Method Article

Sıralı Capillarity destekli Montaj yoluyla Mikroorganizmaların ve Mikropartiküllerin Deseni

DOI:

10.3791/63131

⸱

November 4th, 2021

 ,  ,  , 
1Institute of Environmental Engineering, Department of Civil, Environmental and Geomatic Engineering, ETH Zurich, 2Department of Materials, ETH Zurich

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bakteri ve kolloidler gibi bir sıvıda asılı mikro boyutlu nesneleri polidimetilsiloksisan substratında öngörülen dizilere desenleştirmek için mikroakışkan bir platformda kapilarite destekli montaj kullanan bir teknoloji sunuyoruz.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mikroorganizmaların tanımlanmış mekansal düzenlemelere kontrollü bir şekilde desenlenerek, mikrobiyal fizyoloji ve etkileşim çalışmaları da dahil olmak üzere çok çeşitli biyolojik uygulamalar için benzersiz olanaklar sunar. En basit düzeyde, mikroorganizmaların doğru mekansal desenlemleri, çok sayıda bireysel hücrenin güvenilir, uzun süreli görüntülenmesini sağlayacak ve mesafeye bağlı mikrop-mikrop etkileşimlerini nicel olarak inceleme yeteneğini dönüştürecektir. Daha benzersiz bir şekilde, mikroakışkan teknolojinin sunduğu gibi, doğru mekansal desenleme ve çevresel koşullar üzerinde tam kontrol sağlamak, mikrobiyal ekolojide tek hücreli çalışmalar için güçlü ve çok yönlü bir platform sağlayacaktır.

Bu makale, mikroakışkan bir kanal içinde çok yönlü ve kullanıcı tanımlı mikroorganizma desenleri üretmek için mikroakışkan bir platform sunarak uzun süreli, yüksek verimli izleme için tam optik erişim sağlar. Bu yeni mikroakışkan teknoloji, kılcal damar destekli parçacık montajına dayanır ve mikroakışkan bir kanalın içindeki buharlaşan süspansiyonun kontrollü hareketinden kaynaklanan kılcal kuvvetlerden yararlanarak mikro boyutlu nesneleri polidimetilsiloksisan (PDMS) substratına mikrofabrik bir dizi tuzakta biriktirir. Sıralı çökeltiler, yalnızca tuzakların geometrisi ve dolum sırası tarafından dikte edilen tek veya birden fazla mikro boyutlu nesne türünün istenen uzamsal düzenini oluşturur.

Platform, farklı boyut ve malzemelerden kolloidal parçacıklar kullanılarak kalibre edilmiştir: çeşitli kolloidal desenler oluşturmak ve sıkışmış parçacıkların yüzey fonksiyonelleştirmesini gerçekleştirmek için güçlü bir araç olduğu kanıtlanmıştır. Ayrıca, platform Escherichia coli hücreleri model bakteri olarak kullanılarak mikrobiyal hücreler üzerinde test edildi. Yüzeyde binlerce bireysel hücre desenlendi ve zaman içinde büyümeleri izlendi. Bu platformda, tek hücreli biriktirme ve mikroakışkan teknolojinin birleşmesi, hem mikroorganizmaların geometrik desenlenmesine hem de çevresel koşulların hassas kontrolüne izin verir. Böylece, ön deneylerde gösterildiği gibi, tek mikropların fizyolojisine ve mikrop-mikrop etkileşimlerinin ekolojisine bir pencere açar.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tek mikroorganizmaların, özellikle mikroakışkan cihazlar gibi çevresel koşullar üzerinde tam kontrol sağlayan deneysel arenalarda mekansal desenleme, çok çeşitli bağlamlarda son derece arzu edilir. Örneğin, mikroorganizmaların düzenli diziler halinde düzenlenmesi, çok sayıda bireysel hücrenin doğru görüntülenmesine ve çevresel uyaranlara yanıt olarak büyüme, fizyoloji, gen ekspresyonu ve ilaç duyarlılığının incelenmesine izin verecektir. Ayrıca, hücresel iletişim (örneğin, çekirdek algılama), çapraz besleme (örneğin, alg-bakteriyel simbiyoz) veya antagonizm (örneğin, allelopati) araştırmalarında özel olarak ilgi çekici hücre-hücre etkileşimlerinin incelenmesine ve hüc....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Silikon master hazırlığı

NOT: Kolloidal ve mikrobiyal desenleme şablonlarını oluşturan mikrofabrik tuzakları taşıyan PDMS şablonları Geissler ve ark. 17. Silikon ustası, temiz bir odada geleneksel litografi ile hazırlandı. Prosedür için aşağıdaki adımlara ve ekipman için Malzeme Tablosuna bakın.

  1. Bilgisayar destekli tasarım (CAD) yazılımı kullanarak özellikleri tasarlayın.
  2. Tasarlanan özellikleri UV doğrudan lazer yazıcı ile ortaya sürerek krom cam maskesini pozitif fotoresist tabakasıyla hazırlayın.
    1. Krom cam maskesini, 15 sn için 1:4 fo....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Kolloidal parçacıkları ve bakterileri pdms şablonunda mikrofabrik olarak tasarlanmış tuzaklara sokmak için kapillarite destekli montajdan yararlanan mikroakışkan bir platform geliştirilmiştir. Kolloidlerin ve bakterilerin kapillarite destekli montaj yoluyla desenlerini optimize etmek için iki farklı kanal geometrisi tasarlanmıştır. İlk kanal geometrisi (Şekil 1B), aralarında fiziksel bariyer olmayan üç 23 mm uzunluğunda paralel bölümden oluşur. Yanlardaki iki bölüm 5 mm genişliğinde ve 1 mm .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Burada açıklanan mikroakışkan platform, kolloidler ve bakteriler gibi mikro boyutlu nesnelerin PDMS alt tabakasında öngörülen uzamsal düzenlemelere desenlenerek örüntülmesini sağlar. Mikroakışkanların sunduğu çevresel koşullar üzerindeki tam kontrol ve sCAPA teknolojisinin verdiği mikrometrik hassasiyetle hücreleri desenleme yeteneği, onu gelecekteki fizyoloji ve ekoloji çalışmaları için çok umut verici bir platform haline getirmektedir.

Bu çalışmada sunulan deneylerde silikon ustası, .......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak çıkar çatışmaları yoktur.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar, SNSF PRIMA hibe 179834 (E.S.'ye), bir ETH Araştırma Hibesi ETH-15 17-1'den (R. S.) ve Gordon ve Betty Moore Vakfı SuCul Mikrobiyal Simbiyoz Araştırmacı Ödülü'nden (GBMF9197 hibe) (R. S.) destek kabul ediyorlar. Yazarlar, bakterilerin SEM görüntülemesi ve içgörülü tartışmalar için Dr. Miguel Angel Fernandez-Rodriguez'e (İspanya Granada Üniversitesi) teşekkür ediyor. Yazarlar, içgörülü tartışmalar için Dr. Jen Nguyen (Kanada British Columbia Üniversitesi), Dr. Laura Alvarez (ETH Zürih, İsviçre), Cameron Boggon (ETH Zürih, İsviçre) ve Dr. Fabio Grillo'ya teşekkür ediyor.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Alcatel AMS 200SE I-SpeederAlcatel Mikro İşleme Sistemiderin reaktif iyon değişim sistemi
Alconoxdeterjan
AZ400K geliştiriciMicroChemicalsAZ400K
BD 10 mL Şırınga (Luer-Lock)BD300912taze Lizojeni suyunu mikroakışkan kanala akıtmak için kullanılır
Kutu İnkübatörÖmrü Kanaldahomojen ve sabit bir sıcaklık sağlamak için kullanılan
SantrifüjEppendorf5424Rgece ortamını taze minimal ortamla değiştirmek için kullanılır
Santrifüj şişesiEppendorf301200861,5 mL
CETONI Base 120 CETONIGmbHşırınga pompası
0,98 ve mikro çaplı floresan PS parçacıkları; m (kırmızı)microParticles GmbHPS-FluoRed-Fi267
Çapı 1.08 ve mikro olan floresan PS parçacıkları; m (yeşil)microParticles GmbHPS-FluoGreen-Fi182
Çapı 2.07 ve mikro olan floresan PS parçacıkları; m (yeşil)microParticles GmbHPS-FluoGreen-Fi183
Çapı 2.08 ve mikro olan floresan PS parçacıkları; m (kırmızı)microParticles GmbHPS-FluoRed-Fi180
Gigabatch 310 MPVA TePla10 cm'lik bir silikon gofreti plazma işlemine tabi tutmak için kullanılır
H401-T-CONTROLLERIsıtmalı cam plakanınOkolab
H601-NIKON-TS2R-GLASSOkolabısıtmalı cam plaka
Heidelberg DWL 2000Heidelberg InstrumentsUV direkt lazer yazar
İnsülin şırıngaları, U 100, luer CodanMedical ApSile CODA621640Desenleme işlemi sırasında sıvı süspansiyonu çekmek için kullanılan 1 mL şırınga
KlayoutOpenSourceözellikleri tasarlamak için kullanılır
Fisher Scientific244610Lizojeni suyu mikroakışkan kanal Masterflex'e akıtılır
transfer borusuMasterflexHV-06419-050.020'' ID, 0.06'' OD
MOPS (10x)TeknovaM2101miliQ su ile on kat seyreltilmiş ve gece ortasının yerini almak için kullanılır
Nikon Eclipse Ti2Nikon Instrumentsmikroskobu
openSCADAçık kaynak, kalıbı tasarlamak için kullanılır
OPTIspin SB20ATM grubu51-0002-01-00spin geliştirici
Plazma odası ZeptoDiener ElektronikZEPTO-1, şablonu ve mikrokanalı yapıştırmak için plazma işlemek için kullanılır
Pozitif fotorezist AZ1505MicroChemicalsAZ1505
Potasyum fosfat dibazikSigma AldrichP3786MOPS'a eklendi 1x
Prusa kürleme ve Yıkama makinesi CW1SPrusaTüm polimerin kürlenmesini ve kürlenmemiş polimerin kalıptan çıkarılmasını sağlamak için kullanılır
Prusa Reçine - ToughPrusa Research a.ş.3D baskı için UV ışığa duyarlı 405nm sıvı reçine
Prusa SL1 3d yazıcıPrusakalıbı yazdırmak için kullanılır
ÖlçekVWR-CH611-2605PDMS karışımını ağırlıklandırmak için kullanılır
Silikon gofret (10 cm)Silicon Materials Inc.N/Fos < 100> 1-10 & omega; cm
Sü ss MA6 Maske hizalayıcıSUSS MicroTec Group, krom cam maskeyi ve alt tabakayı hizalamak ve alt tabakayı açığa çıkarmak için kullanılır
Sylgard 184Dow Corningsilikon elastomer kiti; kürleme maddesi
Techni Etch Cr01Teknikkrom aşındırıcı
Trikloro (1H, 1H, 2H, 2H-perflorooktil) silanSigma Aldrich4489313D baskılı kalıbı silianize etmek için kullanılır
TWEEN 20Sigma AldrichP1379desenleme işlemi sırasında optimum bir geri çekilme temas açısı sağlamak için kullanılır
Veeco Dektak 6 MVeecoprofilometre
VTC-100 Vakumlu Sıkma KaplayıcıMTI şirketivakumlu sıkma kaplayıcı
Görüntüleme Hizmetleri , , kontrolörü silikon ustası LB Broth, Miller (Luria-Bertani) üzerindeki , ,

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Choi, C. H., et al. Preparation of bacteria microarray using selective patterning of polyelectrolyte multilayer and poly(ethylene glycol)-poly(lactide) deblock copolymer. Macromolecular Research. 18 (3), 254-259 (2010).
  2. Smriga, S., Fernandez, V. I., Mitchell, J. G., Stocker, R.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Microorganism PatterningCapillarity Assisted AssemblyMicrofluidic PlatformColloidal Particle PatterningSingle Cell AnalysisMicrofluidic ChannelPDMS MicrofabricationBacterial Cell PatterningSequential DepositionMicrobe Microbe Interactions

Related Articles