Fenster an einem Microworld: Einfache mikrofluidische Systeme für Studium Mikrobielle Transport in porösen Medien
Summary
Mikrofluidik-Geräte lassen sich komplexe natürliche Prozesse in Echtzeit und auf der entsprechenden physikalischen Maßstäben zu visualisieren. Wir haben ein einfaches Mikrofluidiksystem, dass wichtige Funktionen des natürlichen porösen Medien nachahmt für das Studium Wachstum und Transport von Bakterien im Untergrund entwickelt.
Abstract
Das mikrobielle Wachstum und Transport in porösen Medien haben wichtige Implikationen für die Qualität des Grundwassers und des Oberflächenwassers, das Recycling von Nährstoffen in die Umwelt, als auch direkt für die Übertragung von Krankheitserregern auf die Trinkwasserversorgung. Natürliche porösen Medien ist von einem komplizierten physikalischen Topologie, abwechslungsreiche Oberflächenchemie, dynamische Verläufe von Nährstoffen und Elektronenakzeptoren und eine lückenhafte Verteilung der Mikroben zusammen. Diese Merkmale unterscheiden sich im wesentlichen über eine Längenskala von Mikrometern, so dass die Ergebnisse der Makro-Ebene Untersuchungen der mikrobiellen Transport schwierig zu interpretieren, und die Validierung von mechanistischen Modellen Herausforderung. Hier zeigen wir, wie einfach mikrofluidischen Bauteilen verwendet werden, um mikrobielle Interaktionen mit mikrostrukturierten Lebensräume zu visualisieren, um wichtige Prozesse beeinflussen die beobachteten Phänomene zu erkennen und systematisch zu überprüfen Vorhersagemodelle werden. Einfache, leicht zu bedienende flow-Zellen wurden aus dem transparenten, biokompatiblen und Sauerstoff-durchlässigen Material Poly (dimethylsiloxan) konstruiert. Standard-Methoden der Photolithographie wurden eingesetzt, um mikrostrukturierte Meister zu machen, und Replikat wurde benutzt, um mikro-flow-Zellen von den Meistern gegossen. Die physikalischen Design der Messzelle Kammer ist anpassungsfähig an die experimentellen Voraussetzungen: Mikrokanäle kann von einfachen linearen Verbindungen zu komplexen variieren Topologien mit Strukturgrößen von nur 2 um. Unsere modularen EcoChip flow cell array verfügt über Dutzende von identischen Kammern und Flow Control durch eine Schwerkraft-Flow-Modul. Wir zeigen, dass durch den Einsatz von EcoChip Geräte, physikalische Strukturen und Förderhöhen konstant gehalten werden kann oder variiert systematisch während der Einfluss der Oberflächenchemie, Fluid-Eigenschaften oder den Eigenschaften der mikrobiellen Population untersucht. Durch Transport Experimente mit einem nicht-pathogenen, grün fluoreszierendes Protein-exprimierenden<em> Vibrio</em> Bakterienstamm, zeigen wir die Bedeutung des Lebensraums Struktur, Strömungsverhältnisse und Impfkulturen Größe über grundlegende Transport-Phänomene, und mit Echtzeit-Partikel-Skala Beobachtungen zeigen, dass der Mikrofluidik eine überzeugende Darstellung einer verborgenen Welt zu bieten.
Protocol
Discussion
Die EcoChip System ist anpassbar an die Bedürfnisse eines einzelnen Experiments. New Master können relativ einfach erstellt werden, und einmal ein Meister gefertigt ist, zusätzliche exakt repliziert Geräte können cast as benötigt werden. Der Durchfluss-Modul ist einfach zu bedienen, erfordert keine besondere Ausrüstung oder komplexe Zusammenhänge und kann als einfacher fallen Kopfdruck-driven flow-System modelliert werden. Zusätzliche Erweiterungen für diese Arbeit sind im Gange, und zählen die Schaffung von …
Acknowledgements
Diese Studie wurde von Grant # 0649883 aus der National Science Foundation, die von der Vanderbilt-Institut für Integrative Biosystems Bildung und Forschung (VIIBRE) und von der Searle Systems Biology and Bioengineering Undergraduate Research Experience (Searle SyBBURE) unterstützt.
Materials
| Material Name | Tipo | Company | Catalogue Number | Comment |
|---|---|---|---|---|
| PDMS | Dow Corning | |||
| SU8-2025 | MicroChem Corp. | |||
| Fluorescent Beads | Polysciences, Inc. |
Referências
- 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).
