用磁性纳米技术快速检测土壤中的微生物

微生物广泛存在于各类生态系统中，在土壤养分循环、海洋氧气产生等方面发挥着关键作用。然而，超过98%的微生物因无法通过传统实验室方法培养而未被发现（即“平板计数异常”现象），这极大限制了我们对微生物生态学的理解、群落功能的预测以及新型生物治疗药物的发现。

为解决这一问题，模拟自然环境的微生物培养系统成为研究热点，但现有技术存在局限：隔离芯片（iChip）虽能在原生土壤中培养微生物，却成本高、微加工复杂；液滴微流控虽高通量，却物理稳定性差、半透性不足，长期培养易破裂。为此，本研究开发了磁性纳米培养装置（MNCs），结合了液滴微流控的高通量特性与iChip的环境交互能力。

该装置通过水/油/水双重乳液技术生成，内层为纳升级微生物培养液，中间层是含氧化铁纳米颗粒（MNPs）的聚二甲基硅氧烷（PDMS）半透膜外壳，外层为聚乙烯醇溶液。PDMS外壳经交联具有机械稳定性，氧化铁纳米颗粒赋予其磁驱动功能，可从土壤等复杂环境中定向回收。研究通过优化发现，5nm氧化铁纳米颗粒在500ppm浓度下能最佳平衡光学透明度（便于观察微生物生长）、磁响应性（平均移动速度达120±20μm/s）和机械强度。

实验表明，该装置对金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌和大肠杆菌无毒性，可支持其正常生长。在pH 7条件下，荧光标记的铜绿假单胞菌和大肠杆菌在装置内增殖良好；通过磁场可实现磁性与非磁性纳米培养装置的分选，且在模拟土壤环境（二氧化硅珠、沙滩沙）中回收率超98%。

这项研究为培养难培养微生物提供了新工具，但其目前局限于二维模拟环境，未来需在三维复杂土壤或真实环境微生物组中进一步验证。