The authors would like to thank Professor Howard Ceri from the Biological Sciences Department of the University of Calgary for providing bacterial strains. A. Kumar acknowledges support from NSERC. T. Thundat acknowledges financial support from the Canada Excellence Research Chair (CERC) program. The authors would also like to acknowledge help from Ms. Zahra Nikakhtari for help with videography.

Aşağıda tarif edilen sırayla burada deney protokolleri gerçekleştirir. Mikroakışkan platform oluşturmak için mikroimalat protokoller 1. Adım 2 bakteri kültürü protokolü (Şekil 2) açıklar ve Adım 3 deney düzeneği (Şekil 3) montaj ilgilidir Adım tartışılmıştır. Son olarak, gerçek deneysel bir süreç Aşama 4&#39;te tarif edilmektedir. 1. Chip Fabrikasyon Prosedürü NOT: Özgün güvenlik prosedürleri aşağıda açıklanan işlemleri için takip edilmelidir. Ayrıntılar için kurumsal güvenlik görevlisine danışın. <ol><li> Uygun bir yazılım (örneğin, L-Edit) ile maske tasarlayın. Kanal tasarımı genişliği 625 mikron, bir ana mikro-kanal oluşur. Kanalın merkez bölge çapında 50 mikron, (Ek Dosyaları bak) birbirinden 25 mikron aralıklı mikro mesajların bir dizi içerir. </li><li> Camına bu tasarım yazdır (5 &quot;x 5&quot; soda kireç camı), &quot;0.09 bir kalınlığa sahiptir ve bir fotoğraf maske hazırlamak için maskeleme ile, krom (Cr), yaklaşık 70 nm kalınlığında bir tabaka ile kaplanmıştır. Kullanımlar AZ400K geliştirici 1 dakika boyunca edilmektedir. Sonra Cr pürüzlendirici kullanarak Cr katman etch yaklaşık 1 dakika boyunca karşı ve soğuk pirana çözeltisi ile temizleyin şerit aseton kullanın. (H 2 SO 4 ve H 3 2 oranında O 2: 1). </li><li> Fotolitografi <ol><li> 20 dakika boyunca piranha çözümü ile kimyasal bir standart 4 &quot;silikon gofret temizleyin. </li><li> DI su ile durulayın gofret ve kurulayın. </li><li> Sıcak bir levha (15 dakika 200 ° C) gofretin ısıtın. </li><li> Kaplayın Fotorezist ile silikon gofret. Burada, pozitif fotorezist AZ4620 12.5 mikron kalınlığında bir tabaka elde edilmesi için 25 saniye boyunca 2000 rpm&#39;de bir silikon gofret üzerinde yan kaplanmıştır. </li><li> 100 ° C de azot akımı ile 90 saniye boyunca gofretin yüzen sıcak bir plaka üzerinde, ince bisküvinin tüm yumuşak pişirme çözücüyü çıkarın. Daha sonra, t vakumda tutun60 saniye boyunca o aynı sıcaklığı. </li><li> Dehidrasyon için 24 saat için karanlık bir kutu içinde gofret yerleştirin. </li><li> Fotorezist için tasarlanmış desen transfer etmek için UV ışığına gofret Açığa. </li><li> 240 sn Fotorezist geliştirici solüsyon (AZ400K) olarak gofret daldırın. Daha sonra, izopropil alkol ile gofret yıkayın ve bir azot gazı akımı içinde yerleştirerek kurutun. </li></ol></li><li> ICP-DRIE (ICP - Derin Reaktif İyon Dağlama) Süreci <ol><li> DRIE aşındırma uygulayın. Cihaz için gerekli nihai derinliği (bu soruşturmada 50 mikron) göre uygun rölyef derinliği seçin. Fotorezist Bu işlem sırasında, bir maskeleme tabakası olarak görev yapar. </li><li> Aseton ile kalan photoresist&#39;i çıkarın ve gofret temizleyin. </li></ol></li><li> PDMS (polidimetilsiloksan) Döküm <ol><li> Silikon ana kalıp Silanizing için trichloromethylsilane (TCMS) kullanın. Bir cam şişede trichloromethylsilane 2 veya 3 damla dökün ve yanında bir desikatör içine yerleştirinsilikon ana kalıp. Silanizing işleminin tamamlanması için 2-3 saat izin verin. </li><li> PDMS hazırlamak için 1: Ayrı bir kapta, 10, ağırlıkça oranı ile sertleştirme maddesi ile Sylgard 184 silikon taban karıştırın. Koşulları (yaklaşık 2 saat), vakum tabi tutarak PDMS gaz boşaltılır. </li><li> , Bir taşıyıcı içinde silikon ana kalıp koyun. Daha sonra PDMS damga oluşturulması için silikon ana kalıp üzerindeki PDMS dökün. Kabarcıklar bu süreçte PDMS formu etmediğinden emin olun. </li><li> 80 ° C&#39;de 2 saat boyunca PDMS Cure. </li><li> Peel ana kalıp PDMS damga kapalı. Ardından, PDMS ayrı mikroçip içine damga kesti. Son olarak, giriş (ler) ile çıkış (lar) için delikler kesme çekirdek kullanın. </li></ol></li><li> Glass PDMS yapıştırılması <ol><li> 30 saniye boyunca oksijen plazma kapak kayma ve PDMS damga Açığa. Kapak kayma Bond PDMS damgası. </li><li> PDMS damga ve kapak kayma arasında düzgün bir sızdırmazlık elde etmek için, 10 dakika boyunca 70 ° C &#39;de fırında koyarak cihazı tavlanması. </li&gt; </ol></li></ol> 2. Bakteriyel Kültür NOT: Özgün biyogüvenlik protokolleri Adımlar 2-4 takip edilmelidir. Ayrıntılar için kurumsal güvenlik görevlisine danışın. <ol><li> LB agar kaplarının üzerine hazırlanması <ol><li> 1 L&#39;lik bir şişeye, 20 g Luria-Bertani (LB) agar (Miller) tozları ve ultra saf su 500 ml ilave edilir. Tozu eritmek için karıştırın. </li><li> 15 psi, 15 dakika boyunca 121 ° C&#39;de otoklavda tutarak sterilize edin. </li><li> Şişe, bir tezgah veya biyo-güvenlik başlığı içinde bir su banyosu içerisinde 50-55 ° C&#39;ye kadar soğumasına izin verin. </li><li> 50 ug / ml &#39;lik bir nihai konsantrasyona ulaşmak için antibiyotik tetrasiklin ekleyin. Dönen ile iyice karıştırın. </li><li> Plakalar içine dökün. Tam 2/3 - 1/2 kadar her plaka doldurun. </li><li> Alev hava bunların oluşturdukları takdirde onları pop kısaca kabarcıklar. Katılaşmış hava kabarcıkları üzerinde bakteri kültürünü yaymak için zordur. </li><li> Plakalar, oda sıcaklığında gece boyunca soğumaya bırakın. </li><li> Serin olduğunda,, kendi kovan geri tabak koymak 4 ° C&#39;de çanta, etiket (antibiyotik ve tarih), ve mağaza mühür. NOT: çok ışık antibiyotikler devre dışı bırakır gibi, kalay folyo ile plakaların stok örtün. </li></ol></li><li> LB suyu hazırlama <ol><li> 20 gr Luria-Bertani (LB) suyu (Miller) tozları ve bir şişeye 1 ultra saf su ilave edin. Tozu eritmek için karıştırın. </li><li> 15 psi, 15 dakika boyunca 121 ° C&#39;de otoklavda tutarak sterilize edin. </li><li> Şişe bir bankta ya da biyogüvenlik kaput bir su banyosunda 50-55 ° C&#39;ye kadar soğumasını bekleyin. </li><li> 50 ug / ml &#39;lik bir nihai konsantrasyon elde etmek için antibiyotik tetrasiklin ekleyin. Dönen ile iyice karıştırın. </li><li> Soğuyunca, 4 ° C&#39;de etiketli şişe yerleştirin. NOT: çok ışık antibiyotikler devre dışı bırakır gibi, kalay folyo ile şişeyi örtün. </li></ol></li><li> LB Agar Plate Kültür Bakteri (Bu protokolü kullanan Pseudomonas fluorescens&#39;den) <ol><li> (Dondurucu -80 ° bakteriyel stok atınC) ve buz üzerine yerleştirin. </li><li> -80 ° C bakteri stok ve biyogüvenlik kaput içinde bir LB agar plaka yerleştirin. </li><li> Şerit bir zik ​​zak usul içinde, LB agar plakası üzerinde bakteri suşu. Agar plaka örtün ve gece boyunca 30 ° C&#39;de inkübe. Son olarak, 4 ° C&#39;de buzdolabında plaka saklayın. </li></ol></li><li> Bakteriyel Çözüm hazırlayın (S1) <ol><li> Bir Otoklavlanmış balona 50 ml LB suyu ortamı dökün. Bir biyogüvenlik kaput içinde bu işlemi gerçekleştirin. </li><li> Şişeye LB agar plaka tek bir bakteri koloni aktarın. Bu işlem, aynı zamanda biyo-güvenlik kaput içinde yapılmalıdır. </li><li> 30 ° C ve yeterli bir süre (4 saat) boyunca 150 rpm&#39;de bir gece boyunca kuluçkaya yatırılmaktadırlar şişeyi koyun. </li></ol></li><li> Bakteriyel seyreltin Solüsyonu (S2) hazırlanması <ol><li> Steril bir plastik tübe 5 mi LB suyu ortamı dökün. </li><li> LB suyu medya ile karıştırılarak S1 sulandırmak. Daha sonra, çözelti vorteks. Çözelti, istenen optik elde seyreltinarkadaşları yoğunluk (OD 600 nm = 0.1 ölçülen). NOT: Biyofilm deneyler genellikle bu civarda OD değerleri kullanır. </li></ol></li></ol> 3. Deneysel Setup hazırlayın <ol><li> Cımbız mikroçip girişine (ler) ve çıkış (lar) içine esnek plastik borular (0.20 &quot;kimliği) bağlayın. Girişleri ve çıkışları daha önce mikroçip (adım 1.5.5) PDMS kısmına açılmıştır. Bu araştırmada , mikroçip iki giriş ve bir çıkış içerir. </li><li> Bakteri çözeltisi (S2 çözeltisi) şırınga (ler) doldurun ve şırınga (ler) tüm kabarcıklar çıkarın. </li><li> Giriş borusu (ler) içine şırınga ucu (ler) (30 G 0.5 &quot;künt iğne) bağlayın. Ardından, konteyner atık çıkış tüp (ler) bağlayın. </li></ol> 4. Deney çalıştırın <ol><li> Şırınga ucunun (ler) için bir enjektör (ler) takın. </li><li> Şırınga pompası üzerine yerleştirin ve düzeltme şırınga (ler). Daha sonra desir objektifinde sahip bir optik mikroskop altında yer mikroçiped büyütme (örneğin, 40X). Bakteri üremesi (P. 30 ° C fluorescens&#39;in) için sabit bir sıcaklık ortamı korumak için canlı bir hücre odası cihazı ile mikroçip örtün. </li><li> Istenen akış hızı seviyeye pompayı (diyelim ki 10 ul / saat) olarak ayarlayın ve akışkan pompalama başlatmak. </li><li> Bakteriler haznesine sonra, biyofilm oluşumu da başlatılır. Biyofilm oluşumu ve olgunlaşma tipik olarak birkaç saat ya da günlük bir süre içinde meydana gelir. Gözlemleyin ve mikroskop aracılığıyla biyofilm büyüme görüntüleri çekmek. </li></ol>

<ol>
	<li>Valiei, A., Kumar, A., Mukherjee, P. P., Liu, Y., Thundat, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+web+of+streamers:+biofilm+formation+in+a+porous+microfluidic+device.">A web of streamers: biofilm formation in a porous microfluidic device.</a> Lab Chip. 12, 5133-5137 (2012).</li><li>Costerton, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+Biofilms:+A+Common+Cause+of+Persistent+Infections.">Bacterial Biofilms: A Common Cause of Persistent Infections.</a> Science. 284, 1318-1322 (1999).</li><li>Flemming, H. C., Wingender, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+biofilm+matrix.">The biofilm matrix.</a> Nat Rev Microbiol. 8, 623-633 (2010).</li><li>Wong, G. C. L., O&#8217;Toole, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=All+together+now:+Integrating+biofilm+research+across+disciplines.">All together now: Integrating biofilm research across disciplines.</a> MRS Bulletin. 36, 339-342 (2011).</li><li>Yazdi, S., Ardekani, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+aggregation+and+biofilm+formation+in+a+vortical+flow.">Bacterial aggregation and biofilm formation in a vortical flow.</a> Biomicrofluidics. 6, 044114 (2012).</li><li>Rusconi, R., Lecuyer, S., Guglielmini, L., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laminar+flow+around+corners+triggers+the+formation+of+biofilm+streamers.">Laminar flow around corners triggers the formation of biofilm streamers.</a> J R Soc Interface. 7, 1293-1299 (2010).</li><li>Drescher, K., Shen, Y., Bassler, B. L., Stone, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofilm+streamers+cause+catastrophic+disruption+of+flow+with+consequences+for+environmental+and+medical+systems.">Biofilm streamers cause catastrophic disruption of flow with consequences for environmental and medical systems.</a> P Natl Acad Sci USA. 110, 4345-4350 (2013).</li><li>Marty, A., Roques, C., Causserand, C., Bacchin, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+of+bacterial+streamers+during+filtration+in+microfluidic+systems.">Formation of bacterial streamers during filtration in microfluidic systems.</a> Biofouling. 28, 551-562 (2012).</li><li>Taherzadeh, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Computational+Study+of+the+Drag+and+Oscillatory+Movement+of+Biofilm+Streamers+in+Fast+Flows.">Computational Study of the Drag and Oscillatory Movement of Biofilm Streamers in Fast Flows.</a> Biotechnol Bioeng. 105, 600-610 (2010).</li><li>Vrouwenvelder, J. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Impact+of+flow+regime+on+pressure+drop+increase+and+biomass+accumulation+and+morphology+in+membrane+systems.">Impact of flow regime on pressure drop increase and biomass accumulation and morphology in membrane systems.</a> Water Res. 44, 689-702 (2010).</li><li>Mitchell, A. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofilm+enhanced+geologic+sequestration+of+supercritical+CO2.">Biofilm enhanced geologic sequestration of supercritical CO2.</a> International Journal of Greenhouse Gas Control. 3, 90-99 (2009).</li><li>Soleimani, S., Van Geel, P. J., Isgor, O. B., Mostafa, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+of+biological+clogging+in+unsaturated+porous+media.">Modeling of biological clogging in unsaturated porous media.</a> J Contam Hydrol. 106, 39-50 (2009).</li><li>Kumar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+confinement+features+can+affect+biofilm+formation.">Microscale confinement features can affect biofilm formation.</a> Microfluid Nanofluid. 14, 895-902 (2013).</li><li>Neethirajan, S., et al., Bhushan, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Encylopedia of Nanotechnology. , (2012).</li><li>Barathi, S., Vasudevan, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utilization+of+petroleum+hydrocarbons+by+Pseudomonas+fluorescens+isolated+from+a+petroleum-contaminated+soil.">Utilization of petroleum hydrocarbons by Pseudomonas fluorescens isolated from a petroleum-contaminated soil.</a> Environ Int. 26, 413-416 (2001).</li><li>Das, S., Kumar, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+and+post-formation+dynamics+of+bacterial+biofilm+streamers+as+highly+viscous+liquid+jets.">Formation and post-formation dynamics of bacterial biofilm streamers as highly viscous liquid jets.</a> arXiv preprint arXiv:1312.6056. , (2013).</li><li>Shaw, T., Winston, M., Rupp, C. J., Klapper, I., Stoodley, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Commonality+of+elastic+relaxation+times+in+biofilms.">Commonality of elastic relaxation times in biofilms.</a> Phys Rev Lett. 93, (2004).</li><li>Berejnov, V., Djilali, N., Sinton, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lab-on-chip+methodologies+for+the+study+of+transport+in+porous+media:+energy+applications.">Lab-on-chip methodologies for the study of transport in porous media: energy applications.</a> Lab Chip. 8, 689-693 (2008).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Biz karmaşık habitatlarda biyofilm geliştirme eğitimi için gözenekli ortam taklit basit mikroakışkan cihazı gösterdi. Deneylerin sonucunu dikte birkaç kritik adımlar vardır. Bunlar cihaz geometrisini içermektedir. Sonrası geometri değişebilirken, flamalar oluşturmak için yeterli gözenek alanı gereklidir. Ayrıca, Valiei ve ark. 1 flama formasyonu sadece belirli bir akış hızı aralığında meydana geldiğini göstermiştir. Bir eşik değerinden daha düşük akış hızlarında, serpantin haline biyofilm deformasyonu görülmemektedir. Yine belli bir başka eşik debi değerinin üzerinde, biyofilm kırık hakim ve flamalar oluşumunu izin veremeyiz. Bu deneyler veba başka konu mikro-ayağı dizide sıkışıp olabilir gaz kabarcıkları olduğunu. Genellikle bu kabarcıklar istenen değere giderek düşen bu durumda başlangıçta artan akış oranı ile ve kaldırılması gerekir. Mikroakışkan platformlarıgibi bu çeşitli avantajları ve birkaç sınırlamalar sunuyoruz. Platform küçük bir kültür hacimleri ile çalışmak için bize sağlar ve kullanıcı-tanımlı özelliklerini birleştiren esnekliğe sahiptir. Örneğin, farklı gözenekli yapılar, mikro-dizi sütun geometrik parametreleri değiştirmek suretiyle simüle edilebilir. Gerçek gözenekli ortam rasgele yapısını taklit da yapılar mikroakışkan platformlar 18 imal edilebilir. Dahası, birkaç tür kanallar doğru istatistiksel analiz için önemli ilgili verilerin toplanması için izin tek bir cihaz üzerinde uygulanabilir. Bununla birlikte, mikro-akışkan sistemleri tipik olarak bir gözenekli ortam, iki boyutlu yapısını taklit eden. Gözenekli ortam üç-boyutlu doğasının taklit edebilen cihazlar genellikle imal etmek için oldukça zordur. Flamalar oluşumu ve evrimi de henüz anlaşılmış değil, ve daha fazla araştırma bu yönde gereklidir. Flamalar oluşturan ve biçimine yol nasıl anlayışolgun biyofilm yapıların iyon kalp stentler, toprak biyofilmlerin ve filtrasyon sistemleri gibi biyomedikal cihazların tıkanması dahil senaryolar geniş bir yelpazede ile ilgili olacaktır. Bizim mikroakışkan platformu bu yönde atılmış bir adımdır.

Son zamanlarda, gözenekli ortam 1 ​​taklit mikroakışkan bir cihaz bakteriyel biyofilm oluşum dinamiklerini göstermiştir. Bakteriyel biyofilm esasen hücre dışı polimerik maddelerin (EPS), 2-4 ile kaplı olan yüzey toplanan bakteri kolonileri vardır. Bu bakteri ince filmler düz yüzeylerinden gözenekli ortamın çok daha karmaşık yaşam kadar neredeyse her hücresi meydana gelebilir. Valiei ve ark. 1 gözenekli bir ortam yapısının simüle etmek için mikro-ayağı bir dizi olan bir mikroakışkan olarak kullanmış ve sıvı akış hızının bir fonksiyonu olarak, bu cihazda biyofilm oluşumunu inceledik. Onlar belli bir akış rejiminde, flamalar olarak bilinen ipliksi biyofilm farklı sütunlar arasında ortaya çıkmaya başladı bulundu. Streamers birinde gergin edilebilir ya da her iki katı yüzeylere uçları, ancak, yapının geri kalan sıvı içinde süspansiyon haline getirilir. Flama oluşumu, tipik olarak başlar biyofilm bir ilk tabaka oluşturulmuş ve biçimi sonraiyon tür karmaşık habitatlarda biyofilm uzun vadeli evrim dikte edebilirsiniz. Son zamanlarda, bazı araştırmacılar flama formasyonu dinamiklerini araştırdık. Yezdi&#39;nin ve diğ. 5 flamalar bir salınım kabarcık kaynaklanan dikey akışlarında meydana getirdiğini göstermiştir. Başka bir deneyde, Rusconi ve ark. 6 flamalar oluşumu üzerine kanal eğrilik ve kanal geometrisinin etkisini araştırdık. Bunlar flamalar mikrokanallar kavisli bölümlerde bir şekilde meydana getirdiğini, morfoloji ve kanal motilitesi ile ilgilidir. Son zamanlarda yapılan araştırmalar flamalar bunlar gözenekli arabirimleri olgun yapıların oluşturulması için ön madde olarak hareket edebilir gibi, çeşitli doğal ve yapay senaryolarda geniş etkilere sahip bir biyomedikal sistemlerde hızlı ve katastrofik biyofilm proliferasyonuna yol açan ve aynı zamanda önemli bir akış-neden olduğunu göstermiştir yapı etkileşimleri, vb 1,7-9. Biyofilm flamalar genellikle i oluştururlargibi gözenekli medya gibi n kompleks habitatları. Gözenekli ortam ortamında anlama biyofilm büyüme örneğin CO2 tutumu 11 olarak iyi durumlarda delikli bütünlüğünü korumak ve toprakta 12 deliklerinin tıkanmalarını biyolojik atık su arıtma 10 gibi, çok sayıda çevresel ve endüstriyel işlemler için geçerlidir. Bu tür karmaşık habitatlarda biyofilm oluşumunu gözlemleyerek genellikle nedeniyle gözenekli ortamın opaklığına zor olabilir. Gerçek zamanlı ve yerinde izleme izin gibi durumlarda, Mikroakiskan bazlı gözenekli medya platformları son derece avantajlı kanıtlayabilirim. Mikroakiskan diğer bir avantajı, tek bir biyo-mikroakışkan platform üzerinde birden fazla biyoreaktörler oluşturmak ve aynı anda online izleme ve / veya sensörler dahil edilmesi için izin vermek için yeteneğidir. Tek bir cihazla ve doğru istatistiksel analiz için önemli bir ilgili veri toplamak için yeteneği birden laboratuar deneyleri uygulamak için esneklik önemli bir zarf olduğunuakışkan sistemleri 13,14 antage. Yukarıdaki tartışmanın bağlamında, bir gözenekli ortam maddesi ortamında anlama flama oluşumu dinamik çeşitli uygulamalara faydalı olacaktır. Bu çalışmada, taklit eden gözenekli ortam cihazında flama oluşumunu araştırılması için protokol geliştirmek. Mikroakışkan platformu Fabrikasyon, hücre kültürü ve deney için gerekli adımlar açıklanmaktadır. Deneylerde, Pseudomonas fluorescens, yabani tipteki, bakteri soyu kullanıldı. S. toprakta doğal olarak bulunan fluorescens, toprak ekolojisine 15 sağlanması bakımından önemli bir rol oynar. Kullanılan bakteri soyu genetik kurucu yeşil flüoresan protein (GFP) ifade etmek üzere mühendislik edilmiştir.

<table><tbody><tr><td>Flourescent Microscope</td><td>Nikon</td><td></td><td></td></tr><tr><td>LB agar</td><td>Fisher</td><td>BP1425-500</td><td>suspend 40 g in 1 L of purified water</td></tr><tr><td>LB broth</td><td>Fisher</td><td>BP1427-500</td><td>suspend 20 g in 1 L of purified water</td></tr><tr><td>Biosafety hood</td><td>Microzone corporation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Petri dish</td><td>Fisher</td><td>875712</td><td>sterile 100 mm x 15 mm polystyrene Petri dish</td></tr><tr><td>Incubator shaker</td><td>New Brunswick Scientific</td><td></td><td>Excella E24 incubator shaker series</td></tr><tr><td>50 ml sterilized centrifuge tube</td><td>Corning</td><td>430828</td><td>Polypropylene RNase-/DNase-free</td></tr><tr><td>Tetracycline free base</td><td>MP Biomedicals</td><td>103012</td><td>50 &amp;#956;g/ml</td></tr><tr><td>SYLGARD 184 silicone</td><td>Dow Corning Corporation</td><td>68037-59-2</td><td>Elastomer Base and curing agent</td></tr><tr><td>Positive photoresist (AZ4620)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Plastic tube</td><td>Cole-Parmer</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

protocol for biofilm streamer formation in a microfluidic device with micro-pillars

Çeşitli bakteri türleri yüzeylere bağlanmasına ve biyofilm olarak adlandırılan ince film şeklinde kolonize yeteneğine sahiptirler. Gözenekli ortamda büyümek Biofilmler atık su arıtımı ve CO 2 haciz gibi çeşitli endüstriyel ve çevresel süreçlere alakalı. Biz taklit eden gözenekli ortam mikroakışkan bir cihaz biyofilm oluşumunu araştırmak için, Pseudomonas fluorescens&#39;in Gram-negatif aerobik bakteri kullanılır. Mikroakışkan cihaz yumuşak litografi kullanarak fabrikasyon edildi mikro-mesajların bir dizi oluşur. Daha sonra, akış ile bu cihazlarda biyofilm oluşumu araştırıldı ve bizim cihazda flamalar olarak bilinen ipliksi biyofilm oluşumunu göstermektedir. Imalat ve mikroakışkan cihazın montajı için ayrıntılı protokolleri, bakteriyel kültür protokolleri ile birlikte burada sağlanmaktadır. Mikroakışkan cihaz ile deney için detaylı prosedürler de temsilcisi ile birlikte sunulmuşturSonuçlar.

Yukarıda bahsedilen protokolü kullanarak mikroüretim, PDMS göre mikroakışkan cihaz inşa edilmiştir. 1 taramalı elektron mikroskobu (SEM) PDMS görüntüleri göstermektedir cihazı. Şekil 1a, aygıtın giriş bölümünü göstermektedir. Bir çatal benzeri giriş cihaz üzerinde basınç başını eşitlemek için oluşturulur. Ayrıca SEM görüntüleme ayrıca ayağı duvarları (Şekil 1b) neredeyse dik olduğunu gösterdi. Kültürlenmiş bakteri çözeltisi (Şekil 2) ile seyreltildi ve optik yoğunluk 0.1 &#39;lik bir değere ayarlandı. Biz, giriş akış oranının bir fonksiyonu olarak mikroakışkan cihaz biyofilm oluşumunu inceledik. Ne zaman P. Flüoresan 0.8 ul / saat, bakteri bağlanma düşük bir akış hızında cihazın içine enjekte edildi ve biyofilm oluşumunu cihazın duvarları meydana geldi. Hatta uzun bir süre (&gt; 20 saat) sonra, yüzey-sarılma biyofilmlerde dışında başka bir bakteriyel yapılar biztekrar gözlenmiştir. Daha sonra, aynı deney 8 ul / saatlik bir akış oranında tekrar edildi. Bu durumda, biyofilm oluşumunu tekrar seyreltilmiş bakteri kültürü infüzyon birkaç dakika sonra başladı. Bununla birlikte, bir kaç saat sonra, mikro-sütunlar arasında uzanan lifli yapıların görünümü cihazı (Şekil 4) orta bölümüne yakın gözlenmiştir. Bu lifli yapılar hareketsiz bakterilerin varlığı sayesinde gözlemlenebildi. Bu yapılar, serpantin şekilde bilinmektedir ve sadece biri bağlanabilir veya her iki yüzeye de sonlanan bir ipliksi biyofilm bulunmaktadır. Yapının kalanı genellikle (burada olduğu gibi), sıvı ortam içinde süspansiyon haline getirilir. 4 biyofilm flama yapısının zaman gelişimi göstermektedir. Streamers genellikle viskoelastik biyofilmde akışkan kesme etkisine bağlı oluştururlar. Sütun 5, bir dizi geçen akış için etkin ve hız hatlarını göstermektedir. Benzetim flamalar gösterirBizim mikroakışkan sisteminde bir şekilde, esas olarak sıvı akış akım çizgileri boyunca hizalanır. Yapılarından ve biyofilm serpantin oluşumu arasındaki ilişki henüz tam olarak anlaşılamamıştır. Ancak Das ve Kumar 16 Son zamanlarda bu flamalar özünde viskoelastik biyofilmlerin yüksek kıvamlı sıvı devlet olarak oluşturmak olduğu ileri sürülmüştür. Onlar biyofilm flama formasyonu zaman ölçeği genellikle çok biyofilmlerin viskoelastik gevşeme zamanı ölçekler aşan gözlem kendi varsayım dayalı. Biyo-filmler gibi viskoelastik sıvılar davranır bilinen ve bu nedenle viskoelastik gevşeme zaman ölçeği çok daha büyük bir zaman ölçeklerinde, bunlar esas olarak yüksek ölçüde zor akışlı sıvı 17 davranır. Bu formülasyona göre, flamalar. Yüksek kesme gerilimlerinin yerlerde doğması beklenir 5 kanaldaki yüksek hızın konumlarını gösterir, ve bu yerler, yüksek kesme stresleri yerleri denk olabilir. İlk Pha<html> büyüme se, flamalar bu yerlerde (Şekil 4) yakın geldiği görülmektedir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/51732/51732fig1highres.jpg" /> Mikroakışkan kanal (üst görünüm) Şekil 1. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) görüntüleri. a) Giriş bölümünde, mikro-sütunları içeren b) Bölge. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/51732/51732fig1large.jpg" target="_blank">, bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 2" src="/files/ftp_upload/51732/51732fig2highres.jpg" /> Bakteri kültürü içinde yer 2. Sıralı adımları Şekil. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/51732/51732fig2large.jpg" target="_blank">, bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> nt &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; her zaman &quot;&gt; <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/51732/51732fig3highres.jpg" /> Şekil 3. mikroakışkan deneyler için ayarlayın. 1-Optik mikroskop (ters), 2-Şırınga pompası, 3-Görüntü ve veri toplama, (isteğe bağlı) 4-Şırınga içeren boya, 5-Şırınga içeren bakteriler, 6-Atık deposu. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/51732/51732fig3large.jpg" target="_blank">Lütfen Bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4" src="/files/ftp_upload/51732/51732fig4highres.jpg" /> Flamalar evrim Şekil 4. Time-lapse konfokal görüntüleme. Görüntü düzlemi = z cihazın 25 mikron, yani orta gelir. Kesik elips biyofilm flamalar göstermektedir. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/51732/51732fig4large.jpg" target="_blank">tıklayınız</a>Burada bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için. <img alt="Şekil 5," src="/files/ftp_upload/51732/51732fig5highres.jpg" /> Şekil mikro-sütunlar geçmiş akış akıcılık ve hız hatlarını gösteren 5. Hesaplamalı akışkanlar mekaniği simülasyonları. Akışkan akışı alt ve hız ölçeğine üstten olduğu m / sn olduğunu. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/51732/51732fig5large.jpg" target="_blank">, bu rakamın büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Protocol for Biofilm Streamer Formation in a Microfluidic Device with Micro-pillars at JoVE.com

Protocol for Biofilm Streamer Formation in a Microfluidic Device with Micro-pillars

Protocols for the study of biofilm formation in a microfluidic device that mimics porous media are discussed. The microfluidic device consists of an array of micro-pillars and biofilm formation by Pseudomonas fluorescens in this device is investigated.

Mikro-ayağı ile bir mikroakışkan Aygıt Biyofilm Çıtası Formasyonu Protokolü

Several bacterial species possess the ability to attach to surfaces and colonize them in the form of thin films called biofilms. Biofilms that grow in ...

protocol-for-biofilm-streamer-formation-microfluidic-device-with

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.1K Görüntüleme.  University of Alberta. Protocols for the study of biofilm formation in a microfluidic device that mimics porous media are discussed. The microfluidic device consists of an array of micro-pillars and biofilm formation by Pseudomonas fluorescens in this device is investigated. 

Video: Protocol for Biofilm Streamer Formation in a Microfluidic Device with Micro-pillars

Fabrication and Visualization of Capillary Bridges in Slit Pore Geometry

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and functionalized to render their top surfaces hydrophilic. The combination of a physical feature (the pillar) with a chemical boundary (the hydrophilic film on the top of the pillar) provides both a physical and chemical heterogeneity that pins the triple contact line, a necessary feature to create stable long but narrow capillary bridges. The substrates with the pillars are attached to glass slides and secured into custom holders. The holders are then mounted onto four axis microstages and positioned such that the pillars are parallel and facing each other. The capillary bridges are formed by introducing a fluid in the gap between the two substrates once the separation between the facing pillars has been reduced to a few hundred micrometers. The custom microstage is then employed to vary the height of the capillary bridge. A CCD camera is positioned to image either the length or the width of the capillary bridge to characterize the morphology of the fluid interface. Pillars with widths down to 250 &#181;m and lengths up to 70 mm were fabricated with this method, leading to capillary bridges with aspect ratios (length/width) of over 1001.

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. The creation of capillary bridges relies on the formation of pillars to provide a directional physical and chemical heterogeneity to pin the fluid. Capillary bridges are formed and manipulated using microstages and visualized using a CCD camera.

Yarık Gözenek Geometrisinde Kılcal Köprülerin İmalatı ve Görselleştirilmesi

A procedure for creating and imaging capillary bridges in slit-pore geometry is presented. High aspect ratio hydrophobic pillars are fabricated and ...

Mühendislik

Microfluidic Picoliter Bioreactor for Microbial Single-cell Analysis: Fabrication, System Setup, and Operation

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described in detail. The PLBR can be utilized for the analysis of single bacteria and microcolonies to investigate biotechnological and microbiological related questions concerning, e.g.&#160;cell growth, morphology, stress response, and metabolite or protein production on single-cell level. The device features continuous media flow enabling constant environmental conditions for perturbation studies, but in addition allows fast medium changes as well as oscillating conditions to mimic any desired environmental situation. To fabricate the single use devices, a silicon wafer containing sub micrometer sized SU-8 structures served as the replication mold for rapid polydimethylsiloxane casting. Chips were cut, assembled, connected, and set up onto a high resolution and fully automated microscope suited for time-lapse imaging, a powerful tool for spatio-temporal cell analysis. Here, the biotechnological platform organism Corynebacterium glutamicum&#160;was seeded into the PLBR and cell growth and intracellular fluorescence were followed over several hours unraveling time dependent population heterogeneity on single-cell level, not possible with conventional analysis methods such as flow cytometry. Besides insights into device fabrication, furthermore, the preparation of the preculture, loading, trapping of bacteria, and the PLBR cultivation of single cells and colonies is demonstrated. These devices will add a new dimension in microbiological research to analyze time dependent phenomena of single bacteria under tight environmental control. Due to the simple and relatively short fabrication process the technology can be easily adapted at any microfluidics lab and simply tailored towards specific needs.

In this protocol the fabrication, setup and basic operation of a microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) for single-cell analysis of prokaryotic microorganisms is introduced. Industrially relevant microorganisms were analyzed as proof of principle allowing insights into growth rate, morphology, and phenotypic heterogeneity over certain time periods, hardly possible with conventional methods.

In this protocol the fabrication, experimental setup and basic operation of the recently introduced microfluidic picoliter bioreactor (PLBR) is described ...

Biyomühendislik

A Microfluidic Technique to Probe Cell Deformability

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an efficient manner. Typically, data for ~102 cells can be acquired within a 1 hr experiment. An automated image analysis program enables efficient post-experiment analysis of image data, enabling processing to be complete within a few hours. Our device geometry is unique in that cells must deform through a series of micron-scale constrictions, thereby enabling the initial deformation and time-dependent relaxation of individual cells to be assayed. The applicability of this method to human promyelocytic leukemia (HL-60) cells is demonstrated. Driving cells to deform through micron-scale constrictions using pressure-driven flow, we observe that human promyelocytic (HL-60) cells momentarily occlude the first constriction for a median time of 9.3 msec before passaging more quickly through the subsequent constrictions with a median transit time of 4.0 msec per constriction. By contrast, all-trans retinoic acid-treated (neutrophil-type) HL-60 cells occlude the first constriction for only 4.3 msec before passaging through the subsequent constrictions with a median transit time of 3.3 msec. This method can provide insight into the viscoelastic nature of cells, and ultimately reveal the molecular origins of this behavior.

We demonstrate a microfluidics-based assay to measure the timescale for cells to transit through a sequence of micron-scale constrictions.

Mikroakışkan Tekniği Hücre deformabilitesi Probe

Here we detail the design, fabrication, and use of a microfluidic device to evaluate the deformability of a large number of individual cells in an ...

Combining Fluidic Devices with Microscopy and Flow Cytometry to Study Microbial Transport in Porous Media Across Spatial Scales

Understanding the transport, dispersion and deposition of microorganisms in porous media is a complex scientific task comprising topics as diverse as hydrodynamics, ecology and environmental engineering. Modeling bacterial transport in porous environments at different spatial scales is critical to better predict the consequences of bacterial transport, yet current models often fail to up-scale from laboratory to field conditions. Here, we introduce experimental tools to study bacterial transport in porous media at two spatial scales. The aim of these tools is to obtain macroscopic observables (such as breakthrough curves or deposition profiles) of bacteria injected into transparent porous matrices. At the small scale (10-1000 &#181;m), microfluidic devices are combined with optical video-microscopy and image processing to obtain breakthrough curves and, at the same time, to track individual bacterial cells at the pore scale. At larger scale, flow cytometry is combined with a self-made robotic dispenser to obtain breakthrough curves. We illustrate the utility of these tools to better understand how bacteria are transported in complex porous media such as the hyporheic zone of streams. As these tools provide simultaneous measurements across scales, they pave the way for mechanism-based models, critically important for upscaling. Application of these tools may not only contribute to the development of novel bioremediation applications but also shed new light on the ecological strategies of microorganisms colonizing porous substrates.

Breakthrough curves (BTCs) are efficient tools to study the transport of bacteria in porous media. Here we introduce tools based on fluidic devices in combination with microscopy and flow cytometric counting to obtain BTCs.

Akışkan Cihazların Mikroskopi ve Akış Sitometrisi ile Birleştirilmesi, Mekansal Ölçekler Arasında Gözenekli Ortamda Mikrobiyal Taşımayı İncelemek

Understanding the transport, dispersion and deposition of microorganisms in porous media is a complex scientific task comprising topics as diverse as ...

Çevre

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

There are few high-throughput in vitro systems which facilitate the development of multi-species biofilms that contain numerous species commonly detected within in vivo oral biofilms. Furthermore, a system that uses natural human saliva as the nutrient source, instead of artificial media, is particularly desirable in order to support the expression of cellular and biofilm-specific properties that mimic the in vivo communities. We describe a method for the development of multi-species oral biofilms that are comparable, with respect to species composition, to supragingival dental plaque, under conditions similar to the human oral cavity. Specifically, this methods article will describe how a commercially available microfluidic system can be adapted to facilitate the development of multi-species oral biofilms derived from and grown within pooled saliva. Furthermore, a description of how the system can be used in conjunction with a confocal laser scanning microscope to generate 3-D biofilm reconstructions for architectural and viability analyses will be presented. Given the broad diversity of microorganisms that grow within biofilms in the microfluidic system (including Streptococcus, Neisseria, Veillonella, Gemella, and Porphyromonas), a protocol will also be presented describing how to harvest the biofilm cells for further subculture&#160;or DNA extraction and analysis. The limits of both the microfluidic biofilm system and the current state-of-the-art data analyses will be addressed. Ultimately, it is envisioned that this article will provide a baseline technique that will improve the study of oral biofilms and aid in the development of additional technologies that can be integrated with the microfluidic platform.

Use of a High-throughput In Vitro Microfluidic System to Develop Oral Multi-species Biofilms

The goal of this methods paper is to describe the use of a microfluidic system for the development of multi-species biofilms that contain species typically identified in human supragingival dental plaque.&#160;Methods to describe biofilm architecture, biofilm viability, and an approach to harvest biofilm for culture-dependent or culture-independent analyses are highlighted.

Yüksek verimli bir kullanımı<em&gt; İn Vitro</em&gt; Mikroakışkan Sistemi Ağız Çok türler biyofilm Geliştirmek İçin

There are few high-throughput in vitro systems which facilitate the development of multi-species biofilms that contain numerous species commonly detected ...

Methods for Characterizing the Co-development of Biofilm and Habitat Heterogeneity

Biofilms are surface-attached microbial communities that have complex structures and produce significant spatial heterogeneities. Biofilm development is strongly regulated by the surrounding flow and nutritional environment. Biofilm growth also increases the heterogeneity of the local microenvironment by generating complex flow fields and solute transport patterns. To investigate the development of heterogeneity in biofilms and interactions between biofilms and their local micro-habitat, we grew mono-species biofilms of Pseudomonas aeruginosa and dual-species biofilms of P. aeruginosa and Escherichia coli under nutritional gradients in a microfluidic flow cell. We provide detailed protocols for creating nutrient gradients within the flow cell and for growing and visualizing biofilm development under these conditions. We also present protocols for a series of optical methods to quantify spatial patterns in biofilm structure, flow distributions over biofilms, and mass transport around and within biofilm colonies. These methods support comprehensive investigations of the co-development of biofilm and habitat heterogeneity.

Biofilms have complex interactions with their surrounding environment. To comprehensively investigate biofilm-environment interactions, we present here a series of methods to create heterogeneous chemical environment for biofilm development, to quantify local flow velocity, and to analyze mass transport in and around biofilm colonies.

Biyofilm ve Habitat Heterojen Eş-geliştirme karakterize Yöntemleri

Biofilms are surface-attached microbial communities that have complex structures and produce significant spatial heterogeneities. Biofilm development is ...

A Microfluidic Platform to Study Bioclogging in Porous Media

Bacterial biofilms are found in several environmental and industrial porous media, including soils and filtration membranes. Biofilms grow under certain flow conditions and can clog pores, thereby redirecting the local fluid flow. The ability of biofilms to clog pores, the so-called bioclogging, can have a tremendous effect on the local permeability of the porous medium, creating a pressure buildup in the system, and impacting the mass flow through it. To understand the interplay between biofilm growth and fluid flow under different physical conditions (e.g., at different flow velocities and pore sizes), in the present study, a microfluidic platform is developed to visualize biofilm development using a microscope under externally-imposed, controlled physical conditions. The biofilm-induced pressure buildup in the porous medium can be measured simultaneously using pressure sensors and, later, correlated with the surface coverage of the biofilm. The presented platform provides a baseline for a systematic approach to investigate bioclogging caused by biofilms in porous media under flow conditions and can be adapted to studying environmental isolates or multispecies biofilms.

The present protocol describes a microfluidic platform to study biofilm development in quasi-2D porous media by combining high-resolution microscopy imaging with simultaneous pressure difference measurements. The platform quantifies the influence of pore size and fluid flow rates in porous media on bioclogging.

Gözenekli Ortamlarda Biyotıkanıklığı İncelemek için Mikroakışkan Bir Platform

Bacterial biofilms are found in several environmental and industrial porous media, including soils and filtration membranes. Biofilms grow under certain ...

Window on a Microworld: Simple Microfluidic Systems for Studying Microbial Transport in Porous Media

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in the environment, as well as directly for the transmission of pathogens to drinking water supplies. Natural porous media is composed of an intricate physical topology, varied surface chemistries, dynamic gradients of nutrients and electron acceptors, and a patchy distribution of microbes. These features vary substantially over a length scale of microns, making the results of macro-scale investigations of microbial transport difficult to interpret, and the validation of mechanistic models challenging. Here we demonstrate how simple microfluidic devices can be used to visualize microbial interactions with micro-structured habitats, to identify key processes influencing the observed phenomena, and to systematically validate predictive models. Simple, easy-to-use flow cells were constructed out of the transparent, biocompatible and oxygen-permeable material poly(dimethyl siloxane). Standard methods of photolithography were used to make micro-structured masters, and replica molding was used to cast micro-structured flow cells from the masters. The physical design of the flow cell chamber is adaptable to the experimental requirements: microchannels can vary from simple linear connections to complex topologies with feature sizes as small as 2 &mu;m. Our modular EcoChip flow cell array features dozens of identical chambers and flow control by a gravity-driven flow module. We demonstrate that through use of EcoChip devices, physical structures and pressure heads can be held constant or varied systematically while the influence of surface chemistry, fluid properties, or the characteristics of the microbial population is investigated. Through transport experiments using a non-pathogenic, green fluorescent protein-expressing Vibrio bacterial strain, we illustrate the importance of habitat structure, flow conditions, and inoculums size on fundamental transport phenomena, and with real-time particle-scale observations, demonstrate that microfluidics offer a compelling view of a hidden world.

Microfluidic devices can be used to visualize complex natural processes in real time and at the appropriate physical scales. We have developed a simple microfluidic device that mimics key features of natural porous media for studying growth and transport of bacteria in the subsurface.

Gözenekli Ortam Mikrobiyal Ulaştırma incelenmesi için basit mikroakışkan Sistemleri: Mikrodünya Pencere

Microbial growth and transport in porous media have important implications for the quality of groundwater and surface water, the recycling of nutrients in ...

Biyoloji

Microfluidic Co-culture of Epithelial Cells and Bacteria for Investigating Soluble Signal-mediated Interactions

The human gastrointestinal (GI) tract is a unique environment in which intestinal epithelial cells and non-pathogenic (commensal) bacteria coexist. It has been proposed that the microenvironment that the pathogen encounters in the commensal layer is important in determining the extent of colonization. Current culture methods for investigating pathogen colonization are not well suited for investigating this hypothesis as they do not enable co-culture of bacteria and epithelial cells in a manner that mimics the GI tract microenvironment. Here we describe a microfluidic co-culture model that enables independent culture of eukaryotic cells and bacteria, and testing the effect of the commensal microenvironment on pathogen colonization. The co-culture model is demonstrated by developing a commensal Escherichia coli biofilm among HeLa cells, followed by introduction of enterohemorrhagic E. coli (EHEC) into the commensal island, in a sequence that mimics the sequence of events in GI tract infection.

This protocol describes a microfluidic co-culture model for simultaneous and localized culture of epithelial cells and bacteria. This model can be used for investigating the role of different soluble molecular signals on pathogenesis as well as screen the effectiveness of putative probiotic bacterial strains.

Çözünür Sinyal aracılı Etkileşimleri Araştırılması için Epitel Hücreleri ve Bakteriler mikroakışkan Co-kültür

The human gastrointestinal (GI) tract is a unique environment in which intestinal epithelial cells and non-pathogenic (commensal) bacteria coexist. It has ...

Patterning of Microorganisms and Microparticles through Sequential Capillarity-assisted Assembly

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, including studies of microbial physiology and interactions. At the simplest level, accurate spatial patterning of microorganisms would enable reliable, long-term imaging of large numbers of individual cells and transform the ability to quantitatively study distance-dependent microbe-microbe interactions. More uniquely, coupling accurate spatial patterning and full control over environmental conditions, as offered by microfluidic technology, would provide a powerful and versatile platform for single-cell studies in microbial ecology. 
This paper presents a microfluidic platform to produce versatile and user-defined patterns of microorganisms within a microfluidic channel, allowing complete optical access for long-term, high-throughput monitoring. This new microfluidic technology is based on capillarity-assisted particle assembly and exploits the capillary forces arising from the controlled motion of an evaporating suspension inside a microfluidic channel to deposit individual microsized objects in an array of traps microfabricated onto a polydimethylsiloxane (PDMS) substrate. Sequential depositions generate the desired spatial layout of single or multiple types of micro-sized objects, dictated solely by the geometry of the traps and the filling sequence. 
The platform has been calibrated using colloidal particles of different dimensions and materials: it has proven to be a powerful tool to generate diverse colloidal patterns and perform surface functionalization of trapped particles. Furthermore, the platform was tested on microbial cells, using Escherichia coli cells as a model bacterium. Thousands of individual cells were patterned on the surface, and their growth was monitored over time. In this platform, the coupling of single-cell deposition and microfluidic technology allows both geometric patterning of microorganisms and precise control of environmental conditions. It thus opens a window into the physiology of single microbes and the ecology of microbe-microbe interactions, as shown by preliminary experiments.

We present a technology that uses capillarity-assisted assembly in a microfluidic platform to pattern micro-sized objects suspended in a liquid, such as bacteria and colloids, into prescribed arrays on a polydimethylsiloxane substrate.

Sıralı Capillarity destekli Montaj yoluyla Mikroorganizmaların ve Mikropartiküllerin Deseni

Controlled patterning of microorganisms into defined spatial arrangements offers unique possibilities for a broad range of biological applications, ...