$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Ostatnio zademonstrowaliśmy dynamikę tworzenia biofilmu bakteryjnego w urządzeniu mikroprzepływowym, które naśladuje porowate media1. Biofilmy bakteryjne są zasadniczo koloniami bakterii zagregowanych powierzchniowo, które są otoczone zewnątrzkomórkowymi substancjami polimerowymi (EPS)2-4. Te cienkie warstwy bakterii mogą tworzyć się w prawie każdej możliwej niszy, od gładkich powierzchni po znacznie bardziej złożone siedlisko porowatych mediów. Valiei i wsp. W ramach projektu 1 wykorzystano urządzenie mikroprzepływowe z układem mikrofilarów do symulacji struktury mediów porowatych i zbadano tworzenie biofilmu w tym urządzeniu w funkcji natężenia przepływu płynu. Odkryli, że w pewnym reżimie przepływu między różnymi filarami zaczęły pojawiać się nitkowate biofilmy zwane serpentynami. Serpentyny mogą być przywiązane na jednym lub obu końcach do twardych powierzchni, ale reszta konstrukcji jest zawieszona w cieczy. Tworzenie się serpentyny zwykle rozpoczyna się po utworzeniu początkowej warstwy biofilmu, a jej tworzenie może dyktować długoterminową ewolucję biofilmu w tak złożonych siedliskach. Ostatnio kilku badaczy badało dynamikę powstawania streamerów. Yazdi i wsp. 5 pokazało, że serpentyny mogą tworzyć się w przepływach wirowych pochodzących z oscylującego bąbla. W innym eksperymencie Rusconi i wsp. 6 badano wpływ krzywizny kanału i geometrii kanału na powstawanie serpentyny. Odkryli, że wstęgi mogą tworzyć się w zakrzywionych odcinkach mikrokanałów, a morfologia streamerów jest związana z ruchliwością. Ostatnie badania wykazały, że streamery mogą mieć szerokie reperkusje w różnych naturalnych i sztucznych scenariuszach, ponieważ mogą działać jako prekursory do tworzenia dojrzałych struktur w porowatych granicach, prowadzić do szybkiej i katastrofalnej proliferacji biofilmu w systemach biomedycznych, a także powodować znaczne interakcje przepływ-struktura itp.
Serpentyny biofilmu często tworzą się w skomplikowanych siedliskach, takich jak porowate media. Zrozumienie wzrostu biofilmu w środowisku porowatym jest istotne dla kilku procesów środowiskowych i przemysłowych, takich jak biologiczne oczyszczanie ścieków10, utrzymanie integralności odwiertu w sytuacjach takich jak wychwytywanie CO2 11 i zatykanie porów w glebie12. Obserwacja tworzenia się biofilmu w tak złożonych siedliskach może często być trudna ze względu na nieprzezroczystość porowatych mediów. W takich sytuacjach porowate platformy mediów oparte na mikroprzepływach mogą okazać się niezwykle korzystne, ponieważ umożliwiają monitorowanie w czasie rzeczywistym i in situ. Kolejną zaletą mikrofluidyki jest możliwość zbudowania wielu bioreaktorów na jednej platformie biomikroprzepływowej i jednoczesnego umożliwienia monitorowania online i/lub włączenia czujników. Elastyczność w realizacji wielu eksperymentów laboratoryjnych w jednym urządzeniu oraz możliwość gromadzenia istotnych istotnych danych do dokładnej analizy statystycznej jest ważną zaletą systemów mikroprzepływowych13,14.
W kontekście powyższej dyskusji, zrozumienie dynamiki powstawania streamerów w środowisku porowatych mediów byłoby korzystne dla kilku zastosowań. W tym badaniu opracowujemy protokół badania powstawania streamerów w urządzeniu, które naśladuje porowate media. Opisano wytwarzanie platformy mikroprzepływowej, niezbędne etapy hodowli komórkowej i eksperymenty. W naszych doświadczeniach wykorzystano dziki szczep bakterii Pseudomonas fluorescens. P. fluorescens, występujący naturalnie w glebie, odgrywa kluczową rolę w utrzymaniu ekologii gleby15. Zastosowany szczep bakteryjny został genetycznie zmodyfikowany w celu konstytutywnej ekspresji białka zielonej fluorescencji (GFP).