입자 추적 미세유변학은 재료의 점탄성을 조사합니다. 여기서 이 기술은 박테리아 생물막의 다양한 매트릭스 구성 요소에 대한 점탄성, 크리프 규정 준수 및 효과적인 가교 역할을 결정하는 데 사용됩니다. 매트릭스는 박테리아가 분비하는 고분자 물질로 구성되며 그 구성 요소는 생물막 구조와 기계적 특성을 결정합니다.
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입자 추적 미세유변학은 재료의 점탄성을 조사합니다. 여기서 이 기술은 박테리아 생물막의 다양한 매트릭스 구성 요소에 대한 점탄성, 크리프 규정 준수 및 효과적인 가교 역할을 결정하는 데 사용됩니다. 매트릭스는 박테리아가 분비하는 고분자 물질로 구성되며 그 구성 요소는 생물막 구조와 기계적 특성을 결정합니다.
박테리아 세포는 세포외 고분자 물질(EPS)로 자신을 감싸서 생물막으로 알려진 표면 부착 생물막 군집을 형성할 수 있습니다. EPS는 박테리아 세포를 수용하는 물리적 및 보호 골격 역할을 하며 단백질, 외다당류 및 DNA를 포함한 다양한 물질로 구성됩니다. EPS의 조성은 변경될 수 있으며, 이는 환경적 단서에 대한 반응으로 스트리머와 같은 대체 생물막 구조를 추가로 개발하거나 지원하기 위해 생물막의 기계적 특성을 리모델링할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 EPS 성분이 생물막의 기계적 특성과 기능에 어떻게 기여하는지에 대한 정량적 설명은 거의 없습니다. 물질의 흐름에 대한 연구인 유변학은 많은 생물막이 유동 조건에서 성장하고 지속적으로 전단 응력에 노출되기 때문에 생물막과 특히 관련이 있습니다. 또한 표면에 생물막이 퍼지는 것에 대한 측정 및 통찰력을 제공합니다. 여기에서 입자 추적 미세유변학은 개발 중 생물막의 다양한 부분에서 서로 다른 매트릭스 구성 요소의 점탄성과 효과적인 가교 역할을 검사하는 데 사용됩니다. 이 접근 방식을 통해 연구원은 마이크로 스케일에서 생물막의 기계적 특성을 측정할 수 있으며, 이는 생물막 제어 및 엔지니어링에 유용한 정보를 제공할 수 있습니다.
대부분의 박테리아 세포는 모두 플랑크톤 (자유 생활)과 성장 (1)의 표면에 부착 (고착) 모드를 사용 할 수 있습니다. 성장면 부착 모드에서, 박테리아 세포는 분비 및 세포 외 폴리머 물질 (EPS) 바이오 필름을 형성하기 위해 다량으로 자신을 싸는. EPS는 주로 단백질, 엑소 폴리 사카 라이드, 세포 DNA로 구성되어 생물막 형성이 필수적이다. 그것은 박테리아가 공간적으로 구별하기 위해 사용하고 유해 환경 조건 및 호스트 응답에서 박테리아를 보호 할 수있는 물리적 발판 역할을한다. EPS의 다른 구성 요소는 크게 생물막 구조 4 개조 할 수 EPS 구성 요소의 표현에 biofilm 형성 (3) 변경에 별개의 역할이있다. EPS 구성 요소는 또한 5 시그널링 분자로서 기능 할 수 있으며, 최근의 연구는 이주 및 생물막 DIFF 안내하는 미생물 세포와 상호 작용하는 특정 EPS 성분을 보여 주었다erentiation 6-8.
EPS에 대한 연구는 크게 EPS 9, 10의 특정 구성 요소에 결함이있는 돌연변이에 의해 생성 된 바이오 필름의 형태 학적 분석을 기반으로 고급. 또한, EPS 보통 매크로 스케일 (벌크 특성) (11)을 특징으로한다. 형태 학적는 평균 값을 반환 생물막의 이질성 내에 존재 세부 사항을 잃고 양적 세부 사항 및 벌크 특성을 결여 할 수 있지만 분석한다. 마이크로 규모 EPS의 정비사 특성의 실시간 특성을 진행하는 경향이 증가하고 지금 있습니다. 이 프로토콜은 입자 추적 microrheology는 녹농균 생물막 (4)의 탄성률과 효과적인 가교에 매트릭스 성분 펠의 시공간 효과 PSL 엑소 폴리 사카 라이드를 결정하는 방법을 설명 할 수있다.
수동 microrheology는 간단하고 저렴한 RH입니다날짜 (12, 13)에 대한 물질의 공간 microrheological 샘플링의 가장 높은 처리량을 제공 eology 방법. 패시브 microrheology에서, 프로브가 샘플 분야에 배치되어 열 에너지 (K B 형 T)에 의해 구동들은 브라운 운동을 비디오 현미경으로 이어진다. 여러 입자를 동시에 추적 될 수 있고, 입자의 시간에 따른 좌표는 종래 랜덤 워크를 따른다. 따라서, 평균 입자가 동일한 위치에 남아있다. 그러나, 변위의 표준 편차 또는 평균은 입자의 변위 (MSD)를 제곱, 0이 아니다. 점성 액체의 흐름 때문에 시간이 진행됨에 따라, 점성 유체의 입자 MSD는 선형 적으로 증가한다. 대조적으로, 중합체 가교 점탄성 검색된 또는 탄성 물질들이 유동 저항 돕고, 입자 MSD 곡선 (도 1a)의 대지에 이어지는, 그 변위에 한정된다. 이러한 관찰은 다음 관계를 MSDαt α는 물질의 탄성과 점성 기여 비율과 관련이 확산 지수 인 α>까지. 점탄성 물질 <α <1, 및 탄성 물질에 α 0에 점성 유체의 이동 입자 α = 1에 대해서는 = 0으로 MSD는 또한 재료의 경향 영구적 위에 변형 인 크리프 컴플라이언스를 계산하는 데 사용될 수있다 시간이 얼마나 쉽게 재료 스프레드를 추정하고있다.
입자의 크기, 밀도 및 표면 화학 microrheological 실험 올바른 응용에 중요하다 (이 경우에 생물막의 매트릭스 폴리머는,도 1b 참조)를 조사 시스템에 대해 선택된다. 우선, 입자는 입자 자체보다 훨씬 작은 구조를 갖는 물질의 레올로지를 측정한다. 물질의 구조는 입자, 파의 움직임과 유사한 규모의 경우ticle는 개별 구조의 형상 및 방향에 의해 교란된다. 그러나 입자를 둘러싸는 구조가 매우 작은 경우,이 효과는 작고, 입자 (도 1b)에 균일 한 환경을 제시하고, 평균화. 둘째로, 입자의 밀도는 침강이 방지 및 관성력 무시할되도록 (수성 매체 1.05 g 용액 -1) 매체와 유사 할 것이다. 폴리스티렌 그릴 대부분의 입자는 위의 기준을 충족. 운동은 물질의 구조와 열 에너지와의 충돌에 의해 구동, 임의의 경우 입자 MSD의 유변학 적 해석에만 유효 이상적으로, 입자는 바이오 필름 매트릭스의 폴리머와 상호 작용하지 않습니다. 이것은 프로브 입자가 결합하거나 미리 성장한 생물막의 표면에서 반사하는 경향이 있는지 여부를 확인함으로써 관찰 될 수있다. 그러나, 바이오 필름에 인력의 부족에도 불구하고, 입자가 매트릭스에 혼입 될 수 있어야한다.또한, 바이오 필름의 물리 화학적 이질성은 다른 입자가 생물막의 다른 지역에서 프로브로서 더 적합하다 발생할 수 있습니다. 따라서, 다른 크기 및 표면 화학의 입자는 생물막에 적용되어야한다.
이와 같이, 입자는 MSD 성분 유 동학에 기여 생물막의 확산 방법에 관한 다른 유용한 정보를 제공 할 수있다. 또한, 다른 프로브의 사용은 하나의 생물막의 공간 물리 이질성에 대한 정보를 도출 할 수있다. 이 방법은 바이오 필름의 기계적 특성이 다른 종의 도입에서 변경되는 방법을 조사하기 위해 혼합 종 생물막으로 생물막의 기계적 특성에 영향 항균 처리를 테스트하는 데 사용되는, 또는 적용 할 수있다. 입자 근골격계 질환은 생물막 분산의 특성을 유용 할 수 있습니다. 이러한 연구는 잠재적으로 생물막 처리 개선, 바이오 필름에 대한 우리의 이해에 도움이 될 것입니다유용한 활동을위한 생물막의 차 엔지니어링.
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1. 바이오 필름 재배
2. 현미경
3. 입자 추적 분석

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보이드 (바이오 필름 위의 매체), 평원 (세포의 미분화 평면 층) 및 microcolonies (그림 2A의 라벨 참조)에 포함 된 바이오 필름의 다른 지역에서 바이오 필름의 로컬 점탄성 특성을 조사 하였다. 일에서 성숙하는 동안 바이오 필름의 점탄성 특성의 시간적 변화는 3-5도를 측정 하였다. 보이드의 입자 MSD 순수한 매질 입자 MSD에 제어 및 비교로서 사용 하였다. 반면, 생물막에 갇혀 입자가 고정 된 위치에서 진동과 MSD 값은 점탄성 물질의 전형적인 그 강하게 탄성 젤에게 (그림 3)에서였다.
점액 P. aeruginosa의 야생 유형과 Δ 펠 돌연변이 균주 (그림 2A와 2B)는 자신의 바이오 필름에 3 일에 의해 얇은 일반에 흩어져 microcolonies을 개발했다. 3 일에 일반은 너무 얇았다유변학 적 특성의 조사. 점액
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Microrheology는 미생물 바이오 필름 등의 이기종 시스템, 로컬 유변학 적 측정을위한 유용한 도구입니다. 그것은 여러 시간 지점 위에 동일한 생물학적 샘플 내의 유동 학적 변화를 실시간으로 모니터링 할 수 있도록, 비파괴 기술이다. 이 프로토콜에서, 입자 추적 microrheology 그들이 탄성 생물막 매트릭스의 가교 효과에 미치는 영향을 조사하기 위해 펠 PSL 엑소 폴리 사카 라이드 및 돌연변이에 적용 하였다. 펠 점탄성 및 패자 생물막을 선호하는 반면 PSL 높은 효과적인 가교 탄성 생물막의 개발을 선호. 모두 엑소 폴리 사카 라이드가 생성되는 경우, 생물막 microcolonies 덜 효과적으로 펠 이상 PSL의 감소와 일치, 생물막이 성숙 가교된다.
다른 종의 박테리아에 의해 형성된 생물막은 별개의 EPS 조성이 있습니다. 점액 (P)의 EPS 주로 consi 본 연구에 사용 된 aeruginosa의 균주 엑소...
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저자는 공개할 것이 없습니다.
이 연구는 우수 프로그램의 연구 센터에서 교육 싱가포르 국립 연구 재단과 교육부에 의해 지원, 스타트 업 보조금 난양 기술 대학 (M4330002.C70), 및 AcRF 계층 2 (MOE2014-T2-2-172) 교육부, 싱가포르. 저자는이 프로토콜의 데모에 참여 조이 참마 Kuok Hoong 감사합니다.
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| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 형광구 | Invitrogen | F-8821 | 1.0 μ M 카르복실레이트 변형이 있는 적색 형광(580/605) 미세구 |
| Zeiss Axio Imager M1 | Carl Zeiss | Epifluorescent Microscope | |
| Masterflex L/S Digital Drive 07523-80 | Cole-Parmer | EW-07523-80 | 연동 펌프 |
| 플로우 셀 챔버 | 덴마크 기술 대학교 | ||
| 버블 트랩 | 기술 대학교 | ||
| 실리콘 튜빙 | Dow Corning | 3mm 외경, 1 mm 내경 | |
| 투명 폴리프로필렌 플라스틱 커넥터 | Cole Parmer | 06365-83 | 1/16 인치. (1.588의 mm) |
| 바인더 클립 | 튜빙 | ||
| 클램프 Coverslips | Thermo Scientific™ Nunc™ | 50 x 24 mm | |
| 주사기 3 ml | Terumo | ||
| 27 G 바늘 | 테루모 | ||
| 2 L 저장/미디어 병 | VWR® | ||
| 트롤리 | 생물막 설정을 유지하기 위해 |
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