奇宜 VisiSens A1 氧成像系统 监测微生物耗氧量成像

使用 VisiSens™ A1 进行氧成像可以对微生物培养物内的耗氧量进行二维映射。紧凑的测量系统可用于直接监测培养箱内的代谢活动。例如，研究了琼脂上的大肠杆菌培养物，以证明成像设备能够可视化整个培养表面的氧梯度。结果清楚地显示了氧气梯度如何围绕单一培养物演变，以及氧气水平如何随着时间的推移随着与其他培养物的距离而降低。

图 2：多孔板中的传感器集成：传感器箔片粘在孔的底部（A）；使用 VisiSens™ 检测器单元 (B) 读取的非侵入式传感器的图示。

微生物和细胞/组织培养在生物和医学研究或生物技术中发挥着重要作用并且是重要的工具。了解菌落内细胞和结构的局部代谢活动可能有助于理解和控制复杂的生长过程。栽培控制中的一个关键参数是氧气。氧气消耗或生产可以提供有关培养物代谢状态的有价值的信息。因此，精确的氧气测量系统是必要的。然而，传统的测量技术，例如电极，仅允许单点测量，缺乏关于样品中氧分布的空间信息。即使使用氧气微传感器进行横断面测量也不能*克服这一限制。VisiSens™ A1 系统将平面荧光传感器箔与数码相机技术相结合，现在可以对样品表面的氧气分布进行二维评估。荧光传感器箔片无毒，在测量过程中不消耗氧气。整个区域的信息可以以 µm 分辨率记录，以延长测量周期。使用紧凑型荧光显微镜非接触式读取传感器箔片。它可以很容易地安装在培养箱内，并通过 PC 或笔记本电脑从外部进行控制（图 1）。能够可视化和评估由于代谢和扩散过程引起的氧分压变化，使 VisiSens™ 成为细胞和组织培养监测的理想工具。我们测试了这种测量技术，调查不同植物组织中的氧气分布，并在非植物应用中进行了尝试。在此处描述的实验中大肠杆菌 被用作模型微生物。培养箱内的 VisiSens™ A1 系统监测培养物，并观察单个菌落的耗氧量。

材料与方法

在实验开始和结束时，通过记录亚硫酸钠溶液（0% 空气饱和度）和空气饱和蒸馏水（100%空气饱和度）。大肠杆菌菌落在琼脂板上生长，传感器箔直接放在培养物上。VisiSens™ 检测器单元（DU01，PreSens）安装在培养箱内，并通过笔记本电脑从外部进行控制。使用 VisiSens™ AnalytiCal 1 软件实现了检测器单元控制和后续图像分析。将培养物放入培养箱中培养20分钟后立即开始图像记录；图像以 30 秒的间隔拍摄。

成像大肠杆菌菌落

使用氧传感器进行短期孵育（5-20 分钟）会产生清晰的氧分布图像，其中单个菌落可通过其耗氧量识别（图 3）。菌落位置的氧气浓度在 20 分钟内迅速下降（图 4 + 5）。氧气图像进一步揭示了氧气减少如何取决于与其他菌落的距离（图 4）。在扩散和多个相邻大肠杆菌菌落耗氧的驱动下，培养基内的氧含量也会随着时间而变化（图 6）。

图 3：在琼脂上生长的大肠杆菌菌落的氧气图像；黄色表示高氧，蓝色表示低氧浓度。

图 4：短期孵化期间大肠杆菌菌落的时间序列记录。可以清楚地确定氧气分布随时间的变化和消耗。黄色表示高氧，蓝色表示低氧浓度。

图 5：由耗氧量直接驱动的大肠杆菌菌落部位的氧气发展。使用 VisiSens™ AnalytiCal 1 软件分析的感兴趣区域如左图所示。

图 6：由扩散和几个相邻大肠杆菌菌落的氧气消耗驱动的培养基内的氧气发展。使用 VisiSens™ AnalytiCal 1 软件分析的感兴趣区域如左图所示。

结论

VisiSens™ 能够可视化多孔板或培养皿中的不同位点。应用于微生物培养，可以区分单个菌落的耗氧量。通过可视化样品中的氧气分布及其随时间的变化，可以获得有价值的信息，这些信息可用于监测代谢状态或调节氧气供应，以更好地控制细胞或组织培养中的某些过程。VisiSens™ 的使用促进了呼吸动力学的研究，并将有助于更好地理解许多应用领域，例如酵母中呼吸表型的筛选。