Tomografia a coerenza ottica 3D automatizzata per chiarire la morfogenesi del biofilm su grandi scale spaziali

Anna Depetris; Antoine Wiedmer; Michael Wagner; Sebastian Schäfer; Tom J. Battin; Hannes Peter

doi:10.3791/59356

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Articolo metodologico

Tomografia a coerenza ottica 3D automatizzata per chiarire la morfogenesi del biofilm su grandi scale spaziali

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DOI:

10.3791/59356

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21 agosto 2019

Anna Depetris¹ , Antoine Wiedmer² , Michael Wagner³ , Sebastian Schäfer⁴ , Tom J. Battin¹ , Hannes Peter¹

¹Stream Biofilm and Ecosystem Research Laboratory, School of Architecture, Civil and Environmental Engineering, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, ²Plateforme technique, School of Architecture, Civil and Environmental Engineering, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, ³Water Chemistry and Water Technology, Engler-Bunte-Institut, Karlsruhe Institute of Technology, ⁴Thorlabs GmbH

In questo articolo

Sommario

I biofilm microbici formano architetture complesse a interfasi e si sviluppano in modelli spaziali altamente dipendenti dalla scala. Qui, introduciamo un sistema sperimentale (hard e software) per l'acquisizione automatizzata di set di dati di tomografia a coerenza ottica 3D (OCT). Questo set di strumenti consente la caratterizzazione non invasiva e multiscala della morfogenesi dei biofilm nello spazio e nel tempo.

Abstract

I biofilm sono uno stile di vita microbico di maggior successo e prevalgono in una moltitudine di ambienti ambientali e ingegnerizzati. Comprendere la morfogenesi dei biofilm, cioè la diversificazione strutturale dei biofilm durante l'assemblaggio della comunità, rappresenta una sfida notevole su scale spaziali e temporali. Qui presentiamo un sistema automatizzato di imaging di biofilm basato sulla tomografia a coerenza ottica (OCT). L'OCT è una tecnica di imaging emergente nella ricerca sui biofilm. Tuttavia, la quantità di dati che attualmente possono essere acquisiti ed elaborati ostacola l'inferenza statistica di modelli su larga scala nella morfologia dei biofilm. Il sistema di imaging automatizzato dello OCT consente di coprire ampie scale temporali spaziali ed estese della crescita dei biofilm. Combina un sistema OCT disponibile in commercio con una piattaforma di posizionamento robotico e una suite di soluzioni software per controllare il posizionamento della sonda di scansione dello Strumento di personalizzazione di Office, nonché l'acquisizione e l'elaborazione di set di dati di imaging di biofilm 3D. Questa configurazione consente il monitoraggio automatizzato in situ e non invasivo dello sviluppo di biofilm e può essere ulteriormente sviluppata per associare l'imaging dello OCT a macrofotografia e alla profilatura dei microsensori.

Introduzione

I biofilm sono un adattamento di stile di vita microbico di grande successo e queste comunità di microrganismi associate a matrici associate a matrici e associate a matrici dominano la vita microbica in ambienti naturali e industriali¹^,². Lì, i biofilm formano architetture complesse, comegli streamer allungati 3, le increspature⁴ o i tappi simili a funghi⁵ con importanti conseguenze per la crescita del biofilm, la stabilità strutturale e la resistenza allo stress⁶. Mentre molto sulla differenziazione strutturale dei....