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自动化的高含量基于微生物行为多样性和分布的表征
背景微生物发展了复杂的系统以响应环境信号。特定分子的梯度改变了微生物行为和环境中的分布。微电位工具现在采用基于自动图像的方法来分析在小时尺度上受控环境中微生物物种的瞬时分布和运动行为，并在某种程度上模仿了宏观条件。此类技术已被采用用于主要针对单个物种的研究。现在必须开发出类似的多功能方法，以针对微生物群落和环境之间的多重和复杂相互作用的特征进行开发。结果，我们为响应环境驱动器的合成混合微生物悬浮液的物种特异性行为提供了一种全面的分步方法。通过使用自动图像分析方法来解决可访问的微流体设备，我们评估了三种形态学上不同的胎尿种物种（phytophthora parasitica，vorticella sicella microstoma，肠杆菌，肠杆菌）对potassium梯度驱动程序的行为反应。使用Trackmate插件算法，我们进行了形态计量学，然后进行运动分析以表征每个微型物种对驱动器的反应。这种方法使我们能够确认这三个物种的不同形状特征，并同时表征了它们对驾驶员的特殊运动适应以及它们的共同交互动力学。结论获得的结果证明了该方法在高空间和时间尺度上筛选混合物种悬架动力学的可行性。通过增加悬浮液的复杂性，可以集成这种方法以支持常规的OMICS方法，从而有助于表征主要驱动因素在微生物群体 - 宿主 - 环境接口之间的运行方式。在目前的进步中，该方法可以整合筛选策略，例如，用于生物防治剂评估，启发基于微栖息地的共殖化的可能的有益性 - 病原相互作用。
疫苗
本研究介绍了 VaxiPatch，这是一种新型疫苗接种系统，由亚基糖蛋白疫苗抗原、佐剂和皮肤给药组成。在这项研究中，流感病毒 B/Colorado/06/2017 的 rHA 被整合到合成病毒体中，佐剂脂质体由来自 Saponaria quillaja 的 QS-21 形成，含或不含合成的 TLR4 激动剂 3D - (6-酰基) PHAD。这些成分被浓缩并与染料共同配制成海藻糖。皮肤给药是使用经济的 37 点不锈钢微针阵列实现的，该阵列设计用于通过用于大规模生产免疫诊断的微流体分配器自动填充/完成。疫苗和佐剂沉积在每个尖端侧面的口袋中形成糖玻璃，允许通过刚性钢结构直接进行皮肤穿透。在本研究中，Sprague Dawley 大鼠（每组 n = 6）接种了含有 0.3 mg rHA、0.5 mg QS-21 和 0.2 mg 3D - (6-酰基) PHAD 和染料的 VaxiPatches，其抗原特异性 IgG 滴度比肌肉注射的 4.5 mg FluBlok（p = 0.001）高 100 倍。同样，这些动物的血凝抑制滴度比 FluBlok 对照高 14 倍（p = 0.01）。还将无佐剂 VaxiPatches 与肌肉注射的 rHA 病毒体进行了比较。加速保质期研究进一步表明，配制的病毒体抗原在 60°C 下至少可保持两个月的活性。此外，染料的共同配制可以根据皮肤上的临时图案提供可见的递送验证。 VaxiPatch 等室温稳定的疫苗接种套件有可能提高全球疫苗的使用率和依从性。2020 作者。由 Elsevier Ltd. 出版。这是一篇根据 CC BY-NC-ND 许可协议开放获取的文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。
声力谱揭示碳水化合物结合模块的纤维素解离行为的细微差异
蛋白质吸附到固体碳水化合物界面对许多生物过程至关重要，特别是在生物质分解中。为了设计更有效的酶将生物质分解成糖，必须表征复杂的蛋白质-碳水化合物界面相互作用。碳水化合物结合模块 (CBM) 通常与微生物表面束缚的纤维素小体或分泌的纤维素酶相关，以增强底物的可及性。然而，由于缺乏机制理解和研究 CBM-底物相互作用的合适工具包，人们并不十分了解 CBM 如何识别、结合和与多糖分离以促进有效的纤维素分解活性。我们的工作概述了一种使用高度多路复用的单分子力谱分析研究 CBM 从多糖表面解离行为的通用方法。在这里，我们应用声学力谱 (AFS) 来探测热纤梭菌纤维素体支架蛋白 (CBM3a)，并测量其在生理相关的低力加载速率下从纳米纤维素表面的解离。展示了一种自动微流体装置和方法，用于将不溶性多糖均匀沉积在 AFS 芯片表面。野生型 CBM3a 及其 Y67A 突变体从纳米纤维素表面解离的断裂力表明不同的多峰 CBM 结合构象，并使用分子动力学模拟进一步探索结构机制。应用经典动态力谱理论，推断出零力下的单分子解离率，发现其与使用带有耗散监测的石英晶体微天平独立估算的本体平衡解离率一致。然而，我们的研究结果也强调了应用经典理论来解释纤维素 - CBM 键断裂力超过 15 pN 的高度多价结合相互作用的关键局限性。
用于光纤传感器开发的新型智能材料
近年来，超连续光源和各种新型光纤或波导的超高灵敏度得到了广泛的研究，结合光纤低损耗传输、抗电磁干扰等独特性能，发展了各种光子调制和集成的全光传感器件，为平面波导与光纤波导的集成提供了可能的技术途径（ Kosiel et al.，2018 ）。得益于新型智能材料、纳米加工技术和光谱分析技术的发展，人们开发了许多智能、高性能的光波导器件或光纤传感器，其中，智能聚合物、金属、金属氧化物和半导体材料已被用于制作光纤传感器或作为敏感材料，有效提高了灵敏度和选择性能（ Yuan et al.，2019 ）。这一改进是通过修改不同的光纤结构实现的，例如微光纤、纳米光纤、光纤尖端微/纳米结构、多模干涉光纤结构和直列光纤结构。微/纳米尺度的光纤传感器已经与微流控器件和平面光子结构集成以开发全光学芯片，从而实现传感信号的高速采集、传输和处理。由于光纤传感器被封装在柔性材料中，它们将成为可穿戴或植入式设备的有希望的候选者。将微/纳米纤维的优异性能（超高倏逝场）与这些传感器中使用的新型纳米材料（高比表面积和催化活性）相结合，开发出许多性能优异的集成光学传感器。在本研究主题中，报道了基于新型智能材料的光纤传感器的结构设计、器件制备和传感性能优化的模型模拟和实验研究的最新研究工作。光学微纳光纤和微纳结构的灵活设计与精确控制是发展先进光子器件和新型传感器的重要支撑，也被称作“光纤实验室”（ Zhou et al., 2019 ）。廖博士等在题为“双光子聚合诱导的光纤集成功能微纳结构”的论文中回顾和讨论了近10年来双光子聚合诱导的光纤集成微纳结构领域的研究进展。利用激光微加工、聚焦离子束铣削和纳米压印技术，在光纤端面制作出超小型、微型微光学元件、光波导器件和光学微腔，分辨率小于100纳米。将“双光子聚合”技术与新的加工方法或材料相结合，新的功能结构一直致力于开发新型纳米光子学设备，例如光纤实验室。