利用螢光定量技術協助新型抗菌材料研發
2026-06-05
結合 CFU 與 EzCube 綠光螢光分析：探究 PGAIC 塗層之殺菌機制
應用摘要
桌上型螢光儀通常會被認為是拿來做精確核酸定量的工具，但在某些研究情境中，它的用途其實不只如此。
在日本愛媛大學與高知大學研究團隊發表於《Journal of Coatings Technology and Research》的研究中，科學家開發出一種名為 PGAIC（poly-γ-glutamate-based ionic complex）具多重病原抑制潛力的新型抗菌塗層，並評估其對 SARS-CoV-2、沙雷氏菌與皮膚癬菌等多種病原的抑制效果。
為了進一步分析材料造成的細胞損傷與致死變化，研究團隊結合 CFU 菌落計數法與 PI 螢光分析法，其中 EzCube 螢光儀被用於致死細胞的螢光定量分析，協助研究團隊追蹤細胞膜受損後的螢光訊號變化。
文獻來源：本文引用 Onari 與 Ashiuchi 發表於《Journal of Coatings Technology and Research》的研究，該研究探討 PGAIC 作為超廣譜微生物抑制塗層的開發與應用。
Table of contents
- 研究背景：抗菌效能的多面向評估
- 實驗設計：致死細胞之定量分析
- 數據實證：高精度的定量基礎
- 科學洞察：觀察抗菌材料的作用機制
- 延伸應用：建立完整的研發工作流
- 結論
- 延伸資訊
- 從這篇研究可以看見什麼？
- 參考資料
Table of contents
- 研究背景：抗菌效能的多面向評估
- 實驗設計：致死細胞之定量分析
- 數據實證：高精度的定量基礎
- 科學洞察：觀察抗菌材料的作用機制
- 延伸應用：建立完整的研發工作流
- 結論
- 延伸資訊
- 從這篇研究可以看見什麼？
- 參考資料
研究背景：抗菌效能的多面向評估
在開發新型抗菌材料時，僅了解細菌的存活數量是不夠的，研究人員還需要進一步掌握細胞膜受損與致死變化，才能更完整地理解材料的作用方式。
為了更完整評估抗菌效能，研究團隊同時採用了 CFU 菌落計數法與 PI 螢光分析法，藉由兩者的互補特性，建構完整的殺菌分析架構：
- CFU 菌落計數法：量測存活潛力
這是微生物學常見的經典方法。研究團隊透過培養與菌落計數，觀察病原體在接觸材料後，是否仍具備後續生長與繁殖能力，也就是論文中所提到的 survival potential。
- PI 螢光分析法：量測致死細胞變化
為了掌握細胞受損狀況，團隊利用 Propidium Iodide（PI）標記膜完整性受損的細胞。由於 PI 無法穿透完整細胞膜，只會進入膜受損細胞。因此可透過螢光訊號變化，估算致死細胞數量與致死率（lethal rates）。
透過並用這兩種方法，研究團隊得以觀察到「存活數下降」與「致死訊號上升」之間的動態差異，這對解析 PGAIC 塗層的殺菌機制相當關鍵。
實驗設計：致死細胞之定量分析
在致死細胞分析（Lethal cells assay）的流程中，研究團隊利用 EzCube 螢光儀的綠光通道，進行螢光強度測定。其流程如下：
- 樣本製備：將處理過的細菌懸浮液與 PI 試劑混合。
- 孵育時間：在 25 °C 下孵育 5 分鐘。
- 儀器讀值：使用 EzCube 的綠光激發波段（490–535 nm），並於 564–650 nm 放射波長範圍下量測螢光訊號，取得相對螢光單位（RFU）。
（流程參考自論文 Materials and Methods：Lethal cells assay 章節）
數據實證：高精度的定量基礎
為了讓螢光訊號能轉換為可分析的科學數據，研究團隊使用 EzCube 建立致死細胞校正曲線。在細菌濃度3.0 × 10⁷ to 4.8 × 10⁸ cells/mL的範圍內，EzCube量測結果呈現極高線性：R² = 0.9993。
圖說：使用 EzCube 螢光儀進行 PI 螢光致死細胞分析之校正曲線，顯示 RFU 與估算致死細胞數之間具高度線性關係（R² = 0.9993）。
研究團隊也建立了校正曲線（y=505.6x），其中，y 代表相對螢光單位（RFU），x 代表估算致死細胞數。這讓研究團隊能將 PI 螢光訊號轉換為估計致死細胞數（estimated lethal-cell counts），為後續機制分析提供量化依據。
科學洞察：觀察抗菌材料的作用機制
這套互補的量測系統，協助研究團隊觀察到 PGAIC 塗層獨特的「Capture–Killing–Release」（捕獲、殺滅、釋放）循環機制。
數據變化也進一步指出，細菌在接觸 PGAIC 塗層後，會先被材料表面捕獲，隨後螢光訊號隨時間逐步上升。這顯示細胞膜並非立即裂解（Lysis），而是隨時間逐步產生受損變化。
在長達 10 小時的實驗週期中，研究團隊利用 EzCube 取得穩定的螢光定量數據，藉此追蹤懸浮液中致死細胞的變化趨勢，並為其殺菌動力學過程驗證提供了量化證據。
延伸應用：建立完整的研發工作流
本案例展示了 EzCube 在微生物活性分析中的應用彈性，也說明螢光定量儀可與其他量測工具整合，提升資料判讀的一致性。
- 起始基準校正：
在實際應用中，若能先以 EzDrop 1000C 分光光度計監測菌液 OD600 濃度，可幫助研究人員建立較一致的起始基準，再進行後續螢光量測與殺滅率分析。
- 分子生物螢光定量：
除了微生物研究，EzCube 同時也是高靈敏核酸樣品定量工具。EzCube 具備 Blue / Green / Red 三個螢光通道，可搭配 EzQuant Quantification Assay Kits 進行 DNA/RNA 定量，支援 NGS、qPCR 等分子生物學流程中的樣品定量需求。
結論
總結來說，EzCube 螢光儀除了常見的核酸定量外，也可應用於微生物活性分析與抗菌材料研究中的螢光定量流程。
透過 PI 螢光分析與綠光激發通道的應用，研究團隊得以追蹤致死細胞變化，並進一步觀察 PGAIC 塗層的作用機制。
對於需要兼顧核酸定量、細胞分析與微生物研究需求的實驗室而言，EzCube 提供了一種具備應用彈性與穩定量測能力的螢光分析工具選擇。
延伸資訊
研究方法速覽
| 項目 | 論文內容 |
|---|---|
| 分析方法 | Lethal cells assay on PI fluorescence |
| 染劑 | Propidium Iodide（PI） |
| 儀器 | EzCube Fluorometer |
| 激發波長 | 490–535 nm |
| 放射波長 | 564–650 nm |
| 孵育條件 | 25 °C，5 分鐘 |
| 讀值 | Relative fluorescence units（RFU） |
| 校正曲線 | y = 505.6x |
| 線性範圍 | 3.0 × 10⁷–4.8 × 10⁸ /mL |
| 線性表現 | R² = 0.9993 |
本研究使用 EzCube 的 490–535 nm 綠光激發範圍進行 PI 螢光量測，因此本文以「EzCube 綠光螢光分析」描述其在此研究中的應用角色。
從這篇研究可以看見什麼？
1. EzCube 是否只能用於 DNA/RNA 定量？
不只如此。這篇研究中，EzCube 被用於 PI 螢光分析中的致死細胞定量，顯示其應用可延伸至微生物活性分析與抗菌材料研究。
2. 研究中使用 EzCube 的哪一個螢光通道？
論文中使用 EzCube 的綠光激發波段（490–535 nm），並於 564–650 nm 放射波長範圍下量測 PI 螢光訊號。
3. 為什麼研究團隊要同時使用 CFU 與 PI 螢光分析？
CFU 菌落計數法可評估病原體接觸材料後的存活潛力；PI 螢光分析則可量化膜完整性受損的致死細胞變化。兩者互補，有助於觀察 PGAIC 塗層的殺菌動態與作用機制。
參考資料
- Onari, T., & Ashiuchi, M. (2026). Rapid formulation and application of poly-γ-glutamate into an ultrabroad-spectrum, safer microbicidal coating. Journal of Coatings Technology and Research. [DOI: 10.1007/s11998-025-01239-9]
- 產品資訊：
審稿人
Jeffrey Lai 賴智偉
藍光生物科技 產品經理
Jeffrey 在生命科學產業深耕超過 30 年，曾任知名美商 PCR 品牌與台灣經銷商，帶領技術支援團隊與無數研究人員並肩作戰，克服各種棘手實驗難題。Jeffrey 將這些深厚的實務經驗注入開發，為藍光生技打造出既創新又貼近使用者需求的實用產品。工作之餘，Jeffrey 則化身熱血重機騎士，喜歡騎車環島，探索台灣各地的絕美公路。
