Fönster på en mikrovärld: Enkel mikroflödessystem system för att studera mikrobiella transport i porösa material
Summary
Mikroflödessystem enheter kan användas för att visualisera komplexa naturliga processer i realtid och på lämplig fysisk skalor. Vi har utvecklat en enkel mikroflödessystem enhet som härmar viktiga funktioner av naturliga porösa material för att studera tillväxt och transport av bakterier i ytan.
Abstract
Mikrobiell tillväxt och transport i porösa medier har viktiga konsekvenser för kvaliteten på grundvatten och ytvatten, återvinning av näringsämnen i miljön, samt direkt för överföring av patogener till dricksvatten. Naturliga porösa medier består av ett intrikat fysisk topologi, varierad yta kemier, dynamiska gradienter av näringsämnen och elektron acceptanter, och en ojämn fördelning av mikrober. Dessa funktioner varierar kraftigt över en längd skala från mikron, vilket gör resultaten från makronivå undersökningar av mikrobiell transport svårtolkade och validering av mekanistiska modeller utmanande. Här kan vi visa hur enkelt mikroflödessystem enheter kan användas för att visualisera mikrobiella interaktioner med mikro-strukturerade livsmiljöer, för att identifiera viktiga processer som påverkar den observerade fenomen, och att systematiskt validera prediktiva modeller. Enkel, lätt att använda flöde celler byggdes ut det genomskinliga, biokompatibla och syre-genomsläppligt material poly (dimetyl siloxan). Standardmetoder för fotolitografi användes för att göra mikro-strukturerade mästare, och replik gjutning användes för att kasta mikro-strukturerade flöde celler från mästarna. Den fysiska utformningen av flödescellen kammaren är anpassningsbar till den experimentella krav: mikrokanaler kan variera från enkel linjär kopplingar till komplexa topologier med funktionen storlekar så små som 2 ìm. Våra moduluppbyggda EcoChip flödescell rad funktioner dussintals identiska kammare och flödeskontroll med en gravitation driven flöde modul. Vi visar att genom användning av EcoChip enheter kan fysiska strukturer och huvuden trycket hållas konstant eller varieras systematiskt under påverkan av ytkemi, vätska egenskaper eller egenskaperna hos den mikrobiella populationen undersöks. Genom att transportera försök med en icke-patogena, grönt fluorescerande protein, som uttrycker<em> Vibrio</em> Bakteriestam, illustrerar vi vikten av livsmiljöer struktur, villkor flöde och inoculums storleken på grundläggande transport-fenomen, och med realtid partikel skala observationer, visar att mikrofluidik erbjuder en övertygande bild av en dold värld.
Protocol
Discussion
Det EcoChip Systemet kan anpassas till behoven i ett enskilt experiment. Nya mästare kan skapas relativt enkelt, och när en herre är påhittade, kan ytterligare reproduceras exakt enheter kastas efter behov. Flödet Modulen är enkel att använda, kräver ingen speciell utrustning eller komplexa samband, och kan modelleras som en enkel fallande huvud tryck driven flödessystem. Ytterligare utökningar av detta arbete pågår, och bland annat skapa humussyra belagda kanaler och systematiskt varierande vattenfasen kemi…
Acknowledgements
Denna studie stöddes av bidrag # 0649883 från National Science Foundation, av Vanderbilt institutet för integrativ Biosystems forskning och utbildning (VIIBRE), och av Searle systembiologi och Bioteknik Grundutbildning forskningserfarenhet (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).
