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液滴微流控(八):如何保证液滴的稳定性
点击次数:1465 发布日期:2020-5-12  来源:本站 仅供参考,谢绝转载,否则责任自负
液滴,因其微型化及高通量的特性,已成为一种用于微生物培养的有力工具,但在液滴中进行微生物的长期培养时,微生物的生长(生长速度及形态)及其分泌的各种代谢物,均会对液滴的稳定性造成一定的影响,可能会出现液滴“破裂”或者液滴互相融合现象,此外,部分微生物的生长对微环境特别敏感,液滴失去稳定性,便意味着我们很有可能获取到不准确的实验数据。因此,在液滴制备中,我们需要对液滴进行“加固”,常见的一种办法是加入表面活性剂,一方面它对多种微生物的具有良好生物相容性,另一方面它能为液滴提供良好的稳定性。
本文通过对比3种不同浓度下的3类表面活性剂的液滴细菌培养实验,以液滴稳定性和液滴包裹率来评估3种表面活性剂的性能。
 
试剂与方法
在Novec HFE7500电子氟化液(3M)中加入dSurf表面活性剂(记为实验组1)和另外两种市场已有表面活性剂(分别记为对比组1和对比组2),以作为液滴中的连续相(油相),所加入表面活性剂浓度分别为0.5%、2%和5%(w/w)。
实验过程简述:从健康志愿者皮肤上采集微生物群落(非单一菌株),以用于制备液滴,使用压力泵(Fluigent,Flow EZ)作为压力源,在PDMS液滴芯片上,以7-10kHz的速率,生成体积为20pl的液滴,并将液滴收集在37℃的容器中进行孵育,不直接暴露在空气中。在孵育时间的第0、1、3和7天时,取显微镜下的液滴成像图片,以进行液滴观察。
 
液滴稳定性对比
在液滴刚开始生成时,3种不同浓度的表面活性剂均能立即稳定液滴,看不出差异。
上图中,左、中、右三图分别为使用实验组1、对比组1和对比组2三种表面活性剂的液滴生成图。A、B、C分别表示表面活性剂的浓度为0.5%、2%和5%。
在对微生物培养的第0,1,3和7天,观察使用3种表面活性剂在不同浓度下所制备的液滴,获取数据见下。
1.下图为实验组1的液滴孵育状况:在表面活性剂浓度为0.5%时,1天后,便可观察到液滴存在融合“变大”的迹象,而在浓度为2%和5%时,培养7天后,液滴大小依旧保持均一,部分液滴颜色加深(微生物培养成功),表明液滴稳定性良好。
2.下图为对比组1的液滴孵育状况:在表面活性剂浓度为0.5%时,液滴的融合“变大”情况比较明显;当浓度为2%时,能观察到部分液滴的融合“变大”;当浓度为5%时,培养7天后,液滴大小均一,部分液滴颜色加深(微生物培养成功),表明液滴稳定性良好。
3.下图为对比组2的液滴孵育状况:在浓度为0.5%时,明显可观察到液滴的融合“变大”现象;当浓度为2%时,仅出现少量液滴融合“变大”现象;当浓度为5%时,7天培养中,液滴大小均一,部分液滴颜色加深(微生物培养成功),表明液滴稳定性良好。
液滴包裹率对比
对液滴中微生物培养1天后,开始观察液滴中的微生物情况,将含有3个以上细胞的液滴记做“已包裹液滴”,每次分析至少分析1000个液滴,将得到的液滴包裹率数据整理为下图。
上图中,可观察到使用dSruf表面活性剂制备的液滴,液滴包裹率最高,在对液滴中微生物培养7天后,包裹率仍在30%以上。对比组1包裹率最低,尤其当对比组1中所用表面活性剂浓度为0.5%时,液滴乳化失败,微生物培养失败,包裹率为0。
 
结论
油包水型液滴中,水相中的疏水化合物及微生物的生长,正是液滴微生物培养所面临的挑战,使用表面活性剂,可明显增强液滴稳定性。
本文数据表明,dSurf表面活性剂在液滴稳定性上略胜一筹,其2%浓度的效果相当于对比组5%的效果,同时使用dSurf时,细胞包裹率最高,这可能意味着dSurf具有更好的生物相容性。
 
来源:北京燕京电子有限公司
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