基于时序分辨滴雾微流控的生物膜形成潜在空间定量化
生物物理
2025-07-11 v1
摘要
细菌生物膜在从有害的公共卫生风险到有益的生物修复、生物降解和污水处理等领域发挥着重要作用。然而，对于研究其对环境变化和集体细胞行为的动态响应而言，高分辨率工具仍较少见。为表征和量化生物膜发展，我们提出了一种基于滴雾微流控平台结合图像分析工具的原位研究方法。在该 setup 中，将芽孢杆菌在液体 Lysogeny Broth 滴雾中接种，并在水-油界面上的乳液中检查生物膜形成。细菌被封装在滴雾中，然后被困在 compartments 中，以实现生物膜形成期间的持续光学可视化。每个滴雾形成独特的微环境，通过流控脉压泵以高通量产生，确保单分散性。微流控多投入阀实现了在不影响滴雾产生的情况下快速切换封装条件，实现并列比较。该平台支持荧光显微镜成像和滴雾内容的定量分析，以及动态观察的时间序列亮场显微镜。为处理高通量、复杂数据，我们集成了一个基于变分自编码器 (VAE) 的自动化、无监督图像分析工具。该 AI 驱动的方法高效地在潜在空间中捕获生物膜结构，实现详细的模式识别和分析。我们的结果表明，利用对潜在空间表示应用阈值化和掩模处理，能够准确检测和量化生物膜，从而实现生物膜和聚集体面积的精确测量。
引用
@article{arxiv.2507.07632,
title = {Latent Space-Driven Quantification of Biofilm Formation using Time Resolved Droplet Microfluidics},
author = {Daniela Pérez Guerrero and Jesús Manuel Antúnez Domínguez and Aurélie Vigne and Daniel Midtvedt and Wylie Ahmed and Lisa D. Muiznieks and Giovanni Volpe and Caroline Beck Adiels},
journal= {arXiv preprint arXiv:2507.07632},
year = {2025}
}