[发明专利]一种微生物与固体表面相互作用的原位表征装置及表征方法

说明书

本发明涉及一种微生物与固体表面相互作用的原位表征装置及表征方法，属于显微学、微生物学与材料学交叉技术领域。本发明的原位表征装置，包括控温热台、微生物培养池、玻璃基底、固体表面材料、倒置显微镜、图像传感器和上位机。该原位表征装置搭建便捷、操作简单、适用范围广，结合本发明的原位表征方法，实现了无需对微生物进行标记的情况下，在倒置显微镜明场中对微生物与固体表面相互作用的原位、实时、长时间观测，可有效用于微生物在固体表面的粘附动力学及增殖行为研究。

技术领域

本发明属于显微学、微生物学与材料学交叉技术领域，具体涉及一种微生物与固体表面相互作用的原位表征装置及表征方法。

背景技术

微生物无处不在，与人类息息相关。有益微生物系统的存在，不仅决定着人体的健康情况(如肠道菌群)，且在废水处理、金属回收、精细化学品制备等方面发挥着其他物质所不能替代的重要作用。然而，在给人类生产生活带来便利的同时，微生物在食品包装、船舶运输、生物材料、植入器械等表面滋生所产生的高能耗等问题，也给人类带来了沉重的经济负担，甚至直接威胁人类的生命安全(如2003年SARS病毒及2019年底新冠病毒的传播)。不管是有益微生物还是有害微生物，都倾向于在固体表面粘附及增殖，因此，研究微生物与固体表面的相互作用具有重要的理论及实际意义。

现有技术中，用于表征微生物与固体表面相互作用的设备主要有扫描电子显微镜、原子力显微镜、荧光显微镜、激光扫描共聚焦显微镜、石英晶体微天平等。其中，扫描电子显微镜分辨率高，放大倍数高，景深大，可以清晰地观察到细菌和固体表面(ColloidsSurfaces B Biointerfaces[J],2015,135:549-555)，但该方法需要对微生物样品进行脱水固定处理，然后在电子显微镜下观察固体表面上固定后的微生物形态，也就是说，该方法只是对二者相互作用的最终结果进行表征，无法实现实时跟踪。原子力显微镜主要用于微生物超高分辨率表面形貌的获得及微生物表面粘附力的定量表征等(Nat.Commun.[J],2010,1:26)，无法观察微生物在表面的运动表型。荧光显微镜(ACS Applied MaterialsInterfaces[J],2018,10(11):9225–9234)和激光扫描共聚焦显微镜(Biofouling[J],2014,30(9-10):1023-1033.)可以对微生物进行实时观测，尤其是激光扫描共聚焦显微镜，它在荧光显微镜的基础上增加了激光扫描装置，采用了共轭聚焦原理和装置，再配合焦点稳定系统可以实现数小时活细胞的动态观察。然而，这两种方法都需要荧光蛋白标记，因此存在光毒性对微生物活性的影响、光淬灭无法长时间观测等问题，另外，荧光模式下，无法同时在镜头下观察到微生物和表面图案。石英晶体微天平灵敏度可达纳克级别，可以灵敏地检测到微生物的粘附、脱附行为，但它反映的是一个整体的状态，无法对微生物个体的实时运动行为进行观察(AppliedEnvironmental Microbiology[J],2005, 71(5):2705-2712.)。

针对现有技术缺陷，开发一种操作简便、可实时观测微生物与固体表面相互作用的原位表征装置及表征方法很有必要。

发明内容

本发明为解决现有技术中的技术问题，提供一种微生物与固体表面相互作用的原位表征装置及表征方法。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

本发明的微生物与固体表面相互作用的原位表征装置，包括控温热台，控温热台为顶端开口的容器，且顶端开口处设有控温热台盖，控温热台盖的材料为透明材料，控温热台的内壁的底面上设有通孔；

该原位表征装置还包括，微生物培养池、玻璃基底、固体表面材料、倒置显微镜、图像传感器和上位机；

所述微生物培养池为两端开口的容器，底端固定在控温热台的内壁的底面上，顶端开口处设有微生物培养池盖，微生物培养池的内壁的下部设有环形挡板，环形挡板的外边缘沿微生物培养池的内壁固定；微生物培养池和微生物培养池盖的材料均为透明材料；