माइक्रो खंभे के साथ एक microfluidic डिवाइस में Biofilm किरण गठन के लिए प्रोटोकॉल
Summary
Protocols for the study of biofilm formation in a microfluidic device that mimics porous media are discussed. The microfluidic device consists of an array of micro-pillars and biofilm formation by Pseudomonas fluorescens in this device is investigated.
Abstract
कई बैक्टीरियल प्रजातियों सतहों को देते हैं और biofilms बुलाया पतली फिल्मों के रूप में उन्हें उपनिवेश स्थापित करने की क्षमता होती है. झरझरा मीडिया में बढ़ने कि biofilms ऐसे अपशिष्ट उपचार और सीओ 2 ज़ब्ती के रूप में कई औद्योगिक और पर्यावरण प्रक्रियाओं के लिए प्रासंगिक हैं. हम चाहते हैं कि mimics झरझरा मीडिया एक microfluidic डिवाइस में biofilm गठन जांच करने के लिए, स्यूडोमोनास fluorescens एक ग्राम नकारात्मक एरोबिक जीवाणु का इस्तेमाल किया. microfluidic डिवाइस नरम लिथोग्राफी का उपयोग कर गढ़े गए थे जो सूक्ष्म पदों की एक सरणी के होते हैं. इसके बाद, प्रवाह के साथ इन उपकरणों में biofilm गठन जांच की गई है और हम अपने डिवाइस में स्ट्रीमर के रूप में जाना filamentous biofilms के गठन को प्रदर्शित करता है. निर्माण और microfluidic डिवाइस की विधानसभा के लिए विस्तृत प्रोटोकॉल जीवाणु संस्कृति प्रोटोकॉल के साथ साथ यहां प्रदान की जाती हैं. Microfluidic डिवाइस के साथ प्रयोग के लिए विस्तृत प्रक्रिया भी प्रतिनिधि के साथ प्रस्तुत कर रहे हैंपरिणाम है.
Introduction
हाल ही में, हम झरझरा मीडिया 1 mimics कि एक microfluidic डिवाइस में जीवाणु biofilm गठन की गतिशीलता का प्रदर्शन किया. बैक्टीरियल biofilms अनिवार्य रूप से बाह्य बहुलक पदार्थों (ईपीएस) 2-4 से रखा जाता है कि सतह एकत्रित बैक्टीरिया की कालोनियों हैं. बैक्टीरिया के इन फिल्मों पतली चिकनी सतहों से झरझरा मीडिया की बहुत अधिक जटिल निवास स्थान से लेकर लगभग हर कल्पनीय आला में फार्म कर सकते हैं. Valiei एट अल. 1 एक झरझरा मीडिया संरचना अनुकरण सूक्ष्म स्तंभों में से एक सरणी के साथ एक microfluidic डिवाइस का इस्तेमाल किया और द्रव का प्रवाह दर के एक समारोह के रूप में इस डिवाइस में biofilm गठन का अध्ययन किया. वे एक निश्चित प्रवाह शासन में, स्ट्रीमर के रूप में जाना filamentous biofilms विभिन्न स्तंभों के बीच उभरने लगे कि पाया. स्ट्रीमर एक पर सीमित किया जा सकता है या दोनों ठोस सतहों के लिए समाप्त हो जाती है, लेकिन संरचना के बाकी तरल में निलंबित कर दिया है. किरण गठन आम तौर पर शुरू होता है biofilm की एक प्रारंभिक परत का गठन और उसके स्वरूप के बादआयन ऐसी जटिल निवास में biofilm की लंबी अवधि के विकास निर्देशित कर सकते हैं. हाल ही में, कई शोधकर्ताओं किरण गठन की गतिशीलता की जांच की है. Yazdi एट अल. 5 स्ट्रीमर एक oscillating बुलबुला से होने वाले vortical प्रवाह में फार्म कर सकते हैं कि पता चला है. एक अन्य प्रयोग में, RUSCONI एट अल. 6 स्ट्रीमर के गठन पर चैनल वक्रता और चैनल ज्यामिति के प्रभाव की जांच की. वे स्ट्रीमर microchannels की घुमावदार वर्गों में फार्म कर सकते हैं कि पाया, और किरण आकारिकी गतिशीलता से संबंधित है. हाल के शोध स्ट्रीमर वे झरझरा इंटरफेस में परिपक्व संरचनाओं के गठन के लिए व्यापारियों के रूप में कार्य कर सकते हैं, विभिन्न प्राकृतिक और कृत्रिम स्थितियों में व्यापक असर हो एक जैव चिकित्सा प्रणालियों में तेजी और आपत्तिजनक biofilm प्रसार करने के लिए नेतृत्व, और भी काफी flow- पैदा कर सकता है कि प्रदर्शन किया है संरचना बातचीत, आदि 1,7-9.
Biofilm स्ट्रीमर अक्सर मैं फार्मऐसे झरझरा मीडिया के रूप में एन जटिल निवास. झरझरा मीडिया वातावरण में समझौता biofilm विकास जैसे CO2 कब्जा 11 के रूप स्थितियों में अच्छी तरह से बोर अखंडता को बनाए रखने और मिट्टी 12 में pores के plugging जैविक अपशिष्ट उपचार 10, के रूप में कई पर्यावरण और औद्योगिक प्रक्रियाओं के लिए प्रासंगिक है. ऐसे जटिल निवास में biofilm गठन अवलोकन कारण अक्सर झरझरा मीडिया की अस्पष्टता के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है. वे वास्तविक समय और सीटू की निगरानी में की अनुमति के रूप में ऐसी स्थितियों में, microfluidics आधारित झरझरा मीडिया प्लेटफॉर्म बेहद फायदेमंद साबित हो सकता है. Microfluidics का एक अन्य लाभ यह है कि एक भी जैव microfluidic मंच पर कई बायोरिएक्टर का निर्माण और एक साथ ऑनलाइन निगरानी और / या सेंसर के समावेश के लिए अनुमति देने की क्षमता है. एक डिवाइस और सटीक सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए महत्वपूर्ण प्रासंगिक डेटा इकट्ठा करने की क्षमता में कई प्रयोगशाला प्रयोगों को लागू करने के लिए लचीलापन एक महत्वपूर्ण एडीवी हैmicrofluidic सिस्टम 13,14 के antage.
ऊपर चर्चा के संदर्भ में, एक झरझरा मीडिया वातावरण में समझ की किरण गठन गतिशीलता कई अनुप्रयोगों के लिए फायदेमंद होगा. इस अध्ययन में, हम कि mimics झरझरा मीडिया एक डिवाइस में प्रकाश की किरण के गठन की जांच के लिए प्रोटोकॉल का विकास. Microfluidic मंच का निर्माण, सेल संस्कृति और प्रयोग के लिए आवश्यक कदम वर्णित हैं. हमारे प्रयोगों में, स्यूडोमोनास fluorescens के जंगली प्रकार बैक्टीरियल तनाव में कार्यरत था. पी मिट्टी में प्राकृतिक रूप से पाया fluorescens, मिट्टी पारिस्थितिकी 15 को बनाए रखने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है. नियोजित बैक्टीरियल तनाव आनुवंशिक रूप अनिवार्यता से हरी फ्लोरोसेंट प्रोटीन (GFP) व्यक्त करने के लिए इंजीनियर किया गया था.
Protocol
Representative Results
Discussion
हम जटिल निवास में biofilm विकास के अध्ययन के लिए झरझरा मीडिया mimics कि एक साधारण microfluidic डिवाइस का प्रदर्शन किया. प्रयोगों के परिणाम हुक्म है कि कई महत्वपूर्ण कदम उठाए हैं. वे डिवाइस ज्यामिति शामिल हैं. पोस्ट ज्या…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors would like to thank Professor Howard Ceri from the Biological Sciences Department of the University of Calgary for providing bacterial strains. A. Kumar acknowledges support from NSERC. T. Thundat acknowledges financial support from the Canada Excellence Research Chair (CERC) program. The authors would also like to acknowledge help from Ms. Zahra Nikakhtari for help with videography.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 100mmx15mm polystyrene petri dish |
| Incubator shaker | New Brunswick Scientific | Excella E24incubator shaker series | |
| 50 mL sterilized centrifuge tube | Corning | 430828 | Polypropylene Rnase-/Dnase-free |
| Tetracycline free base | MP Biomedicals | 103012 | 50 ug/mL |
| SYLGARD 184 silicone | Dow Corning Corporation | 68037-59-2 | Elastomer Base and curing agent |
| Positive photoresist (AZ4620) | |||
| Plastic tube | Cole- Parmer |
Riferimenti
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