Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Bioengineering

פרוטוקול ליצירת biofilm Streamer במכשיר microfluidic עם מיקרו עמודים

Published: August 20, 2014 doi: 10.3791/51732

Abstract

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.

Introduction

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.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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.

  1. לעצב את המסכה עם תוכנה מתאימה (למשל, L-Edit). עיצוב הערוץ מורכב ממייקרו ערוץ עיקרי של 625 רוחב מיקרומטר. האזור של הערוץ המרכזי מכיל מערך של מיקרו הודעות 50 מיקרומטר בקוטר, במרווחי 25 מיקרומטר זה מזה (ראה משלים קבצים).
  2. להדפיס את העיצוב הזה על זכוכית "x 5" סיד כוס סודה (5), שבה יש עובי של 0.09 ", והוא מצופה בכ 70 שכבה עבה ננומטר של כרום (Cr), באמצעות מיסוך על מנת להכין מסכת תמונה. מפתח השתמש AZ400K דקות 1. אז, לחרוט שכבת Cr באמצעות etchant Cr כ 1 דקות השתמשו אצטון להתפשט להתנגד ולנקות אותו עם פתרון פיראניה קר. (H 2 SO 4 וH 2 O 2 ביחס של 3: 1).
  3. Photolithography
    1. נקה פרוסות סיליקון 4 "סטנדרטית כימי עם פתרון פיראניה עבור 20 דקות.
    2. יש לשטוף את הרקיק עם מים די ולייבש אותו.
    3. מחממים את הרקיק על פלטה חשמלית (200 מעלות צלזיוס למשך 15 דקות).
    4. מעיל פרוסות סיליקון עם photoresist. כאן, AZ4620 photoresist החיובי ספין מצופה על פרוסות סיליקון ב2,000 סל"ד 25 שניות כדי לקבל שכבה עבה 12.5 מיקרומטר.
    5. הסר את כל הממס על ידי אפייה רכה של הרקיק על פלטה חשמלית על ידי צף הרקיק ל90 שניות על זרימת חנקן ב 100 מעלות צלזיוס. לאחר מכן, לשמור אותו בואקום ב tהוא אותה טמפרטורה ל60 שניות.
    6. מניחים את פרוסות בתיבה כהה ל24 שעות להתייבשות.
    7. לחשוף את הרקיק לאור UV כדי להעביר את הדפוס שנועד photoresist.
    8. לטבול את פרוסות בפתרון מפתח photoresist (AZ400K) ל240 שניות. לאחר מכן, יש לשטוף את הרקיק עם אלכוהול איזופרופיל ולייבש אותו על ידי הצבת בזרם של גז חנקן.
  4. תהליך - ICP-DRIE (ריאקטיבי העמוק יון תחריט פלזמה מצמידים אינדוקטיבי)
    1. החל תחריט DRIE. בחר את העומק לחרוט המתאים בהתאם לעומק סופי הנדרש למכשיר (50 מיקרומטר בחקירה זו). Photoresist פועל כשכבת מיסוך במהלך תהליך זה.
    2. הסר את photoresist שנותר עם אצטון ולנקות את הרקיק.
  5. PDMS יציקה (polydimethylsiloxane)
    1. השתמש trichloromethylsilane (TCMS) לsilanizing עובש אב סיליקון. יוצקים 2 או 3 טיפות של trichloromethylsilane בבקבוקון ולמקם אותו בתא ייבוש לידעובש אב סיליקון. לאפשר 2-3 שעות לתהליך silanizing כדי להשלים.
    2. במכל נפרד, מערבב את בסיס סיליקון Sylgard 184 עם סוכן ריפוי על ידי יחס בין משקל 10: 1 להכין PDMS. דגה PDMS על ידי הכפפתו לואקום תנאים (כ 2 שעות).
    3. שים עובש אב סיליקון בבעל. , ואז לשפוך את PDMS על עובש אב סיליקון כדי ליצור את חותמת PDMS. ודא שבועות לא יוצרות בPDMS במהלך תהליך זה.
    4. לרפא את PDMS לשעה 2 ב 80 מעלות צלזיוס.
    5. קלפתי את חותמת PDMS מתבנית האב. לאחר מכן, חותך את PDMS להחתים לתוך שבבים נפרדים. לבסוף, להשתמש בליבת חיתוך לקדוח חורים לכניסה (ים) ושקע (ים).
  6. מליטה של ​​PDMS לזכוכית
    1. לחשוף את תלוש לכסות וחותמת PDMS לפלזמת חמצן ל30 שניות. חותמת בונד PDMS ללהחליק את המכסה.
    2. כדי להשיג אטימה ראויה בין חותמת PDMS ולהחליק את המכסה, לחשל את המכשיר על ידי לשים אותו בתנור ב 70 מעלות צלזיוס למשך 10 דקות.

    .2 בקטריאלי תרבות

    הערה: פרוטוקולי בטיחות ביולוגיים נכון חייבת להיות במעקב במשך השלבים 2-4. התייעץ עם קצין הבטיחות המוסדי לקבלת פרטים.

    1. הכן צלחות LB אגר
      1. להוסיף אגר 20 גרם לוריא-Bertani (LB) אבקות (מילר) ו500 מ"ל מים ultrapure בבקבוק 1 ליטר. מערבבים להמסת האבקה.
      2. לעקר ידי מעוקר ב 15 psi, 121 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות.
      3. לאפשר את הבקבוק להתקרר ל50-55 ° C על ספסל או באמבט מים במכסת מנוע הבטיחות הביולוגית.
      4. הוסף את טטרציקלין האנטיביוטיקה כדי להשיג ריכוז סופי של 50 מיקרוגרם / מ"ל. מערבבים היטב על ידי מתערבל.
      5. יוצקים את התערובת לתוך צלחות. ממלא כל צלחת עד 1/2 - מלא 2/3.
      6. אוויר להבת בועות בקצרה כדי פופ אותם אם הם יוצרים. בועות אוויר הקרושה קשות כדי להפיץ את תרבות חיידקים על פני.
      7. אפשר הצלחות להתקרר בטמפרטורת חדר למשך לילה.
      8. כאשר הם מגניבים,לשים צלחות בחזרה לשרוול שלהם, לאטום את השקית, תווית (אנטיביוטיקה ותאריך), ולאחסן ב 4 ° C..
        הערה: כסה את המלאי של צלחות עם נייר אלומיניום, כמו אור מנטרל אנטיביוטיקה רבות.
    2. LB מרק הכנה
      1. הוסף 20 מרק אבקות גרם לוריא-Bertani (LB) (מילר) ו1 ליטר של מים ultrapure לבקבוק. מערבבים להמסת האבקה.
      2. לעקר ידי מעוקר ב 15 psi, 121 מעלות צלזיוס במשך 15 דקות.
      3. לאפשר בקבוק להתקרר ל50-55 ° C על ספסל או באמבט מים במכסת מנוע הבטיחות הביולוגית.
      4. הוסף את טטרציקלין האנטיביוטיקה כדי להשיג ריכוז סופי של 50 מיקרוגרם / מ"ל. מערבבים היטב על ידי מתערבל.
      5. כאשר קריר, למקם את הבקבוק שכותרתו ב 4 ° C..
        הערה: כסה את הבקבוק עם נייר אלומיניום, כמו אור מנטרל אנטיביוטיקה רבות.
    3. חיידקים תרבות על צלחת LB אגר (פרוטוקול זה משתמש Pseudomonas fluorescens)
      1. קח את מניית החיידקים מהמקפיא (-80 °; C) ולמקם אותו על קרח.
      2. הנח את -80 ° C מניית החיידקים וצלחת אגר LB בתוך ברדס בטיחות ביולוגי.
      3. Streak זן החיידקים על גבי צלחת אגר LB בדגם זגזג. מכסה את הצלחת אגר ודגירה אותו ב30 ºC לילה. לבסוף, לאחסן את הצלחת במקרר ב 4 מעלות צלזיוס.
    4. הכן את הפתרון בקטריאלי (S1)
      1. יוצקים 50 מ"ל תקשורת מרק LB לבקבוק autoclaved. ביצוע פעולה זו בתוך ברדס בטיחות ביולוגי.
      2. העבר את מושבת חיידקים אחת מהצלחת אגר LB לבקבוק. גם פעולה זו צריכה להתבצע בתוך ברדס בטיחות ביולוגי.
      3. שים את הבקבוק בחממה שייקר ב30 מעלות צלזיוס ו150 סל"ד מספיק זמן (4 שעות).
    5. הכן את המדולל בקטריאלי הפתרון (S2)
      1. יוצקים 5 מ"ל תקשורת מרק LB לתוך צינור פלסטיק מעוקר.
      2. לדלל S1 על ידי ערבוב עם תקשורת מרק LB. ואז, מערבולת הפתרון. לדלל את הפתרון להשיג אופטי הרצוייםצפיפות אל (OD נמדד ב 600 ננומטר = 0.1).
        הערה: ניסויי Biofilm בדרך כלל להעסיק ערכי OD בסביבה זו.

    .3 הכן את הגדרת הניסוי

    1. פינצטה באמצעות חיבור צינורות גמישים מפלסטיק (0.20 "ID) לכניסה (ים) ושקע (ים) של השבבים. פתחי הכניסה ושקעים שנקדחו בעבר לחלק PDMS של השבב האלקטרוני (צעד 1.5.5). בחקירה זו , השבב האלקטרוני מורכב משני פתחי הכניסה ויציאה אחת.
    2. מלא מזרק (ים) עם פתרון חיידקים (פתרון S2) ולהסיר את כל הבועות במזרק (ים).
    3. חבר קצה מזרק (ים) (30 0.5 "מחט קהה G) לתוך צינור יניקה (ים). ואז, לחבר את הצינור לשקע (ים) לבזבז מיכל.

    .4 הפעל את הניסוי

    1. חבר את המזרק (ים) ועד לקצה המזרק (ים).
    2. מקום ומזרק תיקון (ים) על משאבת המזרק. לאחר מכן למקם את השבב תחת מיקרוסקופ אופטי עם עדשות אובייקטיביות של דסירהגדלת ed (למשל, 40X). כסה השבב האלקטרוני עם מכשיר קאמרי תא חי כדי לשמור על סביבת טמפרטורה קבועה להתפתחות חיידקים (C ° 30 לפ fluorescens).
    3. הגדר את המשאבה לרמת קצב זרימה הרצויה (למשל 10 μl / hr) וליזום שאיבת נוזל.
    4. ברגע שחיידקים הם הציגו לתוך התא, היווצרות biofilm גם יזם. היווצרות biofilm והתבגרות מתרחשות בדרך כלל על פני תקופה של כמה שעות או אפילו ימים. להתבונן ולקחת תמונות של צמיחת biofilm מבעד למיקרוסקופ.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

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 במכשיר microfluidic כפונקציה של זרימת קלט שיעור. כאשר פ fluorescens הוזרק למכשיר בזרימת שיעור נמוך של 0.8 μl / שעה, קובץ מצורף חיידקים והיווצרות biofilm התרחשה בקירות של המכשיר. גם לאחר תקופה ממושכת של זמן (> 20 hr), אין מבני חיידקים אחרים מלבד biofilms מחבק את המשטח אנומחדש נצפה. בשלב הבא, אותו הניסוי חזר על עצמו בקצב זרימה של 8 μl / שעה. במקרה זה, היווצרות biofilm התחילה שוב אחרי כמה של עירוי של תרבות חיידקים בדילול דקות. עם זאת, לאחר כמה שעות, הופעה של מבנים סיביים המשתרעים בין מיקרו עמודים נצפתה ליד אמצע הקטע של המכשיר (איור 4). יכולים להיות דמיינו מבנים סיביים אלה באמצעות הנוכחות של חיידקים נייחים. מבנים אלה ידועים כמו סרטים והם biofilms סיבי שהם קשורים רק באחד או בשני קצוות למשטחים. שאר המבנה הוא לעתים קרובות תלוי במדיום הנוזלי (כמו במקרה זה). איור 4 מראה את זמן האבולוציה של מבנה נחלים biofilm. סרטים בדרך כלל בצורה כתוצאה מההשפעה של גזירת נוזל על biofilm ויסקו אלסטי. איור 5 מראה את הזרם וקווי מתאר מהירות זרימת עבר סדרה של עמודים. הסימולציה מראה כי הסרטים שטופס במערכת microfluidic בעצם מיושר לאורך זרימה המייעלת הנוזל. המתאם בין מבני הזרימה והיווצרות של סרטי biofilm אינו מובן עדיין היטב. עם זאת, דאס וקומאר 16 הציעו לאחרונה כי סרטים אלה מהווים כמצב נוזלי צמיג מאוד של biofilms המיסוד viscoelastic. הם בססו את השערתם על התצפית כי הזמן בקנה המידה של היווצרות נחלים biofilm בדרך כלל עולה בהרבה על סולמות זמן ההרפיה viscoelastic של biofilms. Biofilms ידוע להתנהג נוזלי viscoelastic וכלכן בזמן קשקשים גדולים בהרבה מהיקף זמן ההרפיה viscoelastic, הם בעצם מתנהגים נוזלים כצמיגים מאוד 17. על פי ניסוח זה, ניתן לצפות סרטים למקורן מקומות של לחצי גזירה גבוהים ב. איור 5 מציג את המיקומים של מהירות גבוהה בערוץ, ובמקומות אלה עולים בקנה אחד מקומות של לחצי גזירה גבוהים עם. בPHA הראשוני se של צמיחה, סרטים הם נצפו למקורן ליד מקומות אלה (איור 4).

איור 1
תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים 1 סריקת איור (SEM) של ערוץ microfluidic (למעלה צפייה). א) סעיף מפרצון, אזור ב) המכיל מיקרו עמודים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור מעורב בתרבית החיידקים .2 צעדי סדרתית. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

nt "FO: לשמור-together.within-page =" תמיד "> איור 3
איור 3 הגדרה לניסויי microfluidic. מיקרוסקופ 1-אופטי (הפוך), משאבת 2-מזרק, 3-תמונה ונתונים רכישה, צבע המכיל 4-מזרק (אופציונאלי), חיידקים המכילים 5-מזרק, מאגר 6-פסולת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
הדמיה confocal .4 זמן לשגות איור של אבולוציה של סרטים. מטוס תמונה מתאים לz = 25 מיקרומטר אמצע כלומר של מכשיר. אליפסות מקווקוים להפגין סרטי biofilm. אנא לחצוכאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5
איור 5 סימולציות מכאניות נוזל חישובית מראים מייעלות וקווי מתאר מהירות זרימת עבר מיקרו עמודים. זרימת נוזלים היא מלמעלה קנה מידה תחתונה ומהירות הוא במ '/ שנייה. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

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 לשלוט ולא לאפשר היווצרות של סרטים. נושא נוסף שפוגע ניסויים אלה הוא בועות גז שיכול להיות לכוד במערך מיקרו העמוד. בדרך כלל בועות אלה צריכים להסיר על ידי הגדלת קצב הזרימה בתחילה ולאחר מכן בהדרגה להקטין אותו לערך הרצוי.

פלטפורמות microfluidicכגון אלה מציעים כמה יתרונות וכמה מגבלות. הפלטפורמה מאפשרת לנו לעבוד עם כמויות תרבות קטנות, ויש לו את הגמישות של שילוב תכונות מוגדר על ידי משתמש. לדוגמא, ניתן לדמות מבנים נקבוביים שונים על ידי שינוי הפרמטרים הגיאומטריים של מערך מיקרו עמוד. גם מבנים המחקים את המבנה של תווך נקבובי אמיתי האקראי יכולים להיות מפוברקים על פלטפורמות microfluidic 18. יתר על כן, יכולים להיות מיושמים במספר ערוצים כגון באחד מכשיר המאפשר איסוף נתונים רלוונטיים משמעותיים לניתוח סטטיסטי מדויק. עם זאת, מערכות microfluidic בדרך כלל מחקות את המבנה דו ממדים של תווך נקבובי. התקנים שיכולים לחקות את הטבע תלת ממדי של תווך הנקבובי הם בדרך כלל די מאתגרים לפברק.

היווצרות והתפתחות של סרטים אינן מובנהית היטב עדיין, ומחקר נוסף נדרש בכיוון זה. הבנה של אופן שהסרטים יוצרים ולהוביל לפורמטיון של מבני biofilm הבוגרים יהיה רלוונטי למגוון רחב של תרחישים, כולל סתימה של התקנים ביו כגון סטנטים לב, biofilms באדמה, ומערכות סינון. פלטפורמת microfluidic שלנו היא צעד בכיוון זה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Flourescent Microscope Nikon
LB agar Fisher BP1425-500 suspend 40 g in 1 L of purified water
LB broth Fisher BP1427-500 suspend 20 g in 1 L of purified water
Biosafety hood Microzone corporation
Petri dish Fisher 875712 sterile 100 mm x 15 mm polystyrene Petri dish
Incubator shaker New Brunswick Scientific Excella E24 incubator shaker series
50 ml sterilized centrifuge tube Corning 430828 Polypropylene RNase-/DNase-free
Tetracycline free base MP Biomedicals 103012 50 μg/ml
SYLGARD 184 silicone Dow Corning Corporation 68037-59-2 Elastomer Base and curing agent
Positive photoresist (AZ4620)
Plastic tube Cole-Parmer

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  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, 1318-1322 (1999).
  3. Flemming, H. C., Wingender, J. The biofilm matrix. Nat Rev Microbiol. 8, 623-633 (2010).
  4. Wong, G. C. L., O’Toole, G. A. All together now: Integrating biofilm research across disciplines. MRS Bulletin. 36, 339-342 (2011).
  5. Yazdi, S., Ardekani, A. M. Bacterial aggregation and biofilm formation in a vortical flow. Biomicrofluidics. 6, 044114 (2012).
  6. Rusconi, R., Lecuyer, S., Guglielmini, L., Stone, H. A. Laminar flow around corners triggers the formation of biofilm streamers. J R Soc Interface. 7, 1293-1299 (2010).
  7. Drescher, K., Shen, Y., Bassler, B. L., Stone, H. A. Biofilm streamers cause catastrophic disruption of flow with consequences for environmental and medical systems. P Natl Acad Sci USA. 110, 4345-4350 (2013).
  8. Marty, A., Roques, C., Causserand, C., Bacchin, P. Formation of bacterial streamers during filtration in microfluidic systems. Biofouling. 28, 551-562 (2012).
  9. Taherzadeh, D., et al. Computational Study of the Drag and Oscillatory Movement of Biofilm Streamers in Fast Flows. Biotechnol Bioeng. 105, 600-610 (2010).
  10. Vrouwenvelder, J. S., et al. Impact of flow regime on pressure drop increase and biomass accumulation and morphology in membrane systems. Water Res. 44, 689-702 (2010).
  11. Mitchell, A. C., et al. Biofilm enhanced geologic sequestration of supercritical CO2. International Journal of Greenhouse Gas Control. 3, 90-99 (2009).
  12. Soleimani, S., Van Geel, P. J., Isgor, O. B., Mostafa, M. B. Modeling of biological clogging in unsaturated porous media. J Contam Hydrol. 106, 39-50 (2009).
  13. Kumar, A., et al. Microscale confinement features can affect biofilm formation. Microfluid Nanofluid. 14, 895-902 (2013).
  14. Neethirajan, S., et al. Encylopedia of Nanotechnology. Bhushan, B., et al. , Springer. (2012).
  15. Barathi, S., Vasudevan, N. Utilization of petroleum hydrocarbons by Pseudomonas fluorescens isolated from a petroleum-contaminated soil. Environ Int. 26, 413-416 (2001).
  16. Das, S., Kumar, A. Formation and post-formation dynamics of bacterial biofilm streamers as highly viscous liquid jets. arXiv preprint arXiv:1312.6056. , (2013).
  17. Shaw, T., Winston, M., Rupp, C. J., Klapper, I., Stoodley, P. Commonality of elastic relaxation times in biofilms. Phys Rev Lett. 93, (2004).
  18. Berejnov, V., Djilali, N., Sinton, D. Lab-on-chip methodologies for the study of transport in porous media: energy applications. Lab Chip. 8, 689-693 (2008).

Tags

הנדסת ביוטכנולוגיה גיליון 90 biofilm סרטים מיקרופלואידיקה ביו מיקרופלואידיקה תווך נקבובי חיידקים מיקרו עמודים
פרוטוקול ליצירת biofilm Streamer במכשיר microfluidic עם מיקרו עמודים
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hassanpourfard, M., Sun, X., Valiei, More

Hassanpourfard, M., Sun, X., Valiei, A., Mukherjee, P., Thundat, T., Liu, Y., Kumar, A. Protocol for Biofilm Streamer Formation in a Microfluidic Device with Micro-pillars. J. Vis. Exp. (90), e51732, doi:10.3791/51732 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter