Article de méthode
Le présent protocole décrit une plateforme microfluidique pour étudier le développement de biofilms dans des milieux poreux quasi-2D en combinant l’imagerie microscopique à haute résolution avec des mesures simultanées de différence de pression. La plateforme quantifie l’influence de la taille des pores et des débits de fluide dans les milieux poreux sur le biocolmatage.
Les biofilms bactériens se trouvent dans plusieurs milieux poreux environnementaux et industriels, y compris les sols et les membranes de filtration. Les biofilms se développent dans certaines conditions d’écoulement et peuvent obstruer les pores, redirigeant ainsi l’écoulement local du fluide. La capacité des biofilms à obstruer les pores, ce qu’on appelle le biocolmatage, peut avoir un effet considérable sur la perméabilité locale du milieu poreux, créant une accumulation de pression dans le système et ayant un impact sur le flux massique qui le traverse. Pour comprendre l’interaction entre la croissance du biofilm et l’écoulement du fluide dans différentes conditions physiques (p. ex., à différentes vitesses d’écoulement et tailles de pores), dans la présente étude, une plateforme microfluidique est développée pour visualiser le développement du biofilm à l’aide d’un microscope dans des conditions physiques contrôlées imposées de l’extérieur. L’accumulation de pression induite par le biofilm dans le milieu poreux peut être mesurée simultanément à l’aide de capteurs de pression et, plus tard, corrélée avec la couverture de surface du biofilm. La plateforme présentée fournit une base de référence pour une approche systématique visant à étudier le biocolmatage causé par les biofilms dans les milieux poreux dans des conditions d’écoulement et peut être adaptée à l’étude d’isolats environnementaux ou de biofilms multi-espèces.
Les biofilms - colonies bactériennes intégrées dans une matrice autosécrétée de substances extra-polymères (PSE) - sont omniprésents dans les milieux poreux naturels, tels que les sols et les aquifères1, et les applications techniques et médicales, telles que la bioremédiation2, la filtration de l’eau3 et les dispositifs médicaux4. La matrice du biofilm est composée de polysaccharides, de fibres protéiques et d’ADN extracellulaire5,6, et dépend fortement des micro-organismes, de la disponibilité des nutriments, ains....
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1. Préparation de plaquettes de silicium
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Pour la présente étude, un dispositif microfluidique avec trois canaux microfluidiques parallèles avec différentes tailles de pores a été utilisé (Figure 1) pour étudier systématiquement la formation de biofilm dans des milieux poreux. Le processus de formation du biofilm a été visualisé à l’aide de la microscopie à fond clair. Les cellules bactériennes et le biofilm sont apparus dans les images sous forme de pixels plus foncés (Figure 2). De plus, un processus .......
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Les analogues de milieux poreux microfluidiques couplés à des capteurs de pression fournissent un outil approprié pour étudier le développement du biofilm dans les milieux poreux. La polyvalence dans la conception du milieu poreux microfluidique, en particulier la disposition des piliers, y compris le diamètre, les formes irrégulières et la taille des pores, permet l’étude de nombreuses géométries. Ces géométries vont des pores simples aux obstacles très complexes et disposés de manière irrégulière imitant différents mil.......
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Les auteurs ne déclarent aucun conflit d’intérêts.
Les auteurs saluent le soutien de la 179834 de subsides PRIMA du FNS (à E.S.), le financement discrétionnaire de l’ETH (à la R.S.), le Zurich Research Grant (à R.S. et J.J.M.) et le financement discrétionnaire de l’Eawag (à J.J.M.). Les auteurs tiennent à remercier Roberto Pioli pour avoir illustré la configuration expérimentale de la figure 1B et Ela Burmeister pour la préparation de la plaquette de silicium.
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| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Filtre à seringue Acrodisc 25 mm, 1,2 & micro ; m Versapor Membrane | Pall Corporation | PN4190 | 1.2 & micro ; Filtres |
| BD 10 mL Seringue (Luer-Lock) | BD | 300912 | utilisé pour remplir le canal avec de l’eau désionisée |
| Box Incubator | Life Imaging Services | utilisés pour avoir une température stable pendant l’expérience de croissance du biofilm | |
| Densimètre cellulaire CO8000 | WPA biowave | OD mètre | |
| Flacon de centrifugeuse | Eppendorf | 30120086 | 1,5 mL |
| CETONI Base 120 | CETONI GmbH | Pousse-seringue | |
| CorelCAD | Logiciel CorelDRAW | utilisé pour la conception des géométries des canaux microfluidiques | |
| Tubes de culture (14 mL, stériles) | greiner bio-one | Tubes de culture | |
| Four de séchage, VENTI-Line | VWR | Four pour durcir le PDMS | |
| Handy | Migros | Solution détergente | |
| Chaud plaque avec contrôle de la température | VRW | pour durcir le collage du verre PDMS après le traitement au plasma | |
| ImageJ | FIDJI ; | Logiciel d’analyse d’images | |
| Innova 42 Inc Shaker (Nouveau-Brunswick) | Incubateur | Eppendorf | |
| Isopropanol (> 99,8 %) | Sigma Aldrich | 67-63-0 | |
| Tube de transfert Masterflex | Masterflex | HV-06419-05 | 0.020'' ID, 0.06'' |
| OD Micro Slides, Plain, 75 x 60 mm | Corning | 2947-75X50 | Lames en verre |
| Capteur de pression microfluidique (1 bar) | Elveflow | Capteurs de pression | |
| Miltex Biopsy puncher, diamètre 1,5 mm | Integra | Puncher pour faire les trous d’entrée et de sortie du canal microfluidique | |
| mrDev600 développeur Microresist | |||
| Nikon Eclipse Ti2 | Nikon Instruments | Microscope | |
| Bouillon nutritif n° ; 3 | Sigma Aldrich | ||
| Omnifix avec Luer-Lock | B.Braun | seringues de différents volumes | |
| Chambre à plasma Zepto | Diener Electronic | ZEPTO-1 ; | utilisé pour lier au plasma le PDMS et la lame de verre |
| Lingettes de précision (Kimtech Science) | Kimberly Clark | KCP-7552 | pour le séchage de la lame de verre |
| Balance | VWR-CH | 611-2605 | utilisée pour peser le rapport élastomère/agent de réticulation |
| Plaquette de silicium (10 cm) | Silicon Materials Inc. ; | N//Phos < 100> 1-10 & Oméga ; cm | |
| Spincoater, Module de centrifugation SM150 | Sawatec | ||
| SU8 3050 Photoresist | Kayakuam | ||
| Sü ; ss MA6 Aligneur de masque | SUSS MicroTec Group | utilisé pour l’alignement du masque en verre chromé | |
| Sylgard 184 | Dow Corning | kit d’élastomère de silicone ; agent de durcissement | |
| Techni Etch Cr01 | Technic | ||
| Technic Boîte de culture tissulaire 150 | TPP | 93150 | |
| Trichloro (1H, 1H, 2H, 2H perfluorooctyle) silane | Sigma Aldrich | Sigma Aldrich | utilisé pour silaniser la plaquette de silice |
| Veeco Dektak 6 M | Profilomètre | Veeco |
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