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液滴微流控(四):在液滴中培养大肠杆菌

液滴微流控(四):在液滴中培养大肠杆菌

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液滴微流控(四):在液滴中培养大肠杆菌

已有研究表明,使用氟化油进行油包水液滴制备,可用于长期细胞培养[1],相较矿物油,氟化油表现出更好的生物相容性[2],但要找到一种稳定液滴的表面活性剂,仍是一个挑战。本研究的目的是:通过在液滴中培养大肠杆菌(Escherichia coli),说明新型表面活性剂dSURF的生物相容性及液滴稳定表现。

此研究由Dr Oksana Shvydkiv在其实验室(Leibniz Institute for Natural Product Research and Infection Biology. )完成。

材料及设备

 

1. 连续相试剂:含百分之0.5百分之3dSURFFluigent)氟化液Novec HFE-7500Sigma Aldrich)。

 

2.分散相试剂:500μl OD600值为0.0055 x 106 CFU/ml)或0.0110 x 107 CFU/ml)的大肠杆菌悬浮液ECJW922。(CFUcolony forming unit,菌落形成单位;ODOptical Density,光密度

 

3.液滴制备解决方案:液滴PDMS芯片由研究者自行设计,液滴制备解决方案为Fluigent所提供的液滴制备系统(见下图),主要部件包含压力泵FLOW EZ(压力泵流量控制稳定)、流量传感器。

实验过程简述:压力泵FLOW EZ将试剂泵至液滴芯片,以生成液滴;PCAIO软件监测并控制流量,以达到合适的液滴大小及生成频率。

 

 液滴监测

为监测液滴的稳定性并观察大肠杆菌的生长状况,将液滴转移至微流控芯片观察室,于倒置显微镜(Axio Observer Z1, Zeiss)上进行观察,所用物镜放大倍数为10倍,使用PCO相机在开始培养的2小时,4小时和20小时后进行图像采集。

 

培养结果

使用OD600=0.005大肠杆菌悬浮液,百分之0.5dSURF表面活性剂,在37℃温度下的培养结果:

 

A)培养4h后的明场液滴图像;(B)培养20h后的明场液滴图像

C)培养4h后的暗视液滴图像;(D)培养20h后的暗视液滴图像

观察上图,可明显观察到稳定的单分散液滴,含大肠杆菌的液滴数量占比为百分之46±0.8 ,理论计算值为百分之54(液滴尺寸为67.3μm160pL)。它们之间的差异可以解释为实验过程中出现的一些小误差,如吸取试剂不准确。

 

 

使用OD600=0.01大肠杆菌悬浮液,百分之0.5dSURF表面活性剂,在37℃温度下的培养结果:

 

A)培养4h后的明场液滴图像;(B)培养20h后的明场液滴图像

C)培养4h后的暗视液滴图像;(D)培养20h后的暗视液滴图像

于上图可明显观察到稳定的单分散液滴,含大肠杆菌的液滴数量占比为百分之89±1 ,理论计算值为百分之86(液滴尺寸为72.4μm200pL)。

 

 

使用OD600=0.005大肠杆菌悬浮液,百分之3 dSURF表面活性剂,在28℃温度下的培养结果:

 

A)培养4h后的明场液滴图像;(B)培养20h后的明场液滴图像

C)培养4h后的暗视液滴图像;(D)培养20h后的暗视液滴图像

由上图可明显观察到稳定的单分散液滴,含大肠杆菌的液滴数量占比为百分之63±1.1 ,理论计算值为百分之63(液滴尺寸为72.4μm200pL)。

 

结论

根据上述观察到的大肠杆菌培养结果,表明dSURF表面活性剂在浓度为百分之0.53的情况下具有良好的生物相容性,对于常规应用,使用百分之0.5浓度的dSURF即可,成本较百分之3浓度dSURF更低。在大肠杆菌培养20小时后,液滴表现出的良好的稳定性,表明dSURF表面活性剂可用于长时间液滴实验。

 

参考文献:

[1]. C. H. J. Schmitz, A. C. Rowat, S. Koester and D. A. Weitz, Dropspots: a picoliter array in a microuidic device, Lab Chip, 2009, 9, 4449.

[2]. Lee JN, Park C, Whitesides GM. Solvent compatibility of poly(dimethylsiloxane)-based microuidic devices. Anal Chem 2003, 75:6544-54.

 

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