Zusammenfassung - Latente-Raum-gesteuerte Quantifizierung der Biofilm-Bildung mittels zeitrafferbasierter Tropfen-Mikrofludik (Note: The translation has been adapted to fit the German scientific terminology and syntax.)

Latente-Raum-gesteuerte Quantifizierung der Biofilm-Bildung mittels zeitrafferbasierter Tropfen-Mikrofludik (Note: The translation has been adapted to fit the German scientific terminology and syntax.)

2025-07-10 11:00:08

{"Daniela Pérez Guerrero","Jesús Manuel Antúnez Domínguez","Aurélie Vigne","Daniel Midtvedt","Wylie Ahmed","Lisa D. Muiznieks","Giovanni Volpe","Caroline Beck Adiels"}

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Diese Forschungsarbeit stellt eine neue Tröpfchen-basierte Mikrofludik-Plattform zur in-situ-Untersuchung der Bakterienbiofilmbildung vor. Die Plattform generiert monodisperse Tröpfchen, die Bakterien enthalten und die anschließend in Kammern zur kontinuierlichen optischen Zugänglichkeit während des gesamten Biofilmbildungsprozesses gefangen werden. Die Tröpfchen fungieren als Mini-Kulturen, was die Durchführung von Hochdurchsatz-Imaging und -Analyse der geschlossenen Mikro-Umgebungen ermöglicht. Die Plattform ist mit verschiedenen Mikroskopieverfahren kompatibel, einschließlich Fluoreszenz- und Streulichtmikroskopie, und ist an verschiedene Experimente anpassbar, basierend auf den gewonnenen Daten, der Zeitauflösung und dem Durchsatz. Um das große und komplexe Bilddatensatz zu verarbeiten und zu analysieren, integrierten die Forscher ein automatisiertes, unsupervisiertes Bildanalyse-Tool auf Basis eines Variational Autoencoders (VAE). Dieses AI-getriebene Verfahren erfasst Biofilmmuster effizient in einem latenten Raum, was eine detaillierte Musterverarbeitung und Analyse ermöglicht. Die Studie zeigt die genaue Detektion und Quantifizierung von Biofilmen durch das Anwenden von Schwellwertsetzung und Maskierung auf latente Raumdarstellungen, was eine präzise Messung der Biofilmbereiche und -aggregaten ermöglicht. Durch die Integration von AI-getriebener Analyse mit Tröpfchen-Mikrofludik bietet die Plattform ein skalierbares und robustes Werkzeug zur Fortschreibung von Strategien sowohl in Biofilmanwendungen als auch im Kontrollbereich. Die Plattform wurde verwendet, um den Biofilmbildungsprozess von Bacillus subtilis unter verschiedenen Umgebungsbedingungen wie Nährstoffverfügbarkeit und chemischen Behandlungen zu untersuchen. Die Ergebnisse enthüllten Faktoren, die die Biofilmbildung fördern oder behindern, und boten wertvolle Einblicke in die Mechanismen der Biofilmbildungsregulation. Insgesamt präsentiert die Studie ein mächtiges Werkzeug für Hochdurchsatz-quantitative Studien des Biofilmbehavior, das neue Möglichkeiten für das Verständnis und die Kontrolle der Biofilmbildung in verschiedenen Anwendungen, einschließlich Gesundheitswesen, Bioremediation und Biotechnologie, bietet.