静的な線形勾配を生成するための3チャンネルのマイクロ流体デバイスと、細菌の走化性の定量分析へのその応用

マイクロ流体チャネル内で線形濃度勾配を生成できるプロトタイプ3チャンネルマイクロ流体チップを開発しました。線形化学勾配は、チャネルの側壁にある多孔質膜を介して化学物質を拡散させることで確立され、細胞が存在するチャネルに透けて流れることなく確立できます。その結果、中心チャネル内の細胞の動きは、細胞の走流の流れの変動によってではなく、細胞のみによって引き起こされます。このマイクロ流体化学線形勾配ジェネレーターの利点は、（i）静的化学勾配を生成する能力、（ii）迅速な実装、および（iii）非常に並列サンプル処理の可能性です。このデバイスを使用して、WildType Escherichia coli株RP437は、誘引剤（L-アスレーオ類など）から離れ、運動性または化学軸がないRP437の誘導体（グリセロールなど）から離れることが観察されました。分布。さらに、このアッセイを使用して蛍光イメージング技術を使用して走化性の程度を簡単に定量化することができ、走化性分配係数（CPC）および走化性移動係数（CMC）の推定を可能にします。最後に、このアプローチを使用して、自己誘導因子-2を介したクォーラムセンシングが化学誘引物質L-アスパ酸塩に反応して、化学軸がこの細胞セル通信モードから隔離されていることを示唆する野生型細胞と区別できない方法で、化学誘引物質L-アスパラギン酸に反応することを実証します。

We have developed a prototype three-channel microfluidic chip that is capable of generating a linear concentration gradient within a microfluidic channel and is useful in the study of bacterial chemotaxis. The linear chemical gradient is established by diffusing a chemical through a porous membrane located in the side wall of the channel and can be established without through-flow in the channel where cells reside. As a result, movement of the cells in the center channel is caused solely by the cells chemotactic response and not by variations in fluid flow. The advantages of this microfluidic chemical linear gradient generator are (i) its ability to produce a static chemical gradient, (ii) its rapid implementation, and (iii) its potential for highly parallel sample processing. Using this device, wildtype Escherichia coli strain RP437 was observed to move towards an attractant (e.g., l-asparate) and away from a repellent (e.g., glycerol) while derivatives of RP437 that were incapable of motility or chemotaxis showed no bias of the bacteria's distribution. Additionally, the degree of chemotaxis could be easily quantified using this assay in conjunction with fluorescence imaging techniques, allowing for estimation of the chemotactic partition coefficient (CPC) and the chemotactic migration coefficient (CMC). Finally, using this approach we demonstrate that E. coli deficient in autoinducer-2-mediated quorum sensing respond to the chemoattractant l-aspartate in a manner that is indistinguishable from wildtype cells suggesting that chemotaxis is insulated from this mode of cell-cell communication.