CN104928148A - 一种适合原子力显微镜原位检测细菌生物膜培养新装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于原子力显微镜原位、高通量检测生物膜微纳米结构及生物力学特性的细菌生物膜培养新装置。生物膜在污水处理领域有广泛应用，在处理过程中流体剪切力会影响细菌的生理特性，但现有的生物膜培养装置无法满足原子力显微镜实时、原位检测的需求。本发明结合微流控技术和原子力显微镜特点，设计一种培养部分包括培养基底、培养小室和盖板三部分(在一个培养基底上集成8各检测小室)的装置，可嵌入原子力显微镜检测平台，模拟污水处理系统并原位检测细菌生物膜微纳米结构和生物力学特性。装置材料为聚碳酸酯，可高温灭菌，重复使用，经济环保。多个检测样品集成在一起，减少原子力显微镜检测的时间，具有高通量的特点。

Description

一种适合原子力显微镜原位检测细菌生物膜培养新装置

技术领域

本发明涉及一种适用于原子力显微镜原位、高通量检测污水处理条件下生物膜微纳结构及生物力学特性的细菌生物膜培养新装置。

背景技术

细菌生物膜是细菌细胞相互粘附并附着在物体表面的微生物群体，细菌通常包埋在自分泌的胞外聚合物(包括DNA，蛋白质和多糖)中，广泛存在于含水物体(包括工业管道、医疗器械及生物组织)表面。

生物膜被大量用于污水处理领域，污水处理过程中生物膜表面微纳米结构以及生物力学特性的研究具有重要意义。细菌在生物膜和游离态生长时表现截然不同的理化性质，目前已有多种生物膜原位实时检测的培养装置，包括流化室、微孔板等。原子力显微镜可以实时、原位检测生物膜的微纳米表面结构和力学特性，但现有的培养装置不适合用于原子力显微镜的实时、原位检测。只能在流化室或者微孔板中放入培养基底材料，待进行其它检测后将长有生物膜的基底材料取出进行原子力显微镜的观察，无法原位对生物膜的特性进行表征。同时，采用原子力显微镜观察时，每次更换样品需要耗费0.5-1h的时间(包括卸载和加载原子力控制系统、参数调整等)，因此如果将多个检测样品集成在同一个检测平台，可以大幅度降低操作的时间和难度。

综述所述，急需一种可满足在原子力显微镜下实时、原位、高通量检测的生物膜培养装置。

微流控技术是一种精确控制和操控微尺度流体的技术。微小的体积低能量消耗装置本身占用体积小，在DNA芯片，芯片实验室，微进样技术，微热力学技术得到了发展。采用微流控技术可以模拟生物膜污水处理过程，并且培养单元体积小，便于集成到原子力显微镜检测系统。

本发明结合原子力显微镜装置特点和微流控技术，设计一种生物膜培养装置，适合用于原子力显微镜原位、高通量检测生物膜的微纳米结构及其生物力学特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适合原子力显微镜原位、高通量检测的污水处理细菌生物膜培养新装置，可利用原子力显微镜进行实时、原位检测污水处理过程中生物膜的微纳米结构及其生物力学特性。

为达上述目的，本发明采用了如下技术方案：

细菌生物膜培养的装置包括污水罐、培养单元、回收罐和流体控制系统，其中培养单元包括培养基底、培养小室和盖板组成，材料为聚碳酸酯(PC)。LB培养基由主管道分别通向8个培养小室中，然后由另一端放出。

本发明的效果和益处是可模拟污水处理系统，且满足在原位、快速检测生物膜微纳米结构和生物力学特性：解决了传统检测时需在培养装置中放入培养基底材料，将长有生物膜的基底材料取出进行原子力显微镜的观察，而无法原位的对生物膜的微纳米结构和生物力学特性进行表征的问题，同时多个样品高度集成，节省更换样品浪费的大量时间。

同时，本发明采用PC材料，利用其生物相容性，可使微生物良好生长繁殖，并且PC材料具有较强的耐高温性能，可循环使用，经济环保。本发明将8个培养小室通过微流控系统连接起来，调节水流速度进行生物膜培养，一次可以同时进行多个组别的实验。

本发明结构简单，实用性强，与其他生物膜原位实时检测的培养装置相比，可直接利用于原子力显微镜的实时、原位检测。

本发明污水池、回收池容积均为1L。

本发明培养小室的大小为φ10mm，高度2mm。

本发明培养基底的大小为76×25mm。

本发明所用AFM探头基座的直径为8mm。

本发明中流体控制系统(各培养小室之间管道以及和外围容器相连管道)的直径大小为φ1.5mm。

本发明的盖板为长78mm，宽27mm，高8mm。

本发明水泵功率为3W。

本发明流速为1mL/min。

本装置的材料为PC材质，可以采用121℃进行高温灭菌，保证了培养的顺利进行，还可以重复使用，经济环保。

附图说明

图1：载玻片上固定PC环位置及反应流程示意图

1—污水罐；2—水泵；3—螺丝槽；4—PC环；5—基底；6—流体控制系统；7—回收罐

图2：盖板示意图

1—螺丝孔；2—盖板

具体实施方式

采用本发明装置检测生物膜的微纳米结构和生物力学特性：

(1)采用高温(121℃)对培养小室和盖板分别进行灭菌；

(2)将细菌按照1％接种量加入装有LB液体培养基的试管中，37℃、160rpm振荡培养12h。

(3)12000rpm离心收集细菌，采用PBS重悬后，将OD值调整为0.8，分别取10μL的菌悬液和140μL LB培养基，吹打使之混合均匀后加入不同培养小室，盖上盖板后用螺丝拧紧。

(4)37℃静置培养24h后，将生物膜培养装置接上灌流系统，将培养小室放入AFM检测平台，启动灌流系统，采用不同浓度的药物对生物膜进行处理。

(5)12h后，取下盖板，原位、高通量的对生物膜的微纳米结构和生物力学特性进行检测。

Claims (5)

1.一种适合原子力显微镜原位检测系技能生物膜微纳米结构以及生物力学特性的培养装置。

2.权利要求1所述的培养装置包括污水灌，生物膜培养单元和回收灌，可以模拟污水处理系统，其中生物膜培养单元可集成入原子力显微镜的检测平台，可以对生物膜的微纳米结构和生物力学特性进行检测。

3.权利要求1所述的培养装置采用聚碳酸酯材料，便于高温灭菌，可以重复使用。

4.权利要求2所述的生物膜培养单元包括培养基底、培养小室和盖板三部分。

5.权利要求4所述的基底的大小为76×25mm；培养小室的内径10mm，高度2mm；盖板为长78mm，宽27mm，高8mm；流体控制系统(各培养小室之间管道以及和外围容器相连管道)的内径为1.5mm。