وكان هذا العمل في جزء بدعم من المنح المقدمة من الوكالة الوطنية صب لا بحوث، برنامج PIRIbio Dynabiofilm وCNRS من المخاطر البرنامج المتعدد التخصصات. نشكر فيليب Thomen لله قراءة نقدية للمخطوطة وكريستوف Beloin لتوفير E. سلالة بكتيريا المستخدمة في هذا العمل.

1. البكتيريا الثقافة والتعليق التحضير <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختيار مستعمرة نمت حديثا من استذابة مرق (LB) لوحة أجار، تطعيم في 5 مل السائل المتوسطة LB تحتوي على 100 ​​μ غ / مل الأمبيسلين و 7.5 μ غ / مل التتراسيكلين واحتضان لمدة 5-6 ساعة عند 37 درجة مئوية على لتهز النظام الأساسي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ثم، إضافة 100 μ لتر من ثقافة البكتيرية في 5 مل الحد الأدنى المتوسطة (M63B1) تستكمل مع 0.4٪ الجلوكوز ونفس تركيزات المضادات الحيوية. احتضان هذا بين عشية وضحاها الثقافة المخفف الطازج عند 37 درجة مئوية على منصة تهتز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد 16 ساعة من الحضانة، إضافة 100 ميكرولتر الثقافة بين عشية وضحاها إلى 5 مل M63B1، 0.4٪ الجلوكوز. إبقاء الأنبوب في 37 درجة مئوية إلى منصة تهتز حتى 0.5 OD يتم التوصل إليه. تعليق ثم هو على استعداد للحقن في القناة التجربة لتشكيل بيوفيلم. </li></ol> 2. إعداد الجسيمات المغناطيسية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يستغرق 10 ميكرولتر الجزيئات المغناطيسية -2.8 μ م في القطر - من الأسهم وغسلها 3x أخرى في 190 ميكرولتر الحد الأدنى المتوسطة مع المعونة من عينة الرف المغناطيسي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط تركيز الجسيمات إلى 5 × 10 6 حبات / مل. عادة 50 ميكرولتر من الحل حبة غسلها ومختلطة مع 950 μ ل مزيد من M63B1 مع 0.4٪ الجلوكوز. </li></ol> 3. إعداد القناة وبيوفيلم النمو <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصاعد قناة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع اثنين مربع (800 متر طول الجانب μ) الشعيرات الدموية الزجاج البورسليكات 10 سم طويلة للحصول على قطعتين 8 سم طويلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الغراء قطعتين الشعرية على اثنين من الشرائح الزجاجية - قطع في النصف الأول - 2 سم بعيدا مع 1 سم عبء على حد سواء كما في الشكل 1 باستخدام الغراء فورية الغراء سريع المفعول (ما يسمى فائقة الغراء). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الأوتوكلاف الإعداد بأكمله والأنابيب اللازمة لمواصلة الاتصال القناة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جمع كل المواد المعقمة تحتغطاء تدفق الصفحي: ط) القناة شنت وفخ 1، والثاني) الأنابيب والموصلات، والثالث) اثنين من الفخاخ فقاعة - مرشح فقاعة تستخدم عادة لتأمين الأطفال الرضاعة بالتنقيط (فخ 1) وفخ فقاعة محلية الصنع كما أنبوب 4 سم طويلة من قطر أكبر (فخ 2)، والرابع) والمشابك، والخامس) 30 مل المحاقن مليئة M63B1، 0.4٪ الجلوكوز، والسادس) زجاجة النفايات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط الإعداد كله مع الموصلات يور قفل أو تقاطعات بالترتيب التالي: 50 مل حقنة M63B1 يسيطر عليها ضخ حقنة، طب الاطفال مرشح فقاعة، فقاعة فخ محلية الصنع، والشعرية (الشكل 1، لوحة B)، وأنبوب لزجاجة النفايات. ثم ملء الإعداد مع M63B1 العقيمة، 0.4٪ الجلوكوز، وتحول على ضخ حقنة بمعدل حوالي 10 مل / ساعة، وارتفاع من معدلات التجريبية. تتبع بعناية والقضاء على جميع الفقاعات في الدائرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تدفق المتوسطة من خلال نظام لمدة 10-15 دقيقة؛ مزيج بالتزامن 1 مل من تعليق البكتيريا في OD 0.5 من القسم1.3 مع 1 مل من محلول حبة غسلها أعدت في القسم 2.2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إرفاق (ولكن لا تغلق) المشابك للأنابيب على موقعين: قبل وبعد الشعيرات الدموية. التبديل تدفق قبالة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إدخال الخليط البكتيري حبة في شعري بعد فخ فقاعة المنزل الذي أدلى باستخدام حقنة 1 مل، مع الحرص على أن تعقد ما يصل أنبوب ينتهي لمنع دخول الهواء. إعادة نعلق الأنبوب ومن ثم إغلاق المشابك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر نفس الإجراء الشعرية الثانية وتحقق من كل أنابيب للفقاعات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نقل الجهاز إلى المجهر والسماح لها الوقوف لمدة 15-20 دقيقة لتمكين البكتيريا لتسوية ونعلق على سطح الشعرية. تثبيت الشعرية على خشبة المسرح المجهر مع حاوية النفايات على مستوى أعلى قليلا. وضع ضخ حقنة في أعلى العداد بجانب المجهر. رفع فخ فقاعة قبل شعري أعلى قليلا من الطائرة الشعرية لالتقاط فقاعات. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بيوفيلم غرووث <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط معدل تدفق على ضخ حقنة وبدء تدفق، فإن تطوير بيوفيلم الآن على سطح شعري خلال الفترة المطلوبة - عادة 24 أو 48 ساعة في هذه التجارب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التركيز على الطائرة أسفل الشعرية وبدء تسجيل الوقت الفاصل بين الصور عينة - عادة ما تردد اقتناء الصور 2 / سوف يقدم تقريرا دقيقة بشكل كاف نمو بيوفيلم. هذه شاشات الفيديو بيوفيلم النمو آخر ضبط (انظر مقتطفات فيديو في 1 و 2 و 3). </li></ol></li></ol> 4. الملقط المغناطيسي التثبيت <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المسمار ملاقط المغناطيسي على micromanipulators XYZ التحكم يدويا والمسمار micromanipulators على المسرح المجهر لضبط الموقف من ملاقط نسبيا إلى الشعيرات الدموية. وضع ملاقط كما في الشكل 2 لضمان يتم إنشاء المجال المغناطيسي المناسب التدرج في منطقة المراقبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط ملاقط رس المولد وظيفة عبر مكبر للصوت السلطة لتوليد فترة 40 ثانية من الوقت مصنوعة من 24 ثانية إشارة الصفر و 16 ثانية من 4 أ التيار المباشر مع مشغل إرسالها إلى الضوء الساطع مصراع الملعب بعد 20 ثانية لمزامنة الإشارات تقديم سلسلة من الأحداث كما في الشكل 3. ملاحظة: لا يمكن أن يتحقق هاتان العمليتان في أي وقت بين التركيب الشعري والقياس البداية. نرى تجربة رسم نظرة عامة في الشكل 4. </li></ol> 5. زحف منحنى اكتساب <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام مراقبة الحركة س ص المرحلة المجهر لجلب حافة القطب المغناطيسي اليسرى والحافة اليسرى باليد من الشعرية في مجال الملاحظة نفسها. اتخاذ أصل المرجعي التحليل عند تقاطع س و y-المحاور التي حددها حافة الشعرية وحافة قطعة القطب، على التوالي (انظر الشكل 2). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط الوضع الرأسي للالشعري باستخدام غرامة التركيز جمقبض ontrol الموقف المجهر. يقع عادة فحص الطائرة الاولى بين 4-7 μ متر فوق قاع الشعرية. فيديو 1 يتوافق مع الحقل س ص التي لديها أعلى الزاوية اليسرى إزاء أصل المرجعي المكانية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يؤدي تسلسل 40 ثانية من الأحداث الموصوفة في القسم 4.2 والشكل (3) عن طريق التحول على مولد الحالية، وفي الوقت نفسه، يدويا تحريك الصورة تسلسل حيازة فيديو 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نقل شعري لمجال حق الجار قبل 250 ترجمة μ م المرحلة المجهر إلى اليسار وتعمل كما في القسم 5.3 لتوليد الفيديو 2 من 2 شريحة وهلم جرا للحصول على مقاطع الفيديو المطلوبة. يتم جمع عادة 3-4 مجالات 250 × 250 μ م 2 على طول محور س قبل تغيير الطائرة وتكرار نفس العمليات للطائرة الجديدة. </li></ol> 6. معايرة القوة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعد حل الجلسرين عن طريق خلط 39.8 غرام من الجلسرين مع 190 μ لتر من الماء المقطر ثنائية و 10 ميكرولتر من الجزيئات المغناطيسية في 2 × 10 9 الجسيمات / مل وتملأ قناة تجريبية مع هذا الخليط ووضعه على المسرح المجهر كما هو موضح في عينة بيوفيلم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد تثبيت ملاقط المغناطيسي كما هو مبين في الباب 4، تطبيق القوة المغناطيسية كما هو مبين في القسم 5.4 وجعل الصور الوقت الفاصل بين لاستخراج كل الجسيمات سرعة واحدة (ت) ومكانتها في شعري لاستخلاص ملف المعايرة. يجب أن يحتوي هذا الملف على القوة المستخدمة بوصفها وظيفة من مكانتها في المنطقة من تحليل الشعرية وفقا للقانون ستوكس، F = 6πRηv (R: نصف قطر من الجسيمات). </li></ol> 7. تحليل <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام &quot;الجسيمات تعقب&quot; البرمجيات للحصول على ملفات نصية مع مواقف الجسيمات في كل إطار لجميع أكوام من الصور المكتسبة كما هو مبين في القسم 5. النقيبز الصورة اقتناء كومة تردد، وحساب تشريد الجسيمات بوصفها وظيفة من الوقت (على سبيل المثال الشكل 5 وفيديو 4). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام ملف معايرة القوة، تحويل المنحنيات النزوح إلى منحنيات الامتثال (الالتزام الإجمالية للمواد - J (ر) - بوصفها وظيفة من الوقت) وفقا للصيغة الامتثال: <img alt="" fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/50857/50857eq1.jpg" width="106" /> الذي يعطي العلاقة بين سلالة المادية والإجهاد بطلب للحصول على الجسيمات التحقيق في دائرة نصف قطرها R مضمن في غير قابل، متجانسة المتوسطة اللزجة على النحو المحدد من قبل شور وزملاء العمل 19. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط منحنيات الامتثال زحف إلى البرغر النموذج العام للمواد اللزجة واشتقاق المعلمات اللزجة، J 0، J 1، η 0، 1 η لكل الجسيمات ( <strong&gt; الشكل 6) وفقا لصيغة البرغر &#39;: <img alt="" fo:content-width="2in" src="/files/ftp_upload/50857/50857eq2.jpg" width="169" /> ملاحظة: لقد استخدمت هذا التحليل الظواهر سابقا لمجموعة واسعة من المواد بما في ذلك المواد البيولوجية مثل الأغشية الحيوية لتفسير البيانات الريولوجيا العيانية 20-22. </li></ol>

<ol>
	<li>Hall-Stoodley, L., Costerton, J. W., 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=Bacterial+biofilms:+from+the+natural+environment+to+infectious+diseases.">Bacterial biofilms: from the natural environment to infectious diseases.</a> Nat Rev Microbiol. 2, 95-108 (2004).</li><li>Donlan, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofilms:+microbial+life+on+surfaces.">Biofilms: microbial life on surfaces.</a> Emerg Infect Dis. 8, 881-890 (2002).</li><li>Costerton, J. W., Stewart, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Battling+biofilms.">Battling biofilms.</a> Scientific American. 285, 74-81 (2001).</li><li>Branda, S. S., Vik, S., Friedman, L., Kolter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofilms:+the+matrix+revisited.">Biofilms: the matrix revisited.</a> Trends Microbiol. 13, 20-26 (2005).</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>Costerton, J. W., Stewart, P. S., Greenberg, E. P. <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>Stewart, P. S., Franklin, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+heterogeneity+in+biofilms.">Physiological heterogeneity in biofilms.</a> Nat Rev Microbiol. 6, 199-210 (2008).</li><li>Stoodley, P., Lewandowski, Z., Boyle, J. D., Lappin-Scott, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+deformation+of+bacterial+biofilms+caused+by+short-term+fluctuations+in+fluid+shear:+an+in+situ+investigation+of+biofilm+rheology.">Structural deformation of bacterial biofilms caused by short-term fluctuations in fluid shear: an in situ investigation of biofilm rheology.</a> Biotechnology and bioengineering. 65, 83-92 (1999).</li><li>Klapper, I., Rupp, C. J., Cargo, R., Purvedorj, B., 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=Viscoelastic+fluid+description+of+bacterial+biofilm+material+properties.">Viscoelastic fluid description of bacterial biofilm material properties.</a> Biotechnol Bioeng. 80, 289-296 (2002).</li><li>Korstgens, V., Flemming, H. C., Wingender, J., Borchard, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uniaxial+compression+measurement+device+for+investigation+of+the+mechanical+stability+of+biofilms.">Uniaxial compression measurement device for investigation of the mechanical stability of biofilms.</a> Journal of microbiological. 46, 9-17 (2001).</li><li>Cense, A. W., 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=Mechanical+properties+and+failure+of+Streptococcus+mutans+biofilms,+studied+using+a+microindentation+device.">Mechanical properties and failure of Streptococcus mutans biofilms, studied using a microindentation device.</a> Journal of microbiological methods. 67, 463-472 (2006).</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> Physical Review Letters. 93, (2004).</li><li>Towler, B. W., Rupp, C. J., Cunningham, A. B., 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=Viscoelastic+properties+of+a+mixed+culture+biofilm+from+rheometer+creep+analysis.">Viscoelastic properties of a mixed culture biofilm from rheometer creep analysis.</a> Biofouling. 19, 279-285 (2003).</li><li>Lau, P. C., Dutcher, J. R., Beveridge, T. J., Lam, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Absolute+quantitation+of+bacterial+biofilm+adhesion+and+viscoelasticity+by+microbead+force+spectroscopy.">Absolute quantitation of bacterial biofilm adhesion and viscoelasticity by microbead force spectroscopy.</a> Biophysical journal. 96, 2935-2948 (2009).</li><li>Poppele, E. H., Hozalski, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Micro-cantilever+method+for+measuring+the+tensile+strength+of+biofilms+and+microbial+flocs.">Micro-cantilever method for measuring the tensile strength of biofilms and microbial flocs.</a> Journal of microbiological methods. 55, 607-615 (2003).</li><li>Aggarwal, S., Poppele, E. H., Hozalski, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+and+testing+of+a+novel+microcantilever+technique+for+measuring+the+cohesive+strength+of+intact+biofilms.">Development and testing of a novel microcantilever technique for measuring the cohesive strength of intact biofilms.</a> Biotechnology and bioengineering. 105, 924-934 (2010).</li><li>Gu&#233;lon, T., Mathias, J. -. D., 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=Biofilm+Highlights.">Biofilm Highlights.</a> Series on Biofilms (eds Hans-Curt Flemming, Jost Wingender, &amp; Ulrich Szewzyk). 5, (2011).</li><li>Galy, O., 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=Mapping+of+Bacterial+Biofilm+Local+Mechanics+by+Magnetic+Microparticle+Actuation.">Mapping of Bacterial Biofilm Local Mechanics by Magnetic Microparticle Actuation.</a> Biophysical journal. 103, 1-9 (2012).</li><li>Schnurr, B., Gittes, F., MacKintosh, F. C., Schmidt, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determining+Microscopic+Viscoelasticity+in+Flexible+and+Semiflexible+Polymer+Networks+from+Thermal+Fluctuations.">Determining Microscopic Viscoelasticity in Flexible and Semiflexible Polymer Networks from Thermal Fluctuations.</a> Macromolecules. 30, 7781-7792 (1997).</li><li>Aggarwal, S., Hozalski, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Strain+Rate+on+the+Mechanical+Properties+of+Staphylococcus+epidermidis+Biofilms.">Effect of Strain Rate on the Mechanical Properties of Staphylococcus epidermidis Biofilms.</a> Langmuir. 28, 2812-2816 (2012).</li><li>Towler, B. W., Cunningham, A., Stoodley, P., McKittrick, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+of+fluid-biofilm+interaction+using+a+Burger+material+law.">A model of fluid-biofilm interaction using a Burger material law.</a> Biotechnol Bioeng. 96, 259-271 (2007).</li><li>Jones, W. L., Sutton, M. P., McKittrick, L., Stewart, P. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemical+and+antimicrobial+treatments+change+the+viscoelastic+properties+of+bacterial+biofilms.">Chemical and antimicrobial treatments change the viscoelastic properties of bacterial biofilms.</a> Biofouling. 27, 207-215 (2011).</li><li>Apgar, J., 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=Multiple-particle+tracking+measurements+of+heterogeneities+in+solutions+of+actin+filaments+and+actin+bundles.">Multiple-particle tracking measurements of heterogeneities in solutions of actin filaments and actin bundles.</a> Biophysical journal. 79, 1095-1106 (2000).</li></ol>

ليس لدينا شيء في الكشف عنها.

هذه الجسيمات المغناطيسية البذر وسحب تمكين تعيين 3D الموقع من المعلمات اللزجة من بيوفيلم نموا في حالته الأصلية في التجربة. وكشف هذا النهج عدم التجانس الميكانيكية للE. القولونية بيوفيلم نمت هنا وأعطى القرائن أن نشير إلى مكونات بيوفيلم دعم بيوفيلم الخصائ?...

الأغشية الحيوية البكتيرية هي مجتمعات من البكتيريا المرتبطة السطوح البيولوجية أو اصطناعية 1-3. انهم يشكلون بواسطة آلية التصاق النمو إلى جانب إنتاج السكاريد الغنية المصفوفة خارج الخلية التي تحمي واستقرار الصرح 4،5. هذه الأغشية الحيوية ليست مجرد تجمعات من الخلايا السلبي عالقة على الأسطح، ولكن النظم البيولوجية المعقدة الديناميكية المنظمة و. عند التبديل من البكتيريا العوالق لنمط الحياة بيوفيلم، ويلاحظ التغيرات في التعبير الجيني وعلم وظائف الأعضاء المحمولة، فضلا عن زيادة مقاومة مضادات الميكروبات لاستضافة والدفاعات المناعية يجري في أصل العديد من الالتهابات المستمرة والمزمنة 6. ومع ذلك، فإن التنمية التي تسيطر عليها هذه الهياكل يعيشون توفر أيضا فرصا للتطبيقات الصناعية والبيئية، مثل المعالجة البيولوجية من مواقع النفايات الخطرة، والبيولوجية الترشيح من المياه الصناعية أو تشكيل حواجز الحيوي لحماية التربة والمياه الجوفية من كونتامانأوجه. بينما الميزات الجزيئية محددة لطريقة بيوفيلم الحياة موصوفة على نحو متزايد، وآليات القيادة وتنمية المجتمع واستمرار تزال غير واضحة. استخدام التطورات الحديثة على قياسات الميكروسكيل باستخدام المسح الكهروكيميائية أو مضان المجهر، وقد ثبت أن هذه المنظمات الذين يعيشون لعرض كبيرة الهيكلية والكيميائية والبيولوجية التجانس 7. حتى الآن، وحتى الآن، والميكانيكا بيوفيلم وقد تم فحص أساسا ظاهريا. على سبيل المثال، مراقبة اللافتات بيوفيلم تشوه بسبب الاختلافات في معدلات تدفق السوائل 8،9، ضغط ذو محورين من القطع المتوسط ​​بيوفيلم رفع من أجار أو نمت على غطاء ينزلق 10،11، والقص من بيوفيلم جمعها من البيئة ومن ثم نقلها إلى مواز لوحة مقياس غلفاني 12،13، القوة الذرية الطيفي باستخدام حبة الزجاج والمغلفة مع بيوفيلم البكتيرية تعلق على ناتئ فؤاد 14 أو ميكر مخصصطريقة ocantilever لقياس قوة الشد من شظايا بيوفيلم فصل 15،16 تم تنفيذها خلال السنوات العشر الأخيرة، وتوفير معلومات مفيدة عن طبيعة اللزجة من المواد 17. ومع ذلك، يبدو من المرجح أن المعلومات المتعلقة بيوفيلم في الخواص الميكانيكية الموضع يتم فقدان عندما تتم إزالة المواد من بيئتها الأصلية، والتي كان الحال في هذه النهج في كثير من الأحيان. وعلاوة على ذلك، ومعاملة بيوفيلم كمادة متجانسة يفتقد المعلومات على التجانس ممكن من الخواص الفيزيائية داخل المجتمع. وبالتالي، لا يمكن ان اعترف آثار الدقيق للهيكل الميكانيكا في تشكيل بيوفيلم والصفات البيولوجية مثل الزخرفة التعبير الجيني أو التدرجات الكيميائية. في التقدم نحو وصف الميكروسكيل من بيوفيلم الخصائص الفيزيائية، هناك حاجة إلى أدوات جديدة مخصصة. تفاصيل هذه الورقة مقاربة الأصلي تصور لتحقيققياس المعلمات الميكانيكية المحلية في الموقع، من دون إزعاج بيوفيلم وتمكين الرسم للتوزيع المكاني للخصائص المواد الميكروسكيل ثم عدم تجانس الميكانيكية. مبدأ التجربة تقع على المنشطات من بيوفيلم المتنامية مع المجهرية الدقيقة المغناطيسي تليها التحميل الخاصة بهم عن بعد باستخدام ملاقط المغناطيسي في بيوفيلم ناضجة. النزوح الجسيمات تحت رقابة تطبيق القوة المغناطيسية تصوير تحت المجهر تمكن المحلية الاشتقاق المعلمة اللزجة، كل جسيم الإبلاغ البيئة المحلية الخاصة بها. من هذه البيانات، يمكن استخلاص الشخصى 3D الميكانيكية للبيوفيلم، وكشف المكانية والبيئية الإعتماد الشرط. سيتم عرض التجربة كلها هنا على E. بيوفيلم القولونية التي أدلى بها سلالة معدلة وراثيا تحمل مثل F-البلازميد مزال الكظم. النتائج بالتفصيل في ورقة حديثة 18 تقديم رؤية فريدة من الداخل ميكانيكا بيوفيلم سليمة.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1258">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td colspan="5" height="21" style="height:21px;width:1257px;">Table 1: Reagents and cells</td>
		</tr>
		<tr height="18">
			<td height="20" rowspan="2" style="height:22px;width:216px;">Magnetic particles</td>
			<td rowspan="2" style="width:323px;">Life technologies</td>
			<td rowspan="2" style="width:224px;">14307D</td>
			<td colspan="2" rowspan="2" style="width:496px;">Micrometric magnetic particle, 2.8 &#181;m diameter</td>
		</tr>
		<tr height="2">
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:216px;">Ampicillin (Antibiotic)</td>
			<td style="width:323px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:224px;">A9518</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tetracycline (Antibiotic)</td>
			<td style="width:323px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:224px;">87128</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Bacterial strain MG1655gfpF</td>
			<td style="width:323px;">UGB, Institut Pasteur, France</td>
			<td style="width:224px;"></td>
			<td colspan="2" style="width:496px;">produces F pili at its surface, resistant to Ampicilllin and tetracycline</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="5" height="21" style="height:21px;width:1257px;">Table 2:&#160; Capillaries and tubing</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:23px;width:216px;">Filters for pediatric perfusion</td>
			<td style="width:323px;">Prodimed-Plastimed</td>
			<td style="width:224px;">6932002</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;"></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:216px;">Hollow Square Capillaries</td>
			<td style="width:323px;">Composite Metal Scientific</td>
			<td style="width:224px;">8280-100</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;">Manufactured in Borosilicate glass. Square 0.8mm x0.8mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tubing silicone peroxyde</td>
			<td style="width:323px;">VWR international</td>
			<td style="width:224px;">228-0512</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;">Diameter 1mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tubing silicone peroxyde</td>
			<td style="width:323px;">VWR international</td>
			<td style="width:224px;">228-0700</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;">Diameter 3mm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Table 3: Biofilm growth</td>
			<td style="width:323px;"></td>
			<td style="width:224px;"></td>
			<td style="width:495px;"></td>
			<td style="width:1px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lysogeny Broth (LB) solution</td>
			<td style="width:323px;">Amresco-VWR</td>
			<td style="width:224px;">J106-10PK</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;">standard medium used to grow bacteria</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">M63B1 solution</td>
			<td style="width:323px;">Home-made</td>
			<td style="width:224px;"></td>
			<td colspan="2" style="width:496px;">Standard minimum&#160; medium used to grow bacteria</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Glucose</td>
			<td style="width:323px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:224px;">G8270</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;">Used to make M63B1 medium with 0.4% glucose</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="5" height="21" style="height:21px;width:1257px;">Table 4: Electronics</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Camera EMCCD&#160;&#160;</td>
			<td style="width:323px;">Hamamatsu</td>
			<td style="width:224px;">C9100-02</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;"></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:24px;width:216px;">Heater controller</td>
			<td style="width:323px;">World precision instruments</td>
			<td style="width:224px;">300354</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Function generator</td>
			<td style="width:323px;">Agilent technologies</td>
			<td style="width:224px;">33210A</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Power amplifier</td>
			<td style="width:323px;">Home-made</td>
			<td style="width:224px;"></td>
			<td colspan="2" style="width:496px;">It gives a current signal with amplitudes up to 4 A.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Syringe pumps</td>
			<td style="width:323px;">Kd Scientific</td>
			<td style="width:224px;">KDS-220</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Shutter</td>
			<td style="width:323px;">Vincent Associates</td>
			<td style="width:224px;">Uniblitz T132</td>
			<td colspan="2" style="width:496px;"></td>
		</tr>
		<tr height="125">
			<td height="125" style="height:125px;width:216px;">Magnetic tweezers</td>
			<td style="width:323px;">Home-made</td>
			<td style="width:224px;"></td>
			<td colspan="2" style="width:496px;">Two electromagnetic poles, each made of a copper coil with 2,120 turns of 0.56 mm in diameter copper wire and soft magnetic alloy cores (Supra50-Arcelor Mittal, France) square shaped according to the blueprint shown in Fig. 10. The two cores are mounted north pole facing south pole, in order to generate a magnetic force in one direction along the length of the capillary. See coil wiring details in Figure 11.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="5" height="21" style="height:21px;width:1257px;">Table 5: Optics</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Inverted microscope&#160;</td>
			<td style="width:323px;">Nikon</td>
			<td style="width:224px;">TE-300</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">S Fluor x40 Objective (NA 0.9, WD0.3)</td>
			<td>Nikon</td>
			<td style="width:224px;"></td>
			<td>This a long working distance ojective enabling observation of the biofilm in the depth</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="105">
			<td height="105" style="height:105px;width:216px;">Epifluorescence filters: 1) for green fluorescence: Exc 480/20 nm; DM 495; Em 510/20&#160; 2) for Red fluorescence: Exc 540/25 nm; DM 565; Em 605/55</td>
			<td style="width:323px;">Chroma</td>
			<td style="width:224px;">1)#49020 2)#31002</td>
			<td>Particle displacement upon force application is recorded using the red fluoresecnce filter block.</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td colspan="5" height="21" style="height:21px;width:1257px;">Table 6: Image analysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ImageJ</td>
			<td style="width:323px;">NIH - particle tracker plugin</td>
			<td style="width:224px;"></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

remote magnetic actuation of micrometric probes for in situ 3d mapping of bacterial biofilm physical properties

التصاق البكتيريا والنمو على واجهات تؤدي إلى تشكيل ثلاثي الأبعاد هياكل غير المتجانسة يسمى الأغشية الحيوية. وتعقد الخلايا مسكن في هذه الهياكل معا عن طريق التفاعلات المادية بوساطة شبكة من المواد البوليمرية خارج الخلية. الأغشية الحيوية البكتيرية تؤثر العديد من الأنشطة البشرية وفهم خصائصها أمر حاسم لتحسين السيطرة على تنميتها - صيانة أو القضاء - اعتمادا على نتائج سلبية أو المنفعة الخاصة بهم. وتصف هذه الورقة منهجية جديدة تهدف إلى قياس في الموقع الخصائص الفيزيائية المحلية من بيوفيلم التي كانت، حتى الآن، درست فقط من منظور المواد العيانية ومتجانسة. التجربة الموصوفة هنا ينطوي على إدخال الجزيئات المغناطيسية في بيوفيلم المتزايد على البذور المحلية تحقيقات التي يمكن دفعتها عن بعد دون إزعاج الخصائص الهيكلية للبيوفيلم. كانت ملاقط مخصصة المغناطيسي ديفيمتخطى لممارسة القوة تعريف على كل الجسيمات جزءا لا يتجزأ من بيوفيلم. هي التي شنت الإعداد على مسرح المجهر لتمكين تسجيل الوقت الفاصل بين الصور من فترة سحب الجسيمات. ثم يتم استخراج مسارات الجسيمات من تسلسل سحب ويتم اشتقاق المعلمات اللزجة المحلية من كل منحنى النزوح الجسيمات، وبالتالي توفير التوزيع المكاني 3D من المعلمات. اكتساب نظرة ثاقبة بيوفيلم الشخصي الميكانيكية أمر ضروري من وجهة مهندس وجهة نظر لأغراض المراقبة بيوفيلم ولكن أيضا من منظور الأساسية لتوضيح العلاقة بين الخصائص المعمارية وعلم الأحياء محددة من هذه الهياكل.

وهناك تحليل نموذجي توفير التوزيع المكاني للمعلمات اللزجة في نطاق ميكرون على بيوفيلم الذين يعيشون من دون إزعاج الترتيب الأصلي. وتظهر نتائج نموذجية في الشكل 7 حيث قيم J 0 - تعطى بوصفها وظيفة من ض محور على طول عمق والمحور الصادي على طول البعد الجانبي للبيوف...

Watch this Scientific Journal Video about Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties at JoVE.com

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

يبين هذه الورقة منهجية الأصلي على أساس يشتغل النائية من الجزيئات المغناطيسية المصنفة في بيوفيلم البكتيرية وتطوير ملاقط المغناطيسي مخصص لقياس في الموقع الخواص الميكانيكية المحلية من المادة الحية المعقدة التي بناها الكائنات الحية الدقيقة في الواجهات.

يشتغل المغناطيسي النائية متري تحقيقات ل<em&gt; في الموقع</em&gt; رسم الخرائط 3D من البكتيريا بيوفيلم الخصائص الفيزيائية

Bacterial adhesion and growth on interfaces lead to the formation of three-dimensional heterogeneous structures so-called biofilms. The cells dwelling in ...

remote-magnetic-actuation-micrometric-probes-for-situ-3d-mapping

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

9.1K Views.  Sorbonne Universités, UPMC.  يبين هذه الورقة منهجية الأصلي على أساس يشتغل النائية من الجزيئات المغناطيسية المصنفة في بيوفيلم البكتيرية وتطوير ملاقط المغناطيسي مخصص لقياس في الموقع الخواص الميكانيكية المحلية من المادة الحية المعقدة التي بناها الكائنات الحية ال...

Video: Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

Multiparametric Optical Mapping of the Langendorff-perfused Rabbit Heart

Optical imaging and fluorescent probes have significantly advanced research methodology in the field of cardiac electrophysiology in ways that could not have been accomplished by other approaches1. With the use of the calcium- and voltage-sensitive dyes, optical mapping allows measurement of transmembrane action potentials and calcium transients with high spatial resolution without the physical contact with the tissue. This makes measurements of the cardiac electrical activity possible under many conditions where the use of electrodes is inconvenient or impossible1. For example, optical recordings provide accurate morphological changes of membrane potential during and immediately after stimulation and defibrillation, while conventional electrode techniques suffer from stimulus-induced artifacts during and after stimuli due to electrode polarization1. 
The Langendorff-perfused rabbit heart is one of the most studied models of human heart physiology and pathophysiology. Many types of arrhythmias observed clinically could be recapitulated in the rabbit heart model. It was shown that wave patterns in the rabbit heart during ventricular arrhythmias, determined by effective size of the heart and the wavelength of reentry, are very similar to that in the human heart2. It was also shown that critical aspects of excitation-contraction (EC) coupling in rabbit myocardium, such as the relative contribution of sarcoplasmic reticulum (SR), is very similar to human EC coupling3. Here we present the basic procedures of optical mapping experiments in Langendorff-perfused rabbit hearts, including the Langendorff perfusion system setup, the optical mapping systems setup, the isolation and cannulation of the heart, perfusion and dye-staining of the heart, excitation-contraction uncoupling, and collection of optical signals. These methods could be also applied to the heart from species other than rabbit with adjustments to flow rates, optics, solutions, etc.
Two optical mapping systems are described. The panoramic mapping system is used to map the entire epicardium of the rabbit heart4-7. This system provides a global view of the evolution of reentrant circuits during arrhythmogenesis and defibrillation, and has been used to study the mechanisms of arrhythmias and antiarrhythmia therapy8,9. The dual mapping system is used to map the action potential (AP) and calcium transient (CaT) simultaneously from the same field of view10-13. This approach has enhanced our understanding of the important role of calcium in the electrical alternans and the induction of arrhythmia14-16.

This article describes the basic procedures for conducting optical mapping experiments in the Langendorff-perfused rabbit heart using the panoramic imaging system, and the dual (voltage and calcium) imaging modality.

Multiparametric رسم الخرائط البصرية للقلب الأرنب Langendorff - perfused

Optical imaging and fluorescent probes have significantly advanced research methodology in the field of cardiac electrophysiology in ways that could not ...

Optical Mapping of Action Potentials and Calcium Transients in the Mouse Heart

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. Cardiovascular physiological phenotyping of the mouse heart can be easily done using fluorescence imaging employing various probes for transmembrane potential (Vm), calcium transients (CaT), and other parameters. Excitation-contraction coupling is characterized by action potential and intracellular calcium dynamics; therefore, it is critically important to map both Vm and CaT simultaneously from the same location on the heart1-4. Simultaneous optical mapping from Langendorff perfused mouse hearts has the potential to elucidate mechanisms underlying heart failure, arrhythmias, metabolic disease, and other heart diseases. Visualization of activation, conduction velocity, action potential duration, and other parameters at a myriad of sites cannot be achieved from cellular level investigation but is well solved by optical mapping1,5,6. In this paper we present the instrumentation setup and experimental conditions for simultaneous optical mapping of Vm and CaT in mouse hearts with high spatio-temporal resolution using state-of-the-art CMOS imaging technology. Consistent optical recordings obtained with this method illustrate that simultaneous optical mapping of Langendorff perfused mouse hearts is both feasible and reliable.

This paper details the dissection procedure, instrumental setup, and experimental conditions during optical mapping of transmembrane potential (Vm) and intracellular calcium transient (CaT) in intact isolated Langendorff perfused mouse hearts.

رسم الخرائط البصرية إمكانيات العمل والعابرون الكالسيوم في القلب ماوس

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. ...

Magnetically-Assisted Remote Controlled Microcatheter Tip Deflection under Magnetic Resonance Imaging

X-ray fluoroscopy-guided endovascular procedures have several significant limitations, including difficult catheter navigation and use of ionizing radiation, which can potentially be overcome using a magnetically steerable catheter under MR guidance.
	The main goal of this work is to develop a microcatheter whose tip can be remotely controlled using the magnetic field of the MR scanner. This protocol aims to describe the procedures for applying current to the microcoil-tipped microcatheter to produce consistent and controllable deflections.
	A microcoil was fabricated using laser lathe lithography onto a polyimide-tipped endovascular catheter. In vitro testing was performed in a waterbath and vessel phantom under the guidance of a 1.5-T MR system using steady-state free precession (SSFP) sequencing. Various amounts of current were applied to the coils of the microcatheter to produce measureable tip deflections and navigate in vascular phantoms.
	The development of this device provides a platform for future testing and opportunity to revolutionize the endovascular interventional MRI environment.

Current applied to an endovascular microcatheter with microcoil tip made by laser lathe lithography can achieve controllable deflections under magnetic resonance (MR) guidance, which may improve speed and efficacy of navigation of vasculature during various endovascular procedures.

مغناطيسيا بمساعدة البعيد تلميح Microcatheter الشواهد الانحراف تحت التصوير بالرنين المغناطيسي

X-ray fluoroscopy-guided  endovascular procedures have several significant limitations, including  difficult catheter navigation and use of ionizing ...

Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide nanoparticles (IONP) (Fe3O4) to yield a magnetic bacterial nanocellulose (MBNC). The synthesis of MBNC is a precise and specifically designed multi-step process. Briefly, bacterial nanocellulose (BNC) pellicles are formed from preserved G. xylinus strain according to our experimental requirements of size and morphology. A solution of iron(III) chloride hexahydrate (FeCl3&#183;6H2O) and iron(II) chloride tetrahydrate (FeCl2&#183;4H2O) with a 2:1 molar ratio is prepared and diluted in deoxygenated high purity water. A BNC pellicle is then introduced in the vessel with the reactants. This mixture is stirred and heated at 80 &#176;C in a silicon oil bath and ammonium hydroxide (14%) is then added by dropping to precipitate the ferrous ions into the BNC mesh. This last step allows forming in situ magnetite nanoparticles (Fe3O4) inside the bacterial nanocellulose mesh to confer magnetic properties to BNC pellicle. A toxicological assay was used to evaluate the biocompatibility of the BNC-IONP pellicle. Polyethylene glycol (PEG) was used to cover the IONPs in order to improve their biocompatibility. Scanning electron microscopy (SEM) images showed that the IONP were located preferentially in the fibril interlacing spaces of the BNC matrix, but some of them were also found along the BNC ribbons. Magnetic force microscope measurements performed on the MBNC detected the presence magnetic domains with high and weak intensity magnetic field, confirming the magnetic nature of the MBNC pellicle. Young&#39;s modulus values obtained in this work are also in a reasonable agreement with those reported for several blood vessels in previous studies.

Here, we present a protocol to make a bacterial nanocellulose (BNC) magnetic for applications in damaged blood vessel reconstruction. The BNC was synthesized by G. xylinus strain. On the other hand, magnetization of the BNC was realized through in situ precipitation of Fe2+ and Fe3+ ferrous ions inside the BNC mesh.

تلفيق من Functionalized المغناطيسي البكتيرية Nanocellulose مع أكسيد الحديد النانوية

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide ...

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances (EPS). The EPS serves as a physical and protective scaffold that houses the bacterial cells and consists of a variety of materials that includes proteins, exopolysaccharides and DNA. The composition of the EPS may change, which remodels the mechanic properties of the biofilm to further develop or support alternative biofilm structures, such as streamers, as a response to environmental cues. Despite this, there are little quantitative descriptions on how EPS components contribute to the mechanical properties and function of biofilms. Rheology, the study of the flow of matter, is of particular relevance to biofilms as many biofilms grow in flow conditions and are constantly exposed to shear stress. It also provides measurement and insight on the spreading of the biofilm on a surface. Here, particle-tracking microrheology is used to examine the viscoelasticity and effective crosslinking roles of different matrix components in various parts of the biofilm during development. This approach allows researchers to measure mechanic properties of biofilms at the micro-scale, which might provide useful information for controlling and engineering biofilms.

In Situ Mapping of the Mechanical Properties of Biofilms by Particle-tracking Microrheology

Particle-tracking microrheology investigates the viscoelasticity of materials. Here, the technique is used to determine the viscoelasticity, creep compliance and effective crosslinking roles of different matrix components of a bacterial biofilm. The matrix consists of polymeric substances secreted by the bacteria and its components determine biofilm structure and mechanical properties.

في الموقع خارطة الخواص الميكانيكية لالأغشية الحيوية التي تتبع الجسيمات Microrheology

Bacterial cells are able to form surface-attached biofilm communities known as biofilms by encasing themselves in extracellular polymeric substances ...

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan electron-paramagnetic-resonance (RS-EPR), which can provide quantitative information under in vivo conditions on oxygen concentration, pH, redox status and concentration of signaling molecules (i.e., OH&#8226;, NO&#8226;). The RS-EPR technique has a higher sensitivity, improved spatial resolution (1 mm), and shorter acquisition time in comparison to the standard continuous wave (CW) technique. A variety of phantom configurations have been tested, with spatial resolution varying from 1 to 6 mm, and spectral width of the reporter molecules ranging from 16 &#181;T (160 mG) to 5 mT (50 G). A cross-loop bimodal resonator decouples excitation and detection, reducing the noise, while the rapid scan effect allows more power to be input to the spin system before saturation, increasing the EPR signal. This leads to a substantially higher signal-to-noise ratio than in conventional CW EPR experiments.

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

A new electron paramagnetic resonance (EPR) method, rapid scan EPR (RS-EPR), is demonstrated for 2D spectral spatial imaging which is superior to the traditional continuous wave (CW) technique and opens new venues for in vivo imaging. Results are demonstrated at 250 MHz, but the technique is applicable at any frequency.

سرعة المسح الضوئي الكترون ممغطس الرنين تفتح آفاقا جديدة للالتصوير الناحية الفسيولوجية معلمات هام<em&gt; في فيفو</em

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan ...

3D Magnetic Stem Cell Aggregation and Bioreactor Maturation for Cartilage Regeneration

Cartilage engineering remains a challenge due to the difficulties in creating an in vitro functional implant similar to the native tissue. An approach recently explored for the development of autologous replacements involves the differentiation of stem cells into chondrocytes. To initiate this chondrogenesis, a degree of compaction of the stem cells is required; hence, we demonstrated the feasibility of magnetically condensing cells, both within thick scaffolds and scaffold-free, using miniaturized magnetic field sources as cell attractors. This magnetic approach was also used to guide aggregate fusion and to build scaffold-free, organized, three-dimensional (3D) tissues several millimeters in size. In addition to having an enhanced size, the tissue formed by magnetic-driven fusion presented a significant increase in the expression of collagen II, and a similar trend was observed for aggrecan expression. As the native cartilage was subjected to forces that influenced its 3D structure, dynamic maturation was also performed. A bioreactor that provides mechanical stimuli was used to culture the magnetically seeded scaffolds over a 21-day period. Bioreactor maturation largely improved chondrogenesis into the cellularized scaffolds; the extracellular matrix obtained under these conditions was rich in collagen II and aggrecan. This work outlines the innovative potential of magnetic condensation of labeled stem cells and dynamic maturation in a bioreactor for improved chondrogenic differentiation, both scaffold-free and within polysaccharide scaffolds.

Chondrogenesis from stem cells requires fine tuning the culture conditions. Here, we present a magnetic approach for condensing cells, an essential step to initiate chondrogenesis. In addition, we show that dynamic maturation in a bioreactor applies mechanical stimulation to the cellular constructs and enhances cartilaginous extracellular matrix production.

3D تجميع المغناطيسي الخلايا الجذعية ومفاعل حيوي النضج لتجديد الغضروف

Cartilage engineering remains a challenge due to the difficulties in creating an in vitro functional implant similar to the native tissue. An approach ...

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps compared to standard metallographic sample preparation procedures. The paper proposes a novel bespoke rig for dynamic domain imaging with in situ BH (magnetic hysteresis) measurements and elaborates the protocols for the sensor preparation and the use of the rig to ensure accurate BH measurement. The protocols for static and ordinary dynamic domain imaging (without in situ BH measurements) are also presented. The reported method takes advantage of the convenience and high sensitivity of the traditional Bitter method and enables in situ BH measurement without interrupting or interfering with the domain wall movement processes. This facilitates establishing a direct and quantitative link between the domain wall movement processes&#8211;microstructural feature interactions in ferritic steels with their BH loops. This method is anticipated to become a useful tool for the fundamental study of microstructure&#8211;magnetic property relationships in steels and to help interpret the electromagnetic sensor signals for non-destructive evaluation of steel microstructures.

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample and sensor preparation procedures and the protocols for using the test rig particularly for dynamic domain imaging with in situ BH measurements in order to achieve optimal domain pattern quality and accurate BH measurements.

الإعداد الأمثل وبروتوكول لتصوير المجال المغناطيسي مع القياس التباطؤ في الموقع

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps ...

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

In the central nervous system, numerous acute injuries and neurodegenerative disorders, as well as implanted devices or biomaterials engineered to enhance function result in the same outcome: excess inflammation leads to gliosis, cytotoxicity, and/or formation of a glial scar that collectively exacerbate injury or prevent healthy recovery. With the intent of creating a system to model glial scar formation and study inflammatory processes, we have generated a 3D cell scaffold capable of housing primary cultured glial cells: microglia that regulate the foreign body response and initiate the inflammatory event, astrocytes that respond to form a fibrous scar, and oligodendrocytes that are typically vulnerable to inflammatory injury. The present work provides a detailed step-by-step method for the fabrication, culture, and microscopic characterization of a hyaluronic acid-based 3D hydrogel scaffold with encapsulated rat brain-derived glial cells. Further, protocols for characterization of cell encapsulation and the hydrogel scaffold by confocal immunofluorescence and scanning electron microscopy are demonstrated, as well as the capacity to modify the scaffold with bioactive substrates, with incorporation of a commercial basal lamina mixture to improved cell integration.

Improved 3D Hydrogel Cultures of Primary Glial Cells for In Vitro Modelling of Neuroinflammation

Herein, we present a protocol for the 3D culture of rat brain-derived glia cells, including astrocytes, microglia, and oligodendrocytes. We demonstrate primary cell culture, methacrylated hyaluronic acid (HAMA) hydrogel synthesis, HAMAphoto-polymerization and cell encapsulation, and sample processing for confocal and scanning electron microscopic imaging.

تحسين 3D المائية الثقافات من الخلايا الدبقية الأولية لنمذجة في المختبر نيوروينفلاميشن

In the central nervous system, numerous acute injuries and neurodegenerative disorders, as well as implanted devices or biomaterials engineered to enhance ...

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, differentiation, morphology, and molecular synthesis. However, variables such stimuli strength and stimulation times need to be considered when stimulating either cells, tissues or scaffolds. Given that EFs and MFs vary according to cellular response, it remains unclear how to build devices that generate adequate biophysical stimuli to stimulate biological samples. In fact, there is a lack of evidence regarding the calculation and distribution when biophysical stimuli are applied. This protocol is focused on the design and manufacture of devices to generate EFs and MFs and implementation of a computational methodology to predict biophysical stimuli distribution inside and outside of biological samples. The EF device was composed of two parallel stainless-steel electrodes located at the top and bottom of biological cultures. Electrodes were connected to an oscillator to generate voltages (50, 100, 150 and 200 Vp-p) at 60 kHz. The MF device was composed of a coil, which was energized with a transformer to generate a current (1 A) and voltage (6 V) at 60 Hz. A polymethyl methacrylate support was built to locate the biological cultures in the middle of the coil. The computational simulation elucidated the homogeneous distribution of EFs and MFs inside and outside of biological tissues. This computational model is a promising tool that can modify parameters such as voltages, frequencies, tissue morphologies, well plate types, electrodes and coil size to estimate the EFs and MFs to achieve a cellular response.

This protocol describes the step-by-step process to build both electrical and magnetic stimulators used to stimulate biological tissues. The protocol includes a guideline to simulate computationally electric and magnetic fields and manufacture of stimulator devices.

أجهزة المجال الكهربائي والمغناطيسي لتحفيز الأنسجة البيولوجية

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, ...