速検出への応用が期待される。成果はCommunications Physicsに掲載された。

光が生み出す流れで生体試料を高速濃縮する金属ナノ薄膜光ファイバー型3次元捕捉技術を開発
図1 (a)本研究で開発した光ファイバ型モジュールによる光濃縮の3次元模式図、(b)基板に垂直な断面、(c)水平な断面での模式図。(d)従来の平坦基板を用いた光濃縮法の模式図。光ファイバ型光濃縮を行った後の(e)光学透過像、および(f)蛍光像(ナノ・マイクロ蛍光ポリスチレン粒子を使用)。

<関連情報>

金コーティング光ファイバーモジュールを用いたナノ粒子および微粒子の高効率3次元光凝縮 Highly efficient three-dimensional optical condensation of nano- and micro-particles using a gold-coated optical fibre module

Kota Hayashi,Mamoru Tamura,Masazumi Fujiwara,Shiho Tokonami & Takuya Iida
Communications Physics  Published:19 February 2026
DOI:https://doi.org/10.1038/s42005-025-02480-9

Abstract

Detecting trace amounts of harmful bacteria and nanoscale biomarkers is essential for early diagnosis and disease prevention. However, conventional methods, such as cultivation and immunoassays, are time-consuming and suffer from limited biological sensitivity. To address these limitations, we developed a rapid and highly sensitive detection method based on optical condensation using a metallic thin-film-coated optical fibre module. Acting as a photothermal source, this module induces convection and bubble formation at the fibre tip, enabling efficient three-dimensional condensation of targets within liquid samples. When positioned away from the substrate, the module assembled 103–105 bacteria and microparticles from a 20 μL sample within 60 s. This approach increased assembly efficiency by more than ten-fold compared with conventional two-dimensional photothermal methods, concentrating over 10% of all target objects through combined horizontal and vertical convection. These findings highlight the potential of this technique for advancing bioanalytical detection, drug delivery and material assembly technologies.

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