Finestra su un micromondo: Sistemi Microfluidic semplice per studiare il trasporto microbica in mezzi porosi
Summary
Dispositivi microfluidici può essere utilizzato per visualizzare complessi processi naturali in tempo reale e alle scale fisico appropriato. Abbiamo sviluppato un semplice dispositivo a microfluidi che simula le caratteristiche principali di mezzi porosi naturali per studiare la crescita e il trasporto di batteri nel sottosuolo.
Abstract
La crescita microbica e trasporto in mezzi porosi avere importanti implicazioni per la qualità delle acque sotterranee e di superficie, il riciclaggio dei nutrienti nell'ambiente, oltre che direttamente per la trasmissione di agenti patogeni di approvvigionamento di acqua potabile. Mezzi porosi naturali si compone di una topologia complessa fisico, chimiche superficie varia, dinamica gradienti di nutrienti e accettori di elettroni, e una distribuzione irregolare di microbi. Queste caratteristiche variano sostanzialmente su una scala di micron di lunghezza, rendendo i risultati della macro-scala indagini di trasporto microbica difficile da interpretare, e la validazione dei modelli meccanicistici impegnativo. Qui mostriamo come semplici dispositivi microfluidica può essere utilizzato per visualizzare le interazioni microbiche con micro-habitat strutturato, per identificare i processi chiave che influenzano i fenomeni osservati, e di validare sistematicamente modelli predittivi. Semplice, facile da usare celle di flusso sono stati estrapolati dai trasparente, materiale biocompatibile e poli permeabile all'ossigeno (dimetil silossano). Metodi standard di fotolitografia state utilizzate per effettuare micro-strutturati maestri, e stampaggio replica è stata utilizzata per lanciare micro-celle di flusso strutturato dai maestri. La progettazione fisica della camera di cella di flusso è adattabile alle esigenze sperimentali: microcanali possono variare da semplici collegamenti lineari di topologie complesse con dimensioni caratteristiche piccole come 2 micron. La nostra gamma modulare il flusso EcoChip cellule caratteristiche decine di camere identiche e controllo di flusso da una forza di gravità-driven modulo flusso. Abbiamo dimostrato che attraverso l'uso di dispositivi EcoChip, strutture fisiche e le teste di pressione può essere mantenuta costante o varia sistematicamente mentre l'influenza della chimica di superficie, le proprietà dei fluidi, o le caratteristiche della popolazione microbica è indagato. Attraverso esperimenti di trasporto con un non patogeno, la proteina verde fluorescente che esprimono<em> Vibrio</em> Ceppo batterico, che illustrano l'importanza della struttura dell'habitat, le condizioni di flusso, e la dimensione inoculums su fenomeni di trasporto fondamentali, e in tempo reale delle particelle scala osservazioni dimostrano che microfluidica offrire una visione convincente di un mondo nascosto.
Protocol
Discussion
Il sistema EcoChip è adattabile alle esigenze di un esperimento individuale. Nuovi padroni possono essere creati in modo relativamente semplice, e una volta un maestro è fabbricato, ulteriori dispositivi esattamente replicato possono essere lanciate come necessario. Il modulo del flusso è semplice da usare, non richiede attrezzature particolari o connessioni complesse, e può essere modellato come una testa semplice caduta di pressione basato su sistema a flusso. Ulteriori estensioni a questo lavoro sono in corso, e …
Acknowledgements
Questo studio è stato sostenuto dalla concessione # 0649883 dal National Science Foundation, l'Istituto per la Vanderbilt Integrativa Biosystems la ricerca e l'istruzione (VIIBRE), e dalla biologia Searle Sistemi ed esperienza di ricerca di Bioingegneria di laurea (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).
