Yöntem makalesi

Gözenekli Ortamlarda Biyotıkanıklığı İncelemek için Mikroakışkan Bir Platform

DOI:

10.3791/64689

⸱

13 Ekim 2022

 ,  ,  , 
1Department of Civil, Environmental and Geomatic Engineering, Institute of Environmental Engineering, ETH Zurich, 2Department Water Resources and Drinking Water, Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology

Bu makalede

Özet

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

Mevcut protokol, yüksek çözünürlüklü mikroskopi görüntülemeyi eşzamanlı basınç farkı ölçümleriyle birleştirerek yarı-2D gözenekli ortamlarda biyofilm gelişimini incelemek için mikroakışkan bir platformu tanımlamaktadır. Platform, gözenekli ortamlardaki gözenek boyutunun ve sıvı akış hızlarının biyotıkanma üzerindeki etkisini ölçer.

Özet

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

Bakteriyel biyofilmler, topraklar ve filtrasyon membranları dahil olmak üzere çeşitli çevresel ve endüstriyel gözenekli ortamlarda bulunur. Biyofilmler belirli akış koşulları altında büyür ve gözenekleri tıkayabilir, böylece yerel sıvı akışını yeniden yönlendirebilir. Biyofilmlerin gözenekleri tıkama yeteneği, biyotıkanma olarak adlandırılır, gözenekli ortamın yerel geçirgenliği üzerinde muazzam bir etkiye sahip olabilir, sistemde bir basınç birikimi yaratabilir ve içinden geçen kütle akışını etkileyebilir. Farklı fiziksel koşullar altında (örneğin, farklı akış hızlarında ve gözenek boyutlarında) biyofilm büyümesi ve sıvı akışı arasındaki etkileşimi anlamak için, bu çalışmada, biyofilm gelişimini dışarıdan dayatılan, kontrollü fiziksel koşullar altında bir mikroskop kullanarak görselleştirmek için mikroakışkan bir platform geliştirilmiştir. Gözenekli ortamdaki biyofilm kaynaklı basınç birikimi, basınç sensörleri kullanılarak aynı anda ölçülebilir ve daha sonra biyofilmin yüzey kaplaması ile ilişkilendirilebilir. Sunulan platform, akış koşulları altında gözenekli ortamlarda biyofilmlerin neden olduğu biyotıkanıklığı araştırmak için sistematik bir yaklaşım için bir temel oluşturur ve çevresel izolatları veya çok türlü biyofilmleri incelemek için uyarlanabilir.

Giriş

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

Biyofilmler - ekstra-polimerik maddelerin (EPS) kendiliğinden salgılanan bir matrisine gömülü bakteri kolonileri - topraklar ve akiferler1 gibi doğal gözenekli ortamlarda ve biyoremediasyon2, su filtrasyonu3 ve tıbbi cihazlar4 gibi teknik ve tıbbi uygulamalarda her yerde bulunur. Biyofilm matrisi, polisakkaritler, protein lifleri ve hücre dışı DNA 5,6'dan oluşur ve mikroorganizmalara, besin maddelerinin mevcudiyetine ve çevresel koşullara güçlü bir şekilde bağlıdır7. Oysa matrisin işlevleri e....

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

1. Silikon gofret hazırlama

  1. Mikroakışkan kanalın geometrilerini bilgisayar destekli tasarım (CAD; bkz. Malzeme Tablosu) yazılımında tasarlayın ve fotomaskeyi oluşturmak için şeffaf bir film üzerine yazdırın (Şekil 1A).
  2. Ana kalıbı aşağıdaki adımları izleyerek yumuşak litografi (temiz oda koşullarında) ile imal edin.
    1. Silikon gofreti 200 °C'de 2 saat pişirin.
    2. Gofreti bir spin-coater'ın ortasına yerleştirin ve gofret üzerine SU8 3050 fotorezistini ( bakınız Malzeme Tablosu) dökün. 10 s/100 rpm rampa süresi ile 40 s için 1.700 rpm'de spin coat.
      NOT: Spi....

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

Bu çalışmada, gözenekli ortamlarda biyofilm oluşumunu sistematik olarak incelemek için farklı gözenek boyutlarına sahip üç paralel mikroakışkan kanala sahip bir mikroakışkan cihaz kullanılmıştır (Şekil 1). Biyofilm oluşum süreci parlak alan mikroskobu kullanılarak görselleştirildi. Bakteri hücreleri ve biyofilm görüntülerde daha koyu pikseller olarak ortaya çıktı (Şekil 2). Ek olarak, kademeli bir tıkanma süreci gözlendi; 24 saatlik bir deney sırasında, başlangı.......

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

Basınç sensörleri ile birleştirilmiş mikroakışkan gözenekli ortam analogları, gözenekli ortamlarda biyofilm gelişimini incelemek için uygun bir araç sağlar. Mikroakışkan gözenekli ortamın tasarımındaki çok yönlülük, özellikle çap, düzensiz şekiller ve gözenek boyutu dahil olmak üzere sütunların düzenlenmesi, birçok geometrinin araştırılmasına izin verir. Bu geometriler, tek gözeneklerden, farklı doğal (örneğin topraklar) ve endüstriyel (örneğin, membranlar ve filtreler) gözenekli ortamları taklit eden son derece karmaşık.......

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Yazarlar çıkar çatışması olmadığını beyan ederler.

Teşekkürler

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

Yazarlar, SNSF PRIMA hibe 179834 (E.S.'ye), ETH'den (RS'ye), ETH Zürih Araştırma Hibesinden (RS ve J.J.M.'ye) isteğe bağlı fonlamadan ve Eawag'dan (J.J.M.'ye) isteğe bağlı fonlamadan destek kabul etmektedir. Yazarlar, Şekil 1B'deki deney düzeneğini gösterdiği için Roberto Pioli'ye ve silikon gofret hazırlığı için Ela Burmeister'e teşekkür eder.

....

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Acrodisc 25 mm Şırınga Filtresi, 1.2 & m Versapor MembranPall CorporationPN41901.2 & m filtreler
BD 10 mL Şırınga (Luer-Lock)BD300912kanalı deiyonize su ile doldurmak için kullanılır
Kutu İnkübatörÖmrü Görüntüleme HizmetleriBiyofilm büyüme deneyi sırasında sabit bir sıcaklığa sahip olmak için kullanılır
Hücre yoğunluk ölçer CO8000WPA biyodalgaOD ölçer
Santrifüj şişesiEppendorf301200861,5 mL
CETONI Base 120CETONI GmbHşırınga pompası
CorelCADmikroakışkan kanal geometrilerini tasarlamak için kullanılanCorelDRAW
Kültür tüpleri (14 mL, steril)greiner bio-oneKültür tüpleri
Kurutma fırını, VENTI-LineVWRPDMS'yi kürlemek için fırın
HandyMigrosDeterjan çözeltisi
Sıcak Plazmaişleminden sonra PDMS-cam bağını sertleştirmek içinVRW
ImageJFIJI Görüntü analiz yazılımı
Innova 42 Inc Shaker (New Brunswick)Eppendorfİnkübatör
İzopropanol (> %99,8)Sigma Aldrich67-63-0
Masterflex transfer borusuMasterflexHV-06419-050,020'' ID, 0,06'' OD
Mikro Kaydıraklar, Düz, 75 x 60 mmCorning2947-75X50Cam kaydıraklar
Mikroakışkan basınç sensörü (1 bar)ElveflowBasınç sensörleri
Miltex Biopsy zımba, çap 1,5 mmMikroakışkan kanalın giriş ve çıkış deliklerini yapmak içinIntegra
mrDev600 geliştiriciMicroresist
Nikon Eclipse Ti2Nikon Instruments
Mikroskop Besin suyu n° 3Sigma Aldrich
Omnifix Şırınga, Luer-Lockile B.Braun, farklı hacimlerde şırıngalar
, Plazma odası, ZeptoDiener ElektronikZEPTO-1 PDMS'yi ve cam slaytı plazma yapıştırmak için kullanılır
Hassas mendiller (Kimtech Science)Kimberly ClarkKCP-7552cam sürgüyü kurutmak için
Elastomerçapraz bağlama maddesi oranını tartmak için kullanılanVWR-CH611-2605
Silikon gofret (10 cm)Silicon Materials Inc. N//Fos < 100> 1-10 & omega; cm
Spincoater, Sıkma modülü SM150Sawatec
SU8 3050 PhotoresistKayakuam
Sü ss MA6 Maske hizalayıcıKrom-cam maskeyi hizalamak için kullanılanSUSS MicroTec Grubu
Sylgard 184Dow Corningsilikon elastomer kiti; kürleme maddesi
Techni Etch Cr01TechnicTechnic Doku
kültürü kabı 150TPP93150
Trikloro (1H, 1H, 2H, 2H perflorooktil) silanSigma Aldrich Sigma Aldrichsilisan gofreti silanize etmek için kullanılır
Veeco Dektak 6 MVeecoProfilometre
, yazılımı sıcaklık kontrollü plaka Puncher, ölçek

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Flemming, H. C., Wuertz, S. Bacteria and archaea on Earth and their abundance in biofilms. Nature Reviews Microbiology. 17 (4), 247-260 (2019).
  2. Cunningham, A. B., Sharp, R. R., Hiebert, R., James, G. Subsurface biofilm barriers for the cont....

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Biofilm B y mesiAk H zG zenek BoyutuBas n Sens rleriAyd nl k Alan MikroskobisiY zey Kaplama Oranr nga Pompas

İlgili makaleler