Ein mikrofluidisches Gerät für Echtzeitbildgebung und Druckverfolgung während der Biofilmbildung

Beginnen Sie mit einem mikrofluidischen Gerät, das auf einer Mikroskopbühne montiert ist.

Das Gerät besteht aus einer Polymer-Glas-Baugruppe, die einen Mikrokanal mit zylindrischen Säulen umschließt, die ein poröses Medium nachahmen.

Eine Spritzenpumpe liefert Kulturmedium über eine filterangebrachte Spritze in den Kanal, der über einen Auslassschlauch in einen Abfallbehälter entwässert.

Überwachen Sie den Grunddruck der Flüssigkeit mit einem Sensor, der mit dem Kanal verbunden ist.

Legen Sie den Auslassschlauch in ein Fläschchen mit einer bakteriellen Suspension.

Kehren Sie den Fluss um, bis die Suspension den Kanal füllt, während der Filter verhindert, dass Bakterien in die Spritze gelangen.

Inkubieren, damit die Bakterienzellen an Oberflächen haften, sich vermehren und die Bildung von Biofilmen einleiten können.

Dann entferne den Filter und gib den Auslass zurück in den Abfallbehälter.

Nehmen Sie den Mittelfluss wieder auf und überwachen Sie den Druck, während der Biofilm wächst und den Kanal blockiert.

Nehmen Sie mikroskopische Zeitrafferbilder auf, um das Wachstum des Biofilms im Zeitverlauf zu visualisieren. Korrelieren Sie das Wachstum von Biofilmen mit Druckverschiebungen, um Bioverstopfungen in porösen Medien zu untersuchen.

Beginnen Sie damit, drei Stunden vor dem Experiment den Box-Inkubator des Mikroskops einzuschalten, um eine stabile Temperatur von 25 Grad Celsius sicherzustellen.

Verbinden Sie den Ein- und Auslassschlauch mit dem mikrofluidischen Gerät. Sichern Sie die Verbindung zwischen Schlauch und Spritze, indem Sie eine Nadel mit einem Außendurchmesser von 0,6 Millimetern in den Einlassschlauch einführen. Platzieren Sie das mikrofluidische Gerät, 30 Milliliter deionisiertes Wasser und 30 Milliliter Kulturmedium in einen Vakuum-Desiccator und entfetten Sie sie für mindestens eine Stunde.

Wenn das fertig ist, ziehe langsam das Kulturmedium und das deionisierte Wasser in zwei separate 30-Milliliter-Spritzen. Anschließend wird das mikrofluidische Gerät am Mikroskop montiert und das Auslassrohr in einen Abfallbehälter gelegt. Verbinden Sie die mit deionisiertem Wasser gefüllte Spritze über den Mikrofluidikschlauch an den mikrofluidischen Kanal und injizieren Sie das Wasser langsam, bis es den Ausgang des Drucksensors verlässt.

Füllen Sie den Drucksensor mit Wasser und spülen Sie alle Blasen aus dem Schlauch, der den Mikrofluidkanal mit dem Drucksensor verbindet. Schließe den Auslass des Drucksensors mit den Schrauben, die dem Drucksensor zugeordnet sind. Füllen Sie den Rest des mikrofluidischen Kanals mit deionisiertem Wasser.

Als Nächstes setzen Sie einen 1,2-Mikrometer-Filter auf die Kulturmedienspritze. Entfernen Sie die Wasserspritze und verbinden Sie die Spritze vorsichtig mit dem Einlassmikrofluidikschlauch. Nachdem die Spritze an der Spritzenpumpe montiert ist, spülen Sie den Kanal mit dem Kulturmedium mit einer Durchflussrate von zwei Millilitern pro Stunde für eine Stunde durch.

Danach stellt man die Spritzenpumpe während des Experiments auf die gewünschte Durchflussrate ein und stellt die Druckanzeige der Drucksensoren auf null. Als Nächstes wird 1 Milliliter der Bacillus subtilis NCIB 3610-Kultur mit einer optischen Dichte von 0,1 bei einer Wellenlänge von 600 Nanometern in einem 1,5-Milliliter-Zentrifugenfläschchen gepipettiert. Um die Bakterienkultur in den mikrofluidischen Kanal zu laden, setzen Sie das Auslassrohr in das Zentrifugenfläschchen und warten Sie fünf Minuten, um eventuelle Luftblasen aus dem Ausgang des Rohrs zu entfernen.

Nach dem Erledigen entnehmen Sie 150 Mikroliter bakterielle Lösung mit einer Durchflussrate von 1 Milliliter pro Stunde, bis der Mikrofluidkanal mit der Bakterienkultur gefüllt ist. Dann entferne vorsichtig den Kulturfilter-Spritzenfilter und setze den Auslass in den Abfallbehälter. Lassen Sie die bakteriellen Zellen drei Stunden lang unter Null-Fluss-Bedingungen im mikrofluidischen Kanal, damit ihre Oberflächenanhaftung im porösen Medium entstehen kann.

Um das Experiment zu starten, wird der Fluss gestartet, indem man die Spritzenpumpe auf die gewünschte Durchflussrate stellt und die Druckmessung bei 1 Hertz beginnt, bevor die Bilder der wachsenden Biofilme im gewünschten Zeitintervall, optischen Aufbau und Vergrößerung aufgenommen werden.