방법 논문

마이크로 기둥 미세 유체 장치에서 바이오 필름 보리 형성을위한 프로토콜

DOI:

10.3791/51732

⸱

2014년 8월 20일

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemical and Material Engineering, University of Alberta, 2Department of Civil and Environmental Engineering, University of Alberta, 3Department of Mechanical Engineering, Texas A&M University, 4Department of Mechanical Engineering, University of Alberta

이 논문에서

요약

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다공성 매체를 모방한 미세유체 장치에서 생물막 형성 연구를 위한 프로토콜에 대해 논의합니다. microfluidic 장치는 마이크로 기둥의 배열로 이루어져 있고 이 장치에 있는 Pseudomonas fluorescens에 의하여 biofilm 대형은 조사됩니다.

초록

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몇몇 세균 종은 표면에 부착 생물막 불리는 박막의 형태로 이들을 정착 할 수있는 능력을 갖는다. 다공성 매체에서 성장 바이오 필름은 폐수 처리 및 CO 2 격리 등의 여러 산업 및 환경 프로세스에 적합하다. 우리는 모방 다공성 지지체를 미세 유체 장치에서 biofilm 형성을 조사하기 위해, 슈도모나스 fluorescens 그람 음성 호기성 세균을 사용했다. 미세 유체 장치는 소프트 리소그래피를 사용하여 제조 된 마이크로 게시물의 배열로 구성되어 있습니다. 그 후, 흐름이 장치에서 biofilm 형성을 조사하고, 우리는 우리의 장치 깃발로 알려진 사상 바이오 필름의 형성을 보여줍니다. 제조 및 미세 유체 장치의 조립을위한 상세한 프로토콜은 세균 배양 프로토콜과 함께 여기에 제공됩니다. 마이크로 유체 장치와 실험에 대한 자세한 절차는 담당자와 함께 제공됩니다결과.

서론

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최근에, 우리는 다공질 일을 모방 한 미세 유체 장치에서 세균 biofilm 형성의 역 동성을 보여 주었다. 세균 바이오 필름은 기본적으로 세포 외 고분자 물질 (EPS) 2-4으로 쌌다 아르 표면 집계 박테리아의 식민지입니다. 세균이 박막은 부드러운 표면을 다공성 매체의 훨씬 더 복잡 서식지에 이르기까지 거의 모든 생각할 수있는 틈새 시장이 형성 될 수 있기 때문이다. Valiei 외. 1 다공질 구조를 시뮬레이션하기 위해 마이크로 - 기둥 배열을 미세 유체 소자를 사용 및 액체 유량의 함수로서이 장치에서 바이오 필름 ​​형성을 연구 하였다. 그들은 특정 흐름 정권, 깃발로 알려진 사상 바이오 필름은 다른 기둥 사이에 등장하기 시작 것을 발견했다. 깃발에 닿는 일 수 있거나 둘 고체 표면에 끝나지만 구조의 나머지는 액체 중에 현탁된다. 보리 형성은 일반적으로 시작하는 바이오 필름의 초기 층 형성과 그 형식 후이온은 복잡한 서식지에서 바이오 필름의 장기적인 발전을 지시 할 수 있습니다. 최근 여러 연구자들은 유영 형성의 역학을 조사 하였다. 야 즈디 등. 5는 깃발이 진동 거품에서 발생하는 와류 흐름에 형성 할 수있는 것으로 나타났다. 또 다른 실험에서, Rusconi가 외....

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프로토콜

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아래에서 설명한 순서에 따라 여기에 실험 프로토콜을 수행합니다. 미세 유체 플랫폼을 만들기위한 미세 프로토콜은 1 단계 2는 세균 배양 프로토콜 (그림 2)에 대해 설명하고, 3 단계 실험 장치 (그림 3)의 조립에 관한 단계에서 설명합니다. 마지막으로, 실제의 실험 공정은 단계 4에서 설명한다.

1 칩 제조 절차

참고 : 적절한 안전 절차는 아래에 설명 된 프로세스에 따라야합니다. 자세한 내용은 제도적 안전 요원에게 문의하십시오.

  1. 적절한 소프트웨어 (예를 들면, L-편집)와 마스크를 디자인합니다. 채널 디자인은 폭 625 μm의의 주요 마이크로 채널로 구성되어 있습니다. 채널의 중심 영역의 직경은 50 μm의가 (보조 파일 참조) 떨어져 25 μm의 간격 마이크로 게시물의 배열을 포함합니다.
  2. 유리에이 디자인을 인쇄 (5 "× 5"소다 석회 유리), "0.09의 두께를 가지며, 포토 마스크를 제조하기 위해서 마스킹하여, 크롬 (크롬)의 약 70 nm 두께의 층으로 코팅된다. 사용 AZ400K 현상 제 1 분간 어느. 후, 크롬 에칭 제를 이용하여 크롬 층을 에칭 약 1 분간 ....

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결과

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상술 한 미세 프로토콜을 이용하여 PDMS 기반의 미세 유체 소자를 제작 하였다. 1 주 사형 전자 현미경 (SEM) PDMS의 이미지를 보여준다 장치.도 1a는 상기 장치의 입구 부분을 나타낸다. 포크 모양의 입구는 장치에서 압력 헤드를 동일하게 만들어집니다. 또한 SEM 영상은 기둥 벽 (그림 1b) 거의 수직 것으로 나타났다. 배양 균액 (도 2)로 희석시키고, 그것의 광학 밀도가 0.1의 값으로 조정 하였다. 우리는 유입 흐름 속도의 함수로서 미세 유동 장치에 바이오 필름 형성을 조사 하였다. 때 P. fluorescens 0.8 μL / 시간, 세균성 부착 낮은 유량으로 장치에 주입하고, 바이오 필름 ​​형성 장치의 벽에서 발생. 심지어 장기간 (> 20 시간) 후, 표면 포옹 생물막 이외 다른 박테리아 구조 없음 우리다시 관찰했다. 다음으로, 동일한 실험 8 μL / hr의 .......

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토론

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우리는 복잡한 서식지에서 바이오 필름 개발 연구를위한 다공성 미디어를 모방하는 간단한 미세 유체 장치를 보여 주었다. 실험의 결과를 지시 할 몇 가지 중요한 단계가 있습니다. 그들은 장치의 형상을 포함한다. 포스트 형상은 다를 수 있지만, 깃발은 형성하기위한 적절한 기공 공간이 필요합니다. 더욱이 Valiei 외. 1 트리머 형성 할수 특정 유량 범위에서 발생 것을 증명했다. 임계 값보다 낮은 유속에서, 깃발에 바이오 필름의 변형이 관찰되지 않을 수 있습니다. 그러나 어떤 다른 임계 유량 값 이상, 생물막 골절 지배하고 깃발의 형성을 허용 할 수 없습니다. 이 실험을 괴롭히는 또 다른 문제는 마이크로 기둥 배열에 갇혀 될 수 있습니다 기포이다. 보통 이러한 기포가 원하는 값으로 점차적으로 감소하는 후 초기 유속의 증가에 의해 제거 할 수있다.

미세 유체 플랫폼등 이러한 여러 가지 장점과 몇 가지 제한을 제공합니다. 이 플랫폼은 작은 문화 볼.......

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공개 사항

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저자는 공개할 것이 없습니다.

감사의 글

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저자는 박테리아 균주를 제공한 캘거리 대학의 생물학과의 Howard Ceri 교수에게 감사를 표합니다. A. Kumar는 NSERC의 지원을 인정합니다. T. Thundat은 CERC(Canada Excellence Research Chair) 프로그램의 재정적 지원을 인정합니다. 저자는 또한 비디오 촬영에 도움을 준 Zahra Nikakhtari 씨의 도움에 감사를 표합니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
형광 현미경니콘
LB 한천FisherBP1425-50040g 정제수 1L 매달아
LB 육수FisherBP1427-50020g 정제수 1L 중 20g
생물 안전 후드마이크로 존 주식회사
페트리 접시Fisher875712멸균 100mm×15mm 폴리스티렌 페트리 접시
인큐베이터 쉐이커New Brunswick ScientificExcella E24 인큐베이터 쉐이커 시리즈
50ml 멸균 원심분리기 튜브Corning430828폴리프로필렌 RNase-/DNase-free
테트라사이클린 프리 베이스MP Biomedicals10301250 μ g/ml
SYLGARD 184 실리콘Dow Corning Corporation68037-59-2엘라스토머 베이스 및 경화제
포지티브 포토레지스트(AZ4620)
플라스틱 튜브콜-파머

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Valiei, A., Kumar, A., Mukherjee, P. P., Liu, Y., Thundat, T. A web of streamers: biofilm formation in a porous microfluidic device. Lab Chip. 12, 5133-5137 (2012).
  2. Costerton, J. W. Bacterial Biofilms: A Common Cause of Persistent Infections. Science. 284, 1318-13....

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태그

Pseudomonas FluorescensPDMS

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