检测生物膜形成的方法及其应用和微流控芯片技术

本发明专利技术提供了一种检测生物膜形成的方法及其应用和微流控芯片，涉及生物技术领域，本发明专利技术提供的检测生物膜形成的方法，采用微流控芯片制备出包埋有第一微生物的水凝胶微球，并将其输送至接种有第二微生物的区域内进行共培养，同时监测生物膜形态的变化。能够有效的模拟自然环境中不同种微生物间复杂的相互作用导致生物膜变化的过程，为微生物类药物的开发提供有效手段。本发明专利技术提供的微流控芯片，包括用于制备包埋有第一微生物的水凝胶微球的水凝胶微球制备模块和用于将具有生物膜结构的第二微生物与所述包埋有第一微生物的水凝胶微球进行共培养的生物膜共培养模块。实现不同种微生物的共培养，同时，实时动态的对微生物生物膜形成过程进行检测。

Detection of biofilm formation and its application and microfluidic chip

【技术实现步骤摘要】
检测生物膜形成的方法及其应用和微流控芯片
本专利技术涉及生物
，尤其是涉及一种检测生物膜形成的方法及其应用和微流控芯片。
技术介绍
抗生素的发现和使用是20世纪医药健康领域最伟大的贡献之一，它在减少人类因细菌或病毒感染而带来的发病率和死亡率方面具有卓越的作用。然而，抗生素滥用也为人类带来了新的危机，据统计，截止到2002年每年使用的抗生素的量达到10万-20万吨，自二十世纪四十年代以来，抗生素的总产量超过了100万吨，这极大程度上促使了大量多药耐药的“超级细菌”的出现，宣告着人类已经正式进入了“后抗生素”时代。多种因素都会影响到病原菌的耐药性，其中包括抗生素修饰酶的表达(如氨基糖苷类修饰酶、β-内酰胺酶等)，抗生素外排泵的作用，细胞膜通透性改变等。生物膜形成是影响细菌耐药性的最主要机制之一。细菌生物膜的形成，可以使细菌逃逸抗生素的杀伤作用和机体免疫系统的清除，是临床上致病菌反复感染的重要原因。治疗多药耐药病原菌感染是临床上亟需解决的科学难题，而益生菌不但可以调节宿主体内的微生态平衡，而且益生菌所分泌的各种活性因子，可以扰乱、减缓细菌耐药性的产生和扩散，是一种极具前景的可以部分或完全替代抗生素治疗多药耐药病原菌感染的“绿色疗法”。最新的研究表明，益生菌的培养上清可以抑制病原菌生物膜的形成。但是，现有的针对益生菌与病原菌相互作用的研究，绝大多数都是通过改变单一微生物的培养环境，导致无法很好的模拟自然环境中两种微生物间复杂的相互作用导致生物膜变化的过程。由于缺少合适的方法在实现益生菌与病原菌共培养的同时，可以对病原菌生物膜的形成过程进行实时观测，导致针对益生菌如何影响病原菌生物膜形成过程机制不明。而少数利用共培养方式研究益生菌与病原菌的相互作用是通过直接共混的方式实现的，但是这种方式培养过程不可控，并且培养结束后无法对两种微生物进行单独分离，不利于后续研究的开展。因此，开发一种能够实时检测两种微生物共培养过程中生物膜的变化的方法十分必要。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的在于提供一种检测生物膜形成的方法，以缓解现有技术中存在的缺少通过对生物膜的动态监测的手段，从而无法阐明不同种微生物相互作用对生物膜形成的影响机制的技术问题。本专利技术的第二个目的在于提供一种微流控芯片，以缓解现有技术中存在的缺少合适的微流控芯片作为工具，以实现益生菌与病原菌共培养的同时，实时动态的对病原菌生物膜形成过程进行检测的技术问题。本专利技术的第三个目的在于提供上述的检测生物膜形成的方法在检测益生菌影响病原菌生物膜形成中的应用。本专利技术提供了一种检测生物膜形成的方法，包括：采用微流控芯片制备出包埋有第一微生物的水凝胶微球，并将制备出的包埋有第一微生物的水凝胶微球输送至所述微流控芯片中接种有第二微生物的区域内，进行共培养，同时监测生物膜形态的变化；其中，所述第二微生物形成有生物膜结构。进一步地，所述第一微生物为益体微生物，所述第二微生物为病原微生物；优选地，所述益体微生物为益生菌，所述病原微生物为病原菌；优选地，所述第二微生物的接种密度为102-106CFU/mL。进一步地，所述包埋有第一微生物的水凝胶微球通过乳化内部凝胶化反应制备得到。进一步地，包埋有第一微生物的水凝胶微球的制备方法包括以下步骤：在微流控芯片中将第一微生物混悬在水相中，水相与油相混合形成油包水微液滴，微液滴在凝胶引发剂的作用下引发内部凝胶化反应，形成所述包埋有第一微生物的水凝胶微球；优选地，所述水相为分散有难溶钙盐的高分子溶液；优选地，所述高分子溶液的浓度为0.1-5g/L；难溶钙盐在高分子溶液中的浓度为1-50g/L；优选地，所述高分子为海藻酸钠、果胶、明胶、琼脂或透明质酸中的一种或几种；优选地，第一微生物在水相中的浓度为104-109CFU/mL；优选地，所述油相包括液体石蜡、橄榄油或葡萄籽油中的一种或几种；优选地，所述油相中含有表面活性剂；优选地，所述表面活性剂的加入量为1-5％(v/v)；优选地，所述表面活性剂为吐温80、吐温20或司盘80中的一种或几种；优选地，在油相中加入0.01-0.5％(v/v)的凝胶引发剂；优选地，凝胶引发剂为冰醋酸；优选地，水相与油相在微流控芯片中的流速为0.01-1mL/min。进一步地，所述接种有第二微生物的区域为生物膜共培养室，生物膜共培养室内通入有培养基；优选地，将制备出的包埋有第一微生物的水凝胶微球输送至微流控芯片中接种有第二微生物的生物膜共培养室内共培养2-12h。进一步地，所述生物膜带有荧光标记，根据所述荧光标记测定荧光值来实时监测所述生物膜的变化。本专利技术还提供了一种实现上述的检测生物膜形成的方法的微流控芯片，所述微流控芯片包括：水凝胶微球制备模块和生物膜共培养模块；所述水凝胶微球制备模块用于制备包埋有第一微生物的水凝胶微球；所述生物膜共培养模块用于共培养第二微生物与所述包埋有第一微生物的水凝胶微球；所述水凝胶微球制备模块与所述生物膜共培养模块相连通；优选地，所述水凝胶微球制备模块与所述生物膜共培养模块通过微流控通道相连通；优选地，生物膜共培养模块的体积为100-10000mm3。进一步地，所述水凝胶微球制备模块包括水相模块和油相模块；所述水相模块包括水相进口，所述油相模块包括油相进口，所述水相进口、油相进口和微流控通道互相连通。进一步地，所述生物膜共培养模块设有通孔，用于加入第二微生物和/或输出共培养后的包埋有第一微生物的水凝胶微球和第二微生物。另外，本专利技术还提供了上述的检测生物膜形成的方法在检测益生菌影响病原菌生物膜形成中的应用。本专利技术提供的检测生物膜形成的方法，采用微流控芯片制备出包埋有第一微生物的水凝胶微球，并将制备出的包埋有第一微生物的水凝胶微球输送至微流控芯片中接种有形成有生物膜结构的第二微生物的区域内，进行共培养，同时监测生物膜形态的变化。通过水凝胶微球包封技术将微生物包封于水凝胶微球中，并将包埋有微生物的微球与形成有生物膜的不同种微生物在生物膜共培养模块中混合进行共培养，能够有效的模拟自然环境中不同种微生物间复杂的相互作用导致生物膜变化的过程，为微生物类药物的开发提供有效手段。并且，在共培养结束后还能够将不同种微生物进行单独分离。利用微流控技术能够实现流速、培养条件、微生物密度等参数可控，以达到根据应用的微生物种类不同即时调整各参数的目的，使实验结果更准确。本专利技术提供的微流控芯片，包括用于制备包埋有第一微生物的水凝胶微球的水凝胶微球制备模块和用于共培养具有生物膜结构的第二微生物与所述包埋有第一微生物的水凝胶微球的生物膜共培养模块。通过该微流控芯片能够构建不同种微生物的共培养体系，并且设有的生物膜共培养模块有利于第二微生物形成稳定的生物膜结构。该芯片通过水凝胶微球制备模块与生物膜共培养模块相连通，能够将制备好的包埋有第一微生物的水凝胶微球输送至接种有第二微生物的共培养模块内，实现不同种微生物的共培养，同时，实时动态的对病原菌生物膜形成过程进行检测。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种检测生物膜形成的方法，其特征在于，包括：采用微流控芯片制备出包埋有第一微生物的水凝胶微球，并将制备出的包埋有第一微生物的水凝胶微球输送至所述微流控芯片中接种有第二微生物的区域内，进行共培养，同时监测生物膜形态的变化；其中，所述第二微生物形成有生物膜结构。

【技术特征摘要】
1.一种检测生物膜形成的方法，其特征在于，包括：采用微流控芯片制备出包埋有第一微生物的水凝胶微球，并将制备出的包埋有第一微生物的水凝胶微球输送至所述微流控芯片中接种有第二微生物的区域内，进行共培养，同时监测生物膜形态的变化；其中，所述第二微生物形成有生物膜结构。2.根据权利要求1所述的检测生物膜形成的方法，其特征在于，所述第一微生物为益体微生物，所述第二微生物为病原微生物；优选地，所述益体微生物为益生菌，所述病原微生物为病原菌；优选地，所述第二微生物的接种密度为102-106CFU/mL。3.根据权利要求1或2所述的检测生物膜形成的方法，其特征在于，所述包埋有第一微生物的水凝胶微球通过乳化内部凝胶化反应制备得到。4.根据权利要求3所述的检测生物膜形成的方法，其特征在于，包埋有第一微生物的水凝胶微球的制备方法包括以下步骤：在微流控芯片中将第一微生物混悬在水相中，水相与油相混合形成油包水微液滴，微液滴在凝胶引发剂的作用下引发内部凝胶化反应，形成所述包埋有第一微生物的水凝胶微球；优选地，所述水相为分散有难溶钙盐的高分子溶液；优选地，所述高分子溶液的浓度为0.1-5g/L；难溶钙盐在高分子溶液中的浓度为1-50g/L；优选地，所述高分子为海藻酸钠、果胶、明胶、琼脂或透明质酸中的一种或几种；优选地，第一微生物在水相中的浓度为104-109CFU/mL，；优选地，所述油相包括液体石蜡、橄榄油或葡萄籽油中的一种或几种；优选地，所述油相中含有表面活性剂；优选地，所述表面活性剂的加入量为1-5％(v/v)；优选地，所述表面活性剂为吐温80、吐温20或司盘80中的一种或几种；优选地，在油相中加入0.01-0.5％...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄术强，高梦，傅雄飞，刘陈立，温羚玲，白阳，陈苑，何彩云，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44