Name: combining fluidic devices with microscopy and flow cytometry to study microbial transport in porous media across spatial scales
Uploaded: 2020-11-25T14:00:00
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我们感谢安托万·威德默在机器人分配器和dispenser.py的帮助。

1. 细菌培养条件
<ol><li>在层流罩下工作，使用 100 μL 的甘油库存的 GFP 标记 伪莫纳斯 putida KT2440 （1 × 107 mL-1，储存在 -80 °C） 接种 5 mL 的 Luria-Bertani （LB） 介质。在 30 °C 下孵育，同时在 250 rpm 下摇晃过夜。</li>
	<li>第二天，在5 mL LB培养基中重新暂停100μL的隔夜培养，并在相同的条件下孵育5小时（指数相）。将 1 mL 等分样品取样到 2 mL 管中，冷却至室温（约 15 分钟）和?...

<ol>
	<li>Stevik, K., Aa, K., Ausland, G., Fredrik Hanssen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retention+and+removal+of+pathogenic+bacteria+in+wastewater+percolating+through+porous+media:+a+review.">Retention and removal of pathogenic bacteria in wastewater percolating through porous media: a review.</a> Water Research. 38 (6), 1355-1367 (2004).</li><li>Ribet, D., Cossart, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+bacterial+pathogens+colonize+their+hosts+and+invade+deeper+tissues.">How bacterial pathogens colonize their hosts and invade deeper tissues.</a> Microbes and Infection. 17 (3), 173-183 (2015).</li><li>Ginn, T. R., Wood, B. D., Nelson, K. E., Scheibe, T. D., Murphy, E. M., Clement, T. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Processes+in+microbial+transport+in+the+natural+subsurface.">Processes in microbial transport in the natural subsurface.</a> Advances in Water Resources. 25 (8), 1017-1042 (2002).</li><li>Tufenkji, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+microbial+transport+in+porous+media:+Traditional+approaches+and+recent+developments.">Modeling microbial transport in porous media: Traditional approaches and recent developments.</a> Advances in Water Resources. 30 (6-7), 1455-1469 (2007).</li><li>Foppen, J. W., Van, M. H., Schijven, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measuring+and+modelling+straining+of+Escherichia+coli+in+saturated+porous+media.">Measuring and modelling straining of Escherichia coli in saturated porous media.</a> Journal of contaminant hydrology. 93 (1-4), 236-254 (2007).</li><li>Battin, T. J., Besemer, K., Bengtsson, M. M., Romani, A. M., Packmann, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ecology+and+biogeochemistry+of+stream+biofilms.">The ecology and biogeochemistry of stream biofilms.</a> Nature Reviews Microbiology. 14 (4), 251-263 (2016).</li><li>Scheidweiler, D., Peter, H., Pramateftaki, P., Anna, P., de Battin, T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unraveling+the+biophysical+underpinnings+to+the+success+of+multispecies+biofilms+in+porous+environments.">Unraveling the biophysical underpinnings to the success of multispecies biofilms in porous environments.</a> The ISME Journal. 1, (2019).</li><li>Carrel, M., 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=Biofilms+in+3D+porous+media:+Delineating+the+influence+of+the+pore+network+geometry,+flow+and+mass+transfer+on+biofilm+development.">Biofilms in 3D porous media: Delineating the influence of the pore network geometry, flow and mass transfer on biofilm development.</a> Water Research. 134, 280-291 (2018).</li><li>Bhattacharjee, T., Datta, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+hopping+and+trapping+in+porous+media.">Bacterial hopping and trapping in porous media.</a> Nature Communications. 10 (1), 2075 (2019).</li><li>Scheidweiler, D., Miele, F., Peter, H., Battin, T. J., de Anna, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trait-specific+dispersal+of+bacteria+in+heterogeneous+porous+environments:+from+pore+to+porous+medium+scale.">Trait-specific dispersal of bacteria in heterogeneous porous environments: from pore to porous medium scale.</a> Journal of The Royal Society Interface. 17 (164), 20200046 (2020).</li><li>Morales, V. L., Parlange, J. Y., Steenhuis, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Are+preferential+flow+paths+perpetuated+by+microbial+activity+in+the+soil+matrix?+A+review.">Are preferential flow paths perpetuated by microbial activity in the soil matrix? A review.</a> Journal of Hydrology. 393 (1), 29-36 (2010).</li><li>Creppy, A., Cl&#233;ment, E., Douarche, C., D'Angelo, M. V., Auradou, H. <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+motility+on+the+transport+of+bacteria+populations+through+a+porous+medium.">Effect of motility on the transport of bacteria populations through a porous medium.</a> Physical Review Fluids. 4 (1), 013102 (2019).</li><li>Camesano, T. A., Logan, B. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+Fluid+Velocity+and+Cell+Concentration+on+the+Transport+of+Motile+and+Nonmotile+Bacteria+in+Porous+Media.">Influence of Fluid Velocity and Cell Concentration on the Transport of Motile and Nonmotile Bacteria in Porous Media.</a> Environmental Science &amp; Technology. 32 (11), 1699-1708 (1998).</li><li>Lutterodt, G., Basnet, M., Foppen, J. W. A., Uhlenbrook, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+surface+characteristics+on+the+transport+of+multiple+Escherichia+coli+isolates+in+large+scale+columns+of+quartz+sand.">The effect of surface characteristics on the transport of multiple Escherichia coli isolates in large scale columns of quartz sand.</a> Water Research. 43 (3), 595-604 (2009).</li><li>Bozorg, A., Gates, I. D., Sen, A. <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+biofilm+on+bacterial+transport+and+deposition+in+porous+media.">Impact of biofilm on bacterial transport and deposition in porous media.</a> Journal of Contaminant Hydrology. 183 (Supplement C), 109-120 (2015).</li><li>Long, T., Ford, 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=Enhanced+Transverse+Migration+of+Bacteria+by+Chemotaxis+in+a+Porous+T-Sensor.">Enhanced Transverse Migration of Bacteria by Chemotaxis in a Porous T-Sensor.</a> Environmental Science &amp; Technology. 43 (5), 1546-1552 (2009).</li><li>Rusconi, R., Garren, M., Stocker, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+Expanding+the+Frontiers+of+Microbial+Ecology.">Microfluidics Expanding the Frontiers of Microbial Ecology.</a> Annual Review of Biophysics. 43 (1), 65-91 (2014).</li><li>Xia, Y., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Soft+Lithography.">Soft Lithography.</a> Annual Review of Materials Science. 28 (1), 153-184 (1998).</li><li>Crocker, J. C., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+of+Digital+Video+Microscopy+for+Colloidal+Studies.">Methods of Digital Video Microscopy for Colloidal Studies.</a> Journal of Colloid and Interface Science. 179 (1), 298-310 (1996).</li><li>del Giorgio, P. A., Bird, D. F., Prairie, Y. T., Planas, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow+cytometric+determination+of+bacterial+abundance+in+lake+plankton+with+the+green+nucleic+acid+stain+SYTO+13.">Flow cytometric determination of bacterial abundance in lake plankton with the green nucleic acid stain SYTO 13.</a> Limnology and Oceanography. 41 (4), 783-789 (1996).</li></ol>

在这里，我们提出了两种研究微生物在单细胞和种群层面通过多孔系统的传输方法。虽然使用BTC建模对运输现象的研究为生态系统尺度上病原体或污染物的传播提供了宝贵的见解，但从实验室实验到田间条件的规模扩展方面仍然存在困难。此处描述的工具使研究人员能够实验性地解决空间和时间尺度，以便更好地了解与多孔环境中的运输相关的微生物的生态策略。实验者可以使用或修改这些系统?...

旨在了解微生物通过多孔介质的运输的研究主要受到污染1、疾病2和生物修复3的传播的关注。在这方面，细菌大多在运输模型4中被当作粒子处理，生物膜的过滤、应变、重力沉降或再移动化等过程被确定为微生物5的保留或运输的驱动因素。然而，研究细菌通过多孔景观的运输也可以告诉我们的生态策略，支撑他们成功地在这些复杂的环境中。然而，这需要新的实验和数学模型在单细胞，种群或微生物群落水平运行。
天然多孔环境，如在溪流和河流低血区发现的环境，由不同群落的生膜形成微生物6密集地殖民。生物膜形成结构，改变流动，从而在液体阶段,7，8中运输和分散细菌。以孔隙尺度运输细菌取决于多孔基质中空间有限，而与运动相关的分散可能是通过减少人口较少地区的资源竞争来提高个体 体质的有效方法。另一方面，动体细菌也可以到达多孔基质的更孤立的区域，而对这些地区的扩展探索可能为10个活动种群提供生态机会。在较大的空间尺度上，生物膜的生长也会转移流动路径，也导致（部分）毛孔堵塞，从而形成更通道化和异构的流动条件11。这对营养供应和分散能力、频率和距离有影响。例如，优先流动可以产生所谓的"快速通道"，移动细菌可以达到比沿这些轨道12的局部流动更高的速度。这是增加对新生境探索的有效方法。
各种工具可用于研究多孔介质中移动细菌和非动性细菌（和颗粒）的运输。数字模型具有强大的预测能力，对于应用非常重要，但通常受到固有假设4 的有限限制。实验室规模实验13、14和突破性曲线（BTC）建模为细菌细胞表面特性粘附效率15的重要性提供了重要的见解。13,通常，BTC（即固定位置的粒子浓度时间序列）是通过恒定速率释放和测量实验设备流出时细胞数获得的。在这种情况下，BTC 反映了多孔基质中细菌的对流分散动力学，并且可以通过一个入汇术语来扩展附着。然而，仅对BTC进行建模并不能解决多孔基板或生物膜在运输过程中的空间组织作用。其他宏观观测，如分散性或沉积剖面，已被证明提供了有关空间分布或保留的粒子或生长群落的重要信息。微流体是一种技术，它允许通过显微镜调查9，12，16,12,16研究多孔介质的传输，除了最近的工作10，实验系统通常被限制在一个单一长度的分辨率尺度，即孔隙刻度或整个流体器件尺度。
在这里，我们介绍一套组合方法，研究不同尺度的多孔景观中莫蒂细菌和非动性细菌的运输。通过BTC分析，我们将孔径尺度细菌运输的观测与较大规模的信息相结合。使用聚二甲基硅氧烷 （PDMS） 的软光度印刷制造的微流体器件与生物相容，耐多种化学品，成本低，具有极佳的光学透明度和低自荧光，对微观观察至关重要。基于PDMS的微流体以前曾用于研究简单通道17或更复杂的几何体12 中微生物的传输。然而，通常微流体实验侧重于短期视界，活细胞的荧光显微观察通常仅限于转基因菌株（例如，GFP标记菌株）。在这里，我们介绍的工具，使用基于PDMS的微流体设备，结合显微镜和更大的设备，由聚（甲基甲基丙烯酸酯）（PMMA，也称为有机玻璃）结合流细胞仪，研究细菌运输。PDMS 和 PMMA 在气体渗透性和表面性能方面有所不同，从而为研究细菌运输提供了互补的机会。虽然微流体器件提供了更可控的环境，但较大的设备允许在较长时间内进行实验或使用天然细菌群落。在专用区域中，以高时分辨率进行显微计数用于在基于 PDMS 的微流体器件中获取 BTC。为了从基于PMMA的设备获取BTC建模的细胞计数，我们引入了一个自建的自动液体分配器，结合流式细胞仪。在此设置中，电池通过流体装置，并连续分配到 96 个孔板中。时态分辨率受可精确分配的最小体积的限制，从而通过流体装置的中流速。井中的固定剂可防止生长，并促进下游流-细胞计量枚举的DNA染色。为了防止运输实验期间细菌生长，我们使用最小的中培养液（术语运动缓冲液）。
由于不同尺度的流体器件制备协议是现成的，我们只简要介绍生产此类器件的技术，而只关注记录 BTC 的实验程序。同样，对于微生物的流动细胞学枚举存在各种程序，用户需要专业知识来解释流式细胞学获得的结果。我们报告了微流体器件与显微成像相结合的新用途，以记录荧光标记细胞的BTC。在孔隙尺度上，通过图像处理获得局部速度和轨迹。此外，我们演示了使用基于 PMMA 的流体装置与流-细胞计量计数相结合，以观察由原生流生物膜殖民的多孔环境中的动体和非动性细胞的细菌传输。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>EDTA</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elastomer Sylgard 184</td>
			<td>Dowsil</td>
			<td>101697</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flow cytometer NovoCyte</td>
			<td>Acea</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td>https://www.makeblock.com/project/xy-plotter-robot-kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LB broth</td>
			<td>BD</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liquid dispenser, XY Plotter Robot Kit</td>
			<td>makeblock</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope Axio Imager</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope AxioZoom v16</td>
			<td>Zeiss</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope slides, 75 mm &#215; 25 mm</td>
			<td>Corning</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minipuls 3 peristaltic pump</td>
			<td>Gilson</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plasma bonder Corona SB</td>
			<td>BlackHole Lab</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium phosphate</td>
			<td>Sigma</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump New Era NE 4000</td>
			<td>New Era</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syto 13 Green Fluorescent Nucleic Acid Stain</td>
			<td>Molecular Probes, Invitrogen</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tygon tubing</td>
			<td>Ismatec</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>WF31SA universal milling machine</td>
			<td>Mikron</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

combining fluidic devices with microscopy and flow cytometry to study microbial transport in porous media across spatial scales

了解多孔介质中微生物的传输、分散和沉积是一项复杂的科学任务，包括流体动力学、生态学和环境工程等不同主题。在不同空间尺度的多孔环境中对细菌运输进行建模对于更好地预测细菌运输的后果至关重要，但当前的模型往往无法从实验室到现场条件进行扩展。在这里，我们介绍实验工具，以两个空间尺度研究多孔介质中的细菌运输。这些工具的目的是获得注入透明多孔基质的细菌的宏观可观测（如突破性曲线或沉积剖面）。在小规模（10-1000 μm）下，微流体器件与光学视频显微镜和图像处理相结合，获得突破性曲线，同时在孔隙尺度上跟踪单个细菌细胞。在更大的尺度上，流式细胞仪与自制的机器人分配器相结合，获得突破性曲线。我们演示了这些工具的效用，以更好地了解细菌是如何在复杂的多孔介质中（如溪流的低血区）中运输的。由于这些工具提供跨比例的同步测量，因此它们为基于机制的模型铺平了道路，对于上小范围至关重要。这些工具的应用不仅有助于新型生物修复应用的发展，而且为多孔基材的微生物殖民化生态策略提供了新的阐明。

为了说明所呈现的工作流程的功能，我们使用转基因伪多莫纳斯普蒂达KT2440进行了实验，这是一种对生物修复和生物技术非常重要的克阴性动体细菌。这种表达GP生产的菌株的转基因版本是商用的。一种缺乏相关结构和调节基因的P.putida KT2440非动性菌株也可用。使用同时标记P. putida KT2440 的动量 GFP，我们在 PDMS 微流体器件中进行了连续实验，并随机排?...

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

突破性曲线 （BTC） 是研究多孔介质中细菌运输的高效工具。在这里，我们介绍基于流体器件的工具，结合显微镜和流动细胞测量计数，以获得BTC。

将流体设备与显微镜和流式细胞学相结合，研究跨空间尺度的多孔介质中的微生物传输

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

研究多孔系统中细菌的运输对于污染、疾病传播和生物修复非常重要。对于在单个细胞中操作的数学模型中的这些实验，需要种群和微生物群落水平。在这里，我们介绍使用微流体设备和显微镜研究细菌运输的工具，以及结合流式细胞仪进行大型设备的研究。微流体器件与显微镜和流式细胞学相结合，为研究不同空间尺度的细菌运输现象提供了一系列的可能性。为了充分探讨这一方案，建议在显微镜、基础图像处理、微流体器件设计、掌握流式细胞学方面具有以往的经验。本视频介绍了研究不同空间尺度细菌运输的两种方法。第一种方法，基于微流体器件，依靠显微镜来计算单个细胞。该系统可用于研究从孔隙到整个多孔系统尺度的多个空间尺度的细菌传输。第二种方法，使用更大的流体设备耦合到自动分配器和流式细胞仪，可用于研究细菌运输现象的规模，整个多孔系统。这些方法也可以部署在实验室规模的专栏研究以及小型实地调查中。首先，设计由圆矩阵组成的所需多孔几何体。根据所选几何形状，使用标准 SU-8 光刻法准备模具。在干净的一次性容器中，将 90% 的弹性体添加到 10% 的固化剂中，将 90% 的弹性体添加到 90% 的弹性体中，然后用清洁工具混合两种试剂，从而准备 50 克 PDMS。涂抹 100 毫巴的真空 30 分钟，以去除溶解的气泡和气泡。将模具放入培养皿中，将 PDMS 倒入模具上，达到 2 到 5 毫米之间的所需高度。用盖子盖住培养皿，并在60摄氏度下至少保持4小时。之后，让微流体装置冷却到室温。冷却后，用手术刀小心地取出 PDMS 所需的部分。用胶带暂时密封 PDMS 通道的底部。使用直径为 0.5 毫米的冲孔机，穿透通道，创建入口和出口。从 PDMS 通道上拆下胶带，将通道与多孔侧朝上放置。在室温下，用等离子体处理玻璃滑梯和 PDMS 表面约 45 秒。将预处理的 PDMS 通道放在预处理的玻璃滑轨上，并在 100 摄氏度的高温板上加热 30 分钟，然后从热板中取出微流体装置并将其冷却至室温。吸尘 30 分钟以去除 PDMS 中的空气。要生产包含孔隙的基座，请使用高精度微铣刀从基基 PMMA 层中去除 0.5 毫米，然后铣削尺寸为 1.1 倍 1.1 毫米的凹槽，用于橡胶 O 形环。将两个螺纹孔作为入口和出口钻入流体装置的顶部，并钻出 12 个用于螺钉的孔。这用作流体装置的盖子。清洁流体装置后，使用 12 个螺纹孔将底座和盖子拧在一起。从真空中去除微流体并将其放在显微镜舞台上。使用注射器泵用运动缓冲液饱和。使用 Brightfield 显微镜或相位对比度，调整放大倍率以可视化单个细菌细胞，并专注于观察通道的中心。将光路设置切换到荧光显微镜。通过偏移和相机曝光时间调整对焦，以解决单个细菌细胞。在这种情况下，100 毫秒。接下来，将进气管插入含有细菌悬浮液的两毫升管中。反转泵方向，然后以每分钟一微升的流量开始提取悬架。扫描整个观察通道的横截面，每分钟记录一次图像。将图像导入所需的软件平台。在未记录任何粒子时，将背景记录为第一个图像的平均值。从每个图像中减去背景以消除摄像机噪音和光学畸变。将图像裁剪到感兴趣的区域。确定等于细胞荧光像素强度的阈值，以便大于阈值的值包括细菌细胞。使用图像处理从每张图片中减去阈值。将生成的图像进行双化，以便细菌细胞的值为 1，而背景的值为零。删除区域小于最小细菌细胞大小（以像素为单位）的像素聚类。对二进制图像进行求和，以获取剩余群集的像素总数。将像素数除以细菌细胞的平均大小（以像素为单位）以获取细胞数的估计值。将计数转化为每毫升颗粒中的浓度。要确定注射细菌悬浮液的浓度，用注射器将细菌悬浮液注射到清洁微流体装置的观察通道中。记录图像并计算前图所示的细菌影响浓度。通过利用内向细菌浓度C0对出流细菌浓度C进行标准化，并在C0与时间之间绘制C来可视化突破性曲线。为了分析通过多孔基质传输的细菌的局部速度和轨迹，将显微镜阶段移动到感兴趣的区域，并调整焦点到微流体装置的中心。将光学配置设置为相位对比度或荧光显微镜。记录延时图像和曝光时间足够短，足以捕获细菌位移。在这种情况下，50 毫秒。在足够多的时间内录制图片，例如三分钟。要消除每个图像的杂色，请减去背景，这是所有记录图像之和的平均值。确定数值梯度的模数，并按其最大值将其规范化。将细菌坐标和图像采集时间记录到三列文件中。执行粒子跟踪分析以处理记录的数据并计算轨迹。要获得沉积剖面，请记录之前整个多孔通道的复合图像，即背景，并在注射细菌悬浮液后通过微流体装置。从细菌注射后记录的图像中删除背景。计算沉积轮廓 D 作为细菌荧光信号沿多孔通道 x 长度的横向部分的总和。将沉积轮廓可视化为局部荧光信号与多孔通道长度。要设置自动分配器，请将机器人分配器放在流体装置附近。将机器人分配器连接到运行 BCNC 的计算机，并确定正确的 com 端口。在 BCNC 中，单击主页按钮将机器人分配器返回到主页位置。使用 50 厘米长、一毫米内径管将内侧泵与入口连接，并使用同一管将自动分配器与流出器连接。泵培养介质通过流体装置。注意介质到达固定在机器人分配器上的出口管，并放置一个 96 井板，该板将收集流出。同时，激活机器人分配器，并通过PMMA流体装置以每分钟0.2毫升的流速注射细菌悬浮液。注射相当于几个孔隙体积的细菌悬浮液。例如，流体装置体积的 30 倍。注射后，切换到无菌栽培介质，直到实验结束。完成96井板后，将板盖并储存在4摄氏度，直到流式细胞仪分析。通过流式细胞学分析样品，通过将出流细菌浓度C与流入细菌浓度C0进行标准化，并在C0与时间上绘制C来可视化突破性曲线。在这项研究中，使用动量和非动性伪多莫纳斯pida KT2440，在PDMS微流体器件中进行了连续实验，并随机进行了一系列支柱。此处显示了与注射细胞浓度和孔径的细菌轨迹正常化的突破性曲线。还对从PMMA中碾磨的大型流体装置进行了实验。将动量和非动性伪多孔基质注入有规律的分空多孔基质中。引人注目的是，在无生物膜的多孔环境中，动性和非动性伪多莫纳斯（KT2440）在突破性曲线的基础上表现出明显的不同运输行为。在一个多孔基质与一个复杂的流生物膜群落一起殖民了48小时，这些在运动和非动性伪多莫纳斯（伪莫莫纳斯）之间突破曲线上的差异消失了。我们使用这个系统来研究溪流中的细菌运输，但这些工具可以很容易地调整，以研究其他工程和环境系统中的细菌运输现象。通过水合多孔介质的细菌传输在多个空间尺度上封装过程。此处介绍的方法允许将孔径尺度的细菌局部位移与整个多孔介质的微观传输联系起来。

Research

JoVE Journal

Environment

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This manuscript describes how to prepare fluidic biochips with Rainbow trout gill epithelial (RTgill-W1) cells for use in a field portable water toxicity ...

科研

环境科学

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Implementation of Portable Emissions Measurement Systems PEMS for the Real-driving Emissions RDE Regulation in Europe

便携式排放测量系统（PEMS）在欧洲的真实驾驶排放（RDE）规例的执行情况

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Using Pharmacological Manipulation and High-precision Radio Telemetry to Study the Spatial Cognition in Free-ranging Animals

使用药理操纵和高精度无线电遥测研究空间认知中自由放养的动物

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Microfluidic devices are versatile tools for studying transport processes at a microscopic scale. A demand exists for microfluidic devices that are ...

Characterization of Aquatic Biofilms with Flow Cytometry

流式细胞仪对水生生物膜的表征

Biofilms are dynamic consortia of microorganism that play a key role in freshwater ecosystems. By changing their community structure, biofilms respond ...

Metal Corrosion and the Efficiency of Corrosion Inhibitors in Less Conductive Media

金属腐蚀与腐蚀抑制剂在低导电介质中的效率

Material corrosion can be a limiting factor for different materials in many applications. Thus, it is necessary to better understand corrosion processes, ...

Isolation and Analysis of Microbial Communities in Soil, Rhizosphere, and Roots in Perennial Grass Experiments

多年生草试验中土壤、根际和根系微生物群落的分离与分析

Plant and soil microbiome studies are becoming increasingly important for understanding the roles microorganisms play in agricultural productivity. The ...

Characterizing Microbiome Dynamics &#8211; Flow Cytometry Based Workflows from Pure Cultures to Natural Communities

Characterizing Microbiome Dynamics ÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œ Flow Cytometry Based Workflows from Pure Cultures to Natural Communities

微生物动力学的特征-基于流式细胞仪的工作流从纯文化到自然群落

The investigation of pure cultures and monitoring of microbial community dynamics is vital to understand and control natural ecosystems and technical ...