Ventana en un micromundo: Sistemas sencillos de microfluidos para el estudio de transporte de microbios en medios porosos
Summary
Dispositivos de microfluídica se puede utilizar para visualizar procesos naturales complejos en tiempo real y en las escalas físicas adecuadas. Hemos desarrollado un sencillo dispositivo de microfluidos que imita las características clave de los medios porosos naturales para el estudio del crecimiento y el transporte de bacterias en el subsuelo.
Abstract
El crecimiento microbiano y transporte en medios porosos tienen implicaciones importantes para la calidad de aguas subterráneas y superficiales, el reciclaje de nutrientes en el medio ambiente, así como directamente por la transmisión de patógenos a los suministros de agua potable. Natural de medios porosos se compone de una topología compleja física, química variada superficie, gradientes de dinámica de nutrientes y aceptores de electrones, y una distribución irregular de los microbios. Estas características varían sustancialmente en una escala de longitud de micras, por lo que los resultados de la macro-escala de las investigaciones del transporte de microbios difíciles de interpretar, y desafiando a la validación de los modelos mecanicistas. Aquí se demuestra lo simple que los dispositivos de microfluidos se puede utilizar para visualizar las interacciones microbianas con micro-hábitats estructurados, para identificar los procesos clave que influyen en los fenómenos observados, y para validar modelos predictivos de forma sistemática. Simple, fácil de usar células de flujo se construye a partir de la transparencia, material biocompatible y permeable al oxígeno-poli (dimetil siloxano). Los métodos estándar de fotolitografía se utiliza para hacer micro-estructura maestros, y el moldeado de réplica se utiliza para convertir células de micro-estructura del flujo de los maestros. El diseño físico de la cámara de la celda de flujo es adaptable a los requerimientos experimentales: microcanales puede variar desde una simple conexión lineal con topologías complejas con tamaños tan pequeños como de 2 micras. Nuestro flujo de modular ECOCHIP matriz de células características de docenas de cámaras idénticas y control de flujo mediante un módulo de flujo por gravedad-impulsado. Se demuestra que a través del uso de dispositivos de ECOCHIP, estructuras físicas y las cabezas de presión puede mantenerse constante o variar sistemáticamente, mientras que la influencia de la química de superficie, las propiedades del fluido, o las características de la población microbiana que se investiga. A través de experimentos de transporte con una no patógena, la proteína verde fluorescente que expresan<em> Vibrio</em> Cepa bacteriana, que ilustran la importancia de la estructura del hábitat, condiciones de flujo, y el tamaño del inóculo en los fenómenos de transporte fundamental, y en tiempo real a escala de partículas observaciones demuestran que la microfluídica ofrecer una visión convincente de un mundo oculto.
Protocol
Discussion
El sistema ECOCHIP es adaptable a las necesidades de un experimento individual. Maestros se pueden crear nuevos con relativa facilidad, y una vez que un maestro se fabrica, otros dispositivos exactamente replicado se puede lanzar si es necesario. El módulo de flujo es fácil de usar, no requiere ningún equipo especial ni conexiones complejas, y puede ser modelado como una simple de la cabeza caída de presión impulsada por sistema de flujo. Extensiones adicionales para este trabajo están en curso, e incluyen la crea…
Acknowledgements
Este estudio fue apoyado por la subvención # 0649883 de la National Science Foundation, el Instituto Vanderbilt para Biosystems Integrativa de Investigación y Educación (VIIBRE), y por la Biología de Sistemas y Searle experiencia Bioingeniería de Investigación de Pregrado (Searle SyBBURE).
Materials
| Material Name | Type | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| PDMS | Dow Corning | |||
| SU8-2025 | MicroChem Corp. | |||
| Fluorescent Beads | Polysciences, Inc. |
References
- Whitesides, G., Ostuni, E., Takayama, S., Jiang, X., Ingber, D. Soft lithography in biology and biochemistry. Annual Review of Biomedical Engineering. 3, 335-373 (2001).
- Wang, W., Shor, L. M., LeBoeuf, E. J., Wikswo, J. P., Kosson, D. S. Mobility of protozoa through narrow channels. Applied and Environmental Microbiology. 71, 4628-4637 (2005).
