Этот метод позволяет систематически изучать влияние размера пор и скорости потока на развитие биопленки как в природных, так и в искусственных пористых средах, тем самым можно разгадать фундаментальный механизм биозасорения пористых сред. Основными преимуществами методик являются высочайшее пространственное и временное разрешение переделки, а также адаптивность платформы к целому ряду экспериментальных условий и требований. Начните с включения коробочного инкубатора микроскопа за три часа до эксперимента, чтобы обеспечить стабильную температуру 25 градусов по Цельсию.
Подсоедините впускную и выпускную трубки к микрофлюидному устройству. Закрепите соединение между трубкой и шприцем, вставив иглу с наружным диаметром 0.6 миллиметра во входную трубку. Поместите микрофлюидное устройство, 30 миллилитров деионизированной воды и 30 миллилитров питательной среды в вакуумный эксикатор и дегазируйте их в течение не менее одного часа.
После этого медленно наберите питательную среду и деионизированную воду в два отдельных 30-миллилитровых шприца. Затем установите микрофлюидное устройство на микроскоп и поместите выпускную трубку в контейнер для отходов. Подсоедините шприц, наполненный деионизированной водой, к микрофлюидному каналу через микрофлюидную трубку и медленно вводите воду, пока она не выйдет из выходного отверстия датчика давления.
Наполните датчик давления водой и промойте все пузырьки из трубки, соединяющей микрофлюидный канал и датчик давления. Закройте выходное отверстие датчика давления винтами, предназначенными для датчика давления. Остальную часть микрофлюидного канала заполните деионизированной водой.
Затем поместите 1,2-микрометровый фильтр на шприц питательной среды. Извлеките шприц с водой и осторожно подсоедините шприц к входной микрофлюидной трубке. После установки шприца на шприцевой насос промывайте канал питательной средой со скоростью потока два миллилитра в час в течение одного часа.
После этого установите шприцевой насос на желаемую скорость потока во время эксперимента и установите показания давления датчиков давления на ноль. Затем в 1,5-миллилитровый центрифужный флакон помещают пипеткой один миллилитр культуры Bacillus subtilis NCIB 3610 оптической плотности 0,1 на длине волны 600 нанометров. Чтобы загрузить бактериальную культуру в микрофлюидный канал, поместите выпускную трубку во флакон центрифуги и подождите пять минут, чтобы удалить любые потенциальные пузырьки воздуха из выходного отверстия пробирки.
После этого извлеките 150 микролитров бактериального раствора со скоростью потока один миллилитр в час, пока микрофлюидный канал не будет заполнен бактериальной культурой. Затем осторожно снимите шприцевой фильтр питательной среды и поместите выпускное отверстие в контейнер для отходов. Оставьте бактериальные клетки в условиях нулевого потока в микрофлюидном канале на три часа, чтобы обеспечить их поверхностное прикрепление в пористой среде.
Чтобы начать эксперимент, запустите поток, установив шприцевой насос на желаемую скорость потока, и начните считывать давление с одного герца, прежде чем получать изображения растущих биопленок с желаемым интервалом времени, оптической конфигурацией и увеличением. Процесс образования биопленки визуализировался с помощью светлопольной микроскопии, где бактериальные клетки и биопленка появлялись на изображениях в виде более темных пикселей. Во время 24-часового эксперимента первоначально случайно растущая биопленка колонизировала почти всю пористую среду.
Поверхностное покрытие биопленки происходило на 10% быстрее при наименьшем размере пор, чем при самом большом размере пор через 20 часов. Корреляция покрытия поверхности биопленки с нарастанием давления показала, что засорение микрофлюидного канала с меньшим размером пор приводит к более высокой разнице давлений между входом и выходом, чем при большем размере пор. Наиболее важными аспектами, которые следует помнить, являются проведение эксперимента в температурно-стабильной среде и хорошая дегазация микрофлюидного устройства и растворов, чтобы избежать образования пузырьков.
Этот метод позволяет систематически проводить исследования по разгадке фундаментальных механизмов роста биопленки как в промышленных, так и в природных пористых средах с учетом влияния скорости потока и размера пор.
