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Machine-assisted cultivation and analysis of biofilms

Hansen, Silla H. 1; Kabbeck, Tobias 2; Radtke, Carsten P. 3; Krause, Susanne 2; Krolitzki, Eva 3; Peschke, Theo 1; Gasmi, Jannis 1; Rabe, Kersten S. ORCID iD icon 1; Wagner, Michael 4,5; Horn, Harald 4,5; Hubbuch, Jürgen ORCID iD icon 3; Gescher, Johannes 1,2; Niemeyer, Christof M. ORCID iD icon 1
1 Institut für Biologische Grenzflächen (IBG), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
2 Institut für Angewandte Biowissenschaften (IAB), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
3 Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik (BLT), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
4 Engler-Bunte-Institut (EBI), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
5 Institut für Technische Chemie und Polymerchemie (ITCP), Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Abstract:

Biofilms are the natural form of life of the majority of microorganisms. These multispecies consortia are intensively studied not only for their effects on health and environment but also because they have an enormous potential as tools for biotechnological processes. Further exploration and exploitation of these complex systems will benefit from technical solutions that enable integrated, machine-assisted cultivation and analysis. We here introduce a microfluidic platform, where readily available microfluidic chips are connected by automated liquid handling with analysis instrumentation, such as fluorescence detection, microscopy, chromatography and optical coherence tomography. The system is operable under oxic and anoxic conditions, allowing for different gases and nutrients as feeding sources and it offers high spatiotemporal resolution in the analysis of metabolites and biofilm composition. We demonstrate the platform’s performance by monitoring the productivity of biofilms as well as the spatial organization of two bacterial species in a co-culture, which is driven by chemical gradients along the microfluidic channel.


Verlagsausgabe §
DOI: 10.5445/IR/1000096186
Veröffentlicht am 04.07.2019
Originalveröffentlichung
DOI: 10.1038/s41598-019-45414-6
Scopus
Zitationen: 20
Web of Science
Zitationen: 16
Dimensions
Zitationen: 24
Cover der Publikation
Zugehörige Institution(en) am KIT Engler-Bunte-Institut (EBI)
Institut für Angewandte Biowissenschaften (IAB)
Institut für Biologische Grenzflächen (IBG)
Institut für Bio- und Lebensmitteltechnik (BLT)
KIT-Zentrum Klima und Umwelt (ZKU)
Publikationstyp Zeitschriftenaufsatz
Publikationsmonat/-jahr 12.2019
Sprache Englisch
Identifikator ISSN: 2045-2322
KITopen-ID: 1000096186
HGF-Programm 47.02.01 (POF III, LK 01) Zellpopul.auf Biofunk.Oberflächen IBG-1
Erschienen in Scientific reports
Verlag Nature Research
Band 9
Heft 1
Seiten Article: 8933
Bemerkung zur Veröffentlichung Gefördert durch den KIT-Publikationsfonds
Vorab online veröffentlicht am 20.06.2019
Nachgewiesen in Web of Science
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