Janela em um Microworld: Simple sistemas microfluídicos para estudar o transporte microbiana em Meios Porosos
Summary
Dispositivos microfluídicos pode ser usado para visualizar os complexos processos naturais em tempo real e nas escalas físico apropriado. Temos desenvolvido um dispositivo simples microfluídicos que imita características-chave de meios porosos naturais para o estudo de crescimento e de transporte de bactérias no subsolo.
Abstract
Crescimento microbiano e transporte em meios porosos têm implicações importantes para a qualidade das águas subterrâneas e de superfície de água, a reciclagem de nutrientes no meio ambiente, bem como diretamente para a transmissão de patógenos para abastecimento de água potável. Natural meios porosos é composto de uma topologia complexa física, química de superfície variada, dinâmica gradientes de nutrientes e receptores de elétrons, e uma distribuição irregular de micróbios. Estas características variam substancialmente ao longo de um escala de comprimento de mícrons, tornando os resultados de macro-escala investigações de transporte microbiana difícil de interpretar, e à validação de modelos mecanicistas desafiador. Aqui demonstramos como simples dispositivos microfluídicos pode ser usado para visualizar interações microbianas com micro-estruturadas habitats, para identificar os processos-chave que influenciam os fenômenos observados, e de forma sistemática validar modelos preditivos. Simples, as células easy-to-use fluxo foram construídos a partir dos transparente, biocompatível e oxigênio-permeável de material de poli (dimetil siloxano). Métodos de fotolitografia padrão foram usados para fazer micro-estruturadas mestres, e moldagem réplica foi usada para lançar células micro-estruturado de fluxo com os mestres. O projeto físico da câmara de célula de fluxo é adaptável às exigências experimental: microcanais podem variar de simples conexões lineares para topologias complexas com tamanhos recurso tão pequenas quanto 2 micra. Nosso modular EcoChip matriz de célula de fluxo possui dezenas de câmaras idênticas e controle de fluxo por um módulo de fluxo de gravidade-driven. Nós demonstramos que através do uso de dispositivos EcoChip, estruturas físicas e as cabeças de pressão pode ser mantida constante ou variada sistematicamente, enquanto a influência da química de superfície, propriedades dos fluidos, ou as características da população microbiana é investigado. Através de experimentos de transporte utilizando um não-patogênico, proteína fluorescente verde-expressando<em> Vibrio</em> Estirpe bacteriana, que ilustram a importância da estrutura do habitat, condições de fluxo e tamanho inóculo em fenômenos de transporte fundamental, e em tempo real de partículas em escala observações, demonstrar que a microfluídica oferecer uma visão convincente de um mundo oculto.
Protocol
Discussion
O sistema EcoChip é adaptável às necessidades de uma experiência individual. Novos mestres podem ser criados de forma relativamente fácil, e uma vez um mestre é fabricado, dispositivos adicionais exatamente replicado pode ser escalado como necessário. O módulo de fluxo é simples de usar, não requer nenhum equipamento especial ou conexões complexas, e pode ser modelado como uma cabeça simples queda de pressão-driven sistema de fluxo. Extensões adicionais para este trabalho estão em andamento, e incluem a c…
Acknowledgements
Este estudo foi apoiado pela concessão # 0649883 da National Science Foundation, pelo Instituto Vanderbilt para Integrativa Biosystems Pesquisa e Educação (VIIBRE), e pela Biologia de Sistemas de Bioengenharia Searle e Experiência de Pesquisa de Graduação (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).
