נדונים פרוטוקולים לחקר היווצרות ביופילם במכשיר מיקרופלואידי, המחקה מדיה נקבובית. המכשיר המיקרופלואידי מורכב ממערך של מיקרו-עמודים והיווצרות ביופילם על ידי Pseudomonas fluorescens במכשיר זה נחקרת.
מאמר שיטה
נדונים פרוטוקולים לחקר היווצרות ביופילם במכשיר מיקרופלואידי, המחקה מדיה נקבובית. המכשיר המיקרופלואידי מורכב ממערך של מיקרו-עמודים והיווצרות ביופילם על ידי Pseudomonas fluorescens במכשיר זה נחקרת.
כמה מינים של חיידקים בעלי היכולת לצרף למשטחים וליישב אותם בצורה של סרטים דקים שמכסים. Biofilms שגדלים בתווך נקבובי רלוונטי לכמה תהליכים תעשייתיים וסביבתיים כגון טיפול בשפכים וCO 2 קיבוע. אנחנו השתמשנו Pseudomonas fluorescens, חיידק אירובי גראם שלילית, לחקור היווצרות biofilm במכשיר microfluidic שמחק תווך נקבובי. מכשיר microfluidic מורכב ממערך של מיקרו הודעות, שהיו מפוברקים באמצעות רכה ליתוגרפיה. בהמשך לכך, היווצרות biofilm במכשירים אלה עם זרימה נחקרה ואנחנו מדגימים את היווצרות biofilms הסיבי הידוע בסרטים במכשיר שלנו. הפרוטוקולים מפורטים לייצור והרכבה של מכשיר microfluidic מסופקים כאן יחד עם פרוטוקולי תרבות החיידקים. נהלים מפורטים לניסויים עם מכשיר microfluidic גם מוצגים יחד עם נציגתוצאות.
לאחרונה, הפגנו דינמיקת היווצרות biofilm חיידקים במכשיר microfluidic המחקה תווך נקבובי 1. biofilms חיידקים הם למעשה מושבות של חיידקי משטח מצטבר שנארזות על ידי חומרים תאיים פולימרים (EPS) 2-4. סרטים דקים אלה של חיידקים יכולים להיווצר כמעט בכל נישה אפשרית, החל ממשטחים חלקים לגידול הרבה יותר מורכב של תווך נקבובי. Valiei et al. 1 משמש מכשיר microfluidic עם מערך של מיקרו עמודים כדי לדמות מבנה תווך נקבובי ולמד היווצרות biofilm במכשיר זה כפונקציה של קצב זרימת נוזל. הם מצאו כי בזרימה משטר מסוים, biofilms הסיבי הידוע בסרטים החל לצוץ בין עמודים שונים. יכולים להיות קשורים סרטים באחד או בשני קצוות למשטחים מוצקים, אבל שאר המבנה מושעה בנוזל. היווצרות Streamer בדרך כלל מתחילה לאחר שכבה ראשונית של biofilm יצרה והפורמט שלהיון יכול להכתיב את ההתפתחות ארוכת הטווח של biofilm בבתי גידול מורכב כאלה. לאחרונה, מספר חוקרים חקרו את הדינמיקה של היווצרות נחלים. יזדי et al. 5 הראה כי הסרטים יכולים להיווצר בתזרים טרנדו שמקורם בבועת נדנוד. בניסוי אחר, רוסקוני et al. 6 חקר את ההשפעה של עקמומיות ערוץ וגיאומטריה ערוץ על ההיווצרות של סרטים. הם מצאו כי הסרטים יכולים ליצור בסעיפים מעוגלים של microchannels, ומורפולוגיה נחלים קשורה לתנועתיות. מחקר שנערך לאחרונה הוכיח כי סרטים יכולים להיות לו השלכות רחבות בתרחישים טבעיים ומלאכותיים שונים כפי שהם יכולים לפעול כמבשרים להיווצרות של מבנים בוגרים בממשקים נקבוביים, יובילו להתפשטות biofilm מהירה והרה אסון במערכות ביו, וגם לגרום לflow- המשמעותי אינטראקציות מבנה, וכו '1,7-9.
לעתים קרובות סרטי biofilm טופס Iבתי גידול n מורכבים כגון תווך נקבובי. צמיחת biofilm הבנה בסביבה תקשורתית נקבובית היא רלוונטית למספר תהליכים סביבתיים ותעשייתיים כגון טיפול ביולוגי בשפכים 10, שמירה גם נשא שלמות במצבים כגון CO 2 ללכוד 11 וחיבור של הנקבוביות באדמה 12. התבוננות היווצרות biofilm בבתי גידול מורכב כזה יכול לעתים קרובות להיות מאתגרת בשל האטימות של תווך נקבובי. במצבים כאלה, פלטפורמות תווך נקבוביות מיקרופלואידיקה מבוססת יכולות להוכיח יתרון מאוד מאחר שהם מאפשרים בזמן אמת ובניטור באתר. יתרון נוסף של מיקרופלואידיקה הוא היכולת לבנות bioreactors מרובה בפלטפורמה יו-microfluidic אחת ובו זמנית לאפשר לניטור ו / או שילוב של חיישנים מקוונים. הגמישות ליישם ניסויי מעבדה מרובים במכשיר אחד ואת היכולת לאסוף נתונים רלוונטיים משמעותיים לניתוח סטטיסטי מדויק היא עו"ד חשובantage של מערכות microfluidic 13,14.
בהקשר של הדיון לעיל, דינמיקת היווצרות נחלים הבנה בסביבה תקשורתית נקבובית תהיה מועילה למספר יישומים. במחקר זה, אנו מפתחים פרוטוקול לחקירת היווצרות נחלים במכשיר שתווך נקבובי מחקה. ייצור של פלטפורמת microfluidic, צעדים דרושים לתרבית תאים וניסויים מתוארים. בניסויים שלנו, זן חיידקים מהסוג בר של fluorescens Pseudomonas הועסק. פ fluorescens, נמצא באופן טבעי באדמה, ממלא תפקיד מרכזי בשמירה על האקולוגיה קרקע 15. זן החיידקים המועסקים היה מהונדס גנטי כדי לבטא חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP) constitutively.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בצע את פרוטוקולי הניסוי כאן לפי הסדר המתואר להלן. פרוטוקולי microfabrication ליצירת פלטפורמת microfluidic נדונים בשלב 1 שלב 2 מתאר את פרוטוקול תרבית החיידקים (איור 2), ושלב 3 נוגע להרכבה של ההתקנה הניסיונית (איור 3). לבסוף, הצעד הניסיוני בפועל מתואר בשלב 4.
.1 נוהל ייצור שבבים
הערה: נהלי בטיחות נאותה חייבים להיות במעקב במשך התהליכים שתוארו להלן. התייעץ עם קצין הבטיחות המוסדי לקבלת פרטים.
.2 בקטריאלי תרבות
הערה: פרוטוקולי בטיחות ביולוגיים נכון חייבת להיות במעקב במשך השלבים 2-4. התייעץ עם קצין הבטיחות המוסדי לקבלת פרטים.
.3 הכן את הגדרת הניסוי
.4 הפעל את הניסוי
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
באמצעות פרוטוקול microfabrication שהוזכר לעיל, מכשיר microfluidic מבוסס PDMS נבנה. איור 1 מציג את מיקרוסקופ האלקטרונים הסורק (SEM) תמונות של PDMS מכשיר. איור 1 א מציג את סעיף הכניסה של המכשיר. כניסה כמו מזלג נוצרה כדי להשוות ראש בלחץ על פני המכשיר. הדמיה SEM נוספת הראתה גם כי קירות העמוד כמעט אנכיים (איור 1b). הפתרון התרבותי חיידקים (איור 2) היה מדולל והצפיפות האופטית שלה הותאמה לערך של 0.1. בדקנו היווצרות biofilm...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אנחנו הפגנו מכשיר microfluidic פשוט המחקה תווך נקבובי ללימוד פיתוח biofilm בבתי גידול מורכב. יש כמה שלבים קריטיים המכתיבים את תוצאות הניסויים. הם כוללים גיאומטריה מכשיר. בעוד בהודעה הגיאומטריה יכולה להשתנות, נקבובי המרחב מספיק לסרטים כדי ליצור יש צורך. יתר על כן, Valiei et al. 1 הוכיח כי היווצרות נחלים מתרחשת רק בטווח קצב זרימה מסוים. בספיקות נמוכות מערך סף, עיוות של biofilms לסרטים לא יכולה להיות שנצפתה. עם זאת, מעל ערך קצב זרימת סף אחר מסוים, שבר biofilm יכול...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
המחברים רוצים להודות לפרופסור הווארד סרי מהמחלקה למדעי הביולוגיה באוניברסיטת קלגרי על אספקת זני חיידקים. A. Kumar מודה על תמיכתה של NSERC. T. Thundat מודה על התמיכה הכספית מתוכנית הקתדרה למחקר מצוינות בקנדה (CERC). המחברים מבקשים גם להודות לעזרתה של גב' זהרה ניקכתארי על עזרתה בצילום וידאו.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מיקרוסקופ פלואורסצנטי | ניקון | ||
| LB אגר | פישר | BP1425-500 | להשעות 40 גרם ב -1 ליטר מים מטוהרים |
| מרק LB | פישר | BP1427-500 | להשעות 20 גרם ב -1 ליטר מים מטוהרים |
| קולט אדים בטיחות ביולוגית | תאגיד | ||
| צלחת פטרי | פישר | 875712 | סטרילית 100 מ"מ x 15 מ"מ צלחת פטרי פוליסטירן |
| שייקר חממה | ניו ברונסוויק סיינטיפיק | Excella E24 סדרת שייקר חממה | |
| 50 מ"ל צינור צנטריפוגה מעוקר | קורנינג | 430828 | פוליפרופילן RNase - / DNase |
| ללא טטרציקלין בסיס | MP Biomedicals | 103012 | 50 & #956; גרם/מ"ל |
| SYLGARD 184 סיליקון | Dow Corning Corporation | 68037-59-2 | בסיס אלסטומר וחומר ריפוי |
| פוזיטיב פוטו-רזיסט (AZ4620) | |||
| צינור פלסטיק | Cole-Parmer |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה
בקש הרשאה