Fenêtre sur un micromonde: Simple systèmes microfluidiques pour l'étude de Transports microbienne dans les milieux poreux
Summary
Dispositifs microfluidiques peuvent être utilisées pour visualiser processus naturels complexes en temps réel et à l'échelle physique approprié. Nous avons développé un dispositif simple microfluidique qui imite les principales caractéristiques des milieux poreux naturels pour étudier la croissance et le transport des bactéries dans le sous-sol.
Abstract
La croissance microbienne et de transport en milieux poreux ont des implications importantes pour la qualité de l'eau souterraine et de surface, le recyclage des nutriments dans l'environnement, ainsi que directement à la transmission des pathogènes à l'approvisionnement en eau potable. Naturelles des milieux poreux est composé d'une topologie complexe physique, chimie de surface variées, les gradients de dynamique des nutriments et accepteurs d'électrons, et une répartition inégale des microbes. Ces caractéristiques varient sensiblement sur une échelle de longueur de quelques microns, ce qui rend les résultats de la macro-échelle des enquêtes de transport microbien difficiles à interpréter, et la validation des modèles mécanistes difficiles. Ici nous démontrons comment de simples dispositifs microfluidiques peuvent être utilisées pour visualiser les interactions microbiennes avec des micro-structurée des habitats, d'identifier les processus clés qui influent sur les phénomènes observés, et de valider systématiquement les modèles prédictifs. Simple, des cellules d'écoulement facile à utiliser, ont été construits hors de la transparence, matériau biocompatible et perméable à l'oxygène poly (diméthyl siloxane). Les méthodes standard de la photolithographie ont été utilisés pour fabriquer des micro-structurée maîtres, et le moulage réplique a été utilisé pour lancer des cellules d'écoulement des micro-structurée par les maîtres. La conception physique de la chambre de la cellule de débit est adaptable aux besoins expérimentaux: microcanaux peut varier de simples connexions linéaires aux topologies complexes avec des tailles de fonction aussi petites que 2 um. Notre gamme modulaire de cellules d'écoulement EcoChip caractéristiques des dizaines de chambres identiques et de contrôle de flux par un module de flux par gravité. Nous démontrons que, grâce à l'utilisation de dispositifs EcoChip, les structures physiques et les têtes de pression peut être variable ou constante, systématique alors que l'influence de la chimie de surface, les propriétés des fluides, ou les caractéristiques de la population microbienne est étudiée. Grâce à des expériences de transport utilisant un non-pathogènes, la protéine fluorescente verte exprimant<em> Vibrio</em> Souche bactérienne, nous illustrons l'importance de la structure de l'habitat, les conditions d'écoulement, et la taille inoculums sur les phénomènes de transport fondamentaux, et en temps réel des particules échelle observations démontrent que la microfluidique offrent une vue convaincante d'un monde caché.
Protocol
Discussion
Le système est adaptable EcoChip aux besoins d'une expérience individuelle. Les nouveaux maîtres peuvent être créés relativement facilement, et une fois un maître est fabriqué, des dispositifs supplémentaires exactement dupliquée peut être moulé comme nécessaire. Le module de flux est simple à utiliser, ne requiert aucun équipement spécial ou des connexions complexes, et peut être modélisée comme une tête simples tomber mus par pression du système de flux. Des prolongations supplémentaires de c…
Acknowledgements
Cette étude a été soutenue par des subventions # 0649883 de la National Science Foundation, l'Institut Vanderbilt for Integrative Biosystems recherche et d'enseignement (VIIBRE), et par la biologie Searle systèmes et l'expérience de la recherche bio-ingénierie de premier cycle (Searle SyBBURE).
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).
