合成生物学增材制造生物传感器的研究方法

工程5（2019）173研究合成生物学-文章一种能够现场部署合成生物传感器的增材制造方法Daniel Woloznya，John R.Lakeb，Paul G.放大图片作者：张文，张志成.鲁德b，a生物系统工程系，弗吉尼亚理工学院和州立大学，Blacksburg，VA 24061，USAb匹兹堡大学生物工程系，匹兹堡，PA 15219，美国阿提奇莱因福奥文章历史：接收日期：2018年2018年9月25日修订2018年12月17日接受2018年12月22日在线提供保留字：合成生物学增材制造生物传感器A B S T R A C T合成生物学的工具可用于设计报告分析物存在的活生物传感器。尽管这些工程细胞生物传感器在实验室外有许多潜在的应用降低将转基因生物释放到环境中的风险，同时使其能够在实验室外使用在这里，我们描述了一种生物传感系统的开发，该系统由合成生物电路组成，该电路在大肠杆菌中设计，包含在独特的3D打印设备外壳中。这些转基因生物检测铜绿假单胞菌（一种机会致病菌）的化学群体信号。使用该装置，活体生物传感器与感兴趣的样本接触，而不会暴露于环境中。细胞可以在培养管中进行现场目视分析，或返回实验室进行进一步分析。许多生物传感器缺乏现场部署所需的多功能性，由于缺乏资源和设备，许多疾病可能无法诊断。我们的生物测定设备利用3D打印来创建便携式，模块化和廉价的设备，用于现场部署活体生物传感器。©2019 The Bottoms.Elsevier LTD代表中国工程院出版，高等教育出版社有限公司。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。1. 介绍合成生物学是生物学和工程学的结合，试图通过应用工程原理设计用于细胞控制的遗传元件来获得对自然世界的新理解和利用。合成生物学的常见例子包括记忆开关[1]和振荡器[2]电路，这些电路使细胞能够根据化学物质在不同状态之间切换。或其他输入。这种感知来自环境的输入的能力使细胞能够充当生物传感器。合成工程生物传感器[3检测输入并将其处理为可分析的输出。活细胞，特别是细菌，可以在许多条件下存活[7，8]，并且可以被工程化以在临床环境中检测和诊断感染性生物标志物。转基因生物（GMO）受到许多法律和政府机构的监管[9为了让工程师*通讯作者。电子邮件地址：longzhicheng@pitt.edu（Z.长），warrenr@pitt.edu（W.C.粗鲁）。生物传感器将被部署用于现场疾病诊断，这些规定必须得到满足。以三维（3D）打印的形式的增材制造可以用作在现场使用时将转基因生物与环境隔离的解决方案。关键的增材制造方法在三十年前首次商业化[14]。从那时起，增材制造技术迅速发展，使3D打印机广泛使用。3D打印机通过连续沉积挤出细丝层以构建3D结构来实现此功能[15]。这些类型的3D打印机已经被证明可以完全设计，打印和测试医疗相关设备[16，17]。在这项工作中，我们选择采用一种强大的方法来检测-使用合成生物学中常用的铜绿假单胞菌的群体信号（图1（a））。该生物传感器由工程大肠杆菌（Escherichia coli，E.大肠杆菌），其被设计用于检测这种群体信号N-3-氧代十二烷酰基高丝氨酸内酯（3 O-C12）的存在。将铜绿假单胞菌天然的3 O-C12信号通路的组分导入大肠杆菌中，构建了活体生物传感器。杆菌在这里，转录因子LasR通过结合3 O-C12和二聚化而充当信号转导子。然后，该复合物结合到其同源启动子PLas内发现的转录激活结构域[6，18，19]，https://doi.org/10.1016/j.eng.2018.12.0012095-8099/©2019 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。目录可在ScienceDirect工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng174D. 沃洛兹尼和 其他/工程 5（2019）173·Fig. 1.通过使用GMO和3D打印外壳现场检测3 O-C12。(a)3 O-C12生物传感器被设计成组成型表达能够结合3 O-C12分子的蛋白质LasR一旦与30-C12结合，LasR蛋白二聚化并与PLas启动子中包含的DNA区域结合(b)生物传感器被放置在3D打印的外壳中。然后可以提取生物样品并将其放置在连接到3D打印设备的样品管中。然后按压装置盖，使生物传感器落入样品中。(c)生物传感器变红以报告样品中3 O-C12的暴露;然后可以使用流式细胞术定量该信号。直方图代表未诱导和100 nmol·L-1 3 O-C12样品（3个 样品）的10000个事件收集的数据。并将其移植到 E. 杆菌在我们 的设计中， 一旦结合 ， LasR 促进mCherry（一种红色荧光蛋白）基因的表达。我们特别选择3 O-C12作为待检测的化学品，因为它与医疗环境相关[20作为这种方法的临床相关性的一个例子，在农村和欠发达地区，铜绿假单胞菌可以在当地诊所获得。经肺感染P. 铜绿假单胞菌（Fig.1（b）），该微生物可能存在于肺痰样本中。可收集该痰液并置于市售样品管内。因此，使用合成生物学工具，使这些样本能够在现场立即分析的方法将是早期诊断的理想选择。在这里提出的解决方案中，样品管与包含合成生物传感器的独特帽配合（图1（b））。这种独特的3D打印设备完全包围了活体生物传感器，允许其从实验室运输，同时还允许将传感器直接引入样品。当痰液样本准备好被分析时，通过用户的手指向设备施加力，导致细菌生物传感器从壳体中脱离并落入样本中。检测到3 O-C12（将由样品中的铜绿假单胞菌产生或已经存在于样品中），会导致活生物传感器产生mCherry（图1（c））并使样品变红;这种颜色可以通过荧光分析或人眼视觉检测。因此，样品中的比色变化可指示肺中存在铜绿假P. 铜绿假单胞菌在囊性纤维化患者中作为机会致病菌发挥作用，引起肺和呼吸道的复发性感染。目前的诊断技术通常采用酶联免疫吸附测定（ELISA）[26]和实时聚合酶链反应（PCR）测定[27]的形式，这些方法要么昂贵，要么需要广泛的培训才能使用。这里描述的传感方法可以作为一个简单而廉价的补充，目前的诊断技术检测铜绿假单胞菌。由于细胞生物传感器可以在安全的3D打印装置内生长，因此该装置可以用作在现场部署合成工程生物传感器的平台2. 材料和方法2.1. 细胞培养和分子克隆急诊本研究中使用的大肠杆菌菌株来自大肠杆菌。coli K12亲本菌株，并列于表1[28]中。E.大肠杆菌细胞在溶原肉汤（LB，ThermoFisher Scientific Inc.，美国）媒体[29]。使用100μ g mL-1卡那霉素（Thermo Fisher Scientific Inc.，USA）。对于克隆，NEB ®TurboCompetent E. coli（New England Biolabs ®Inc.，USA）作为宿主来繁殖质粒。细胞在37 °C下在补充有卡那霉素的LB培养基中生长。为了在平板上生长，LB培养基补充有2%琼脂（w/v）和卡那霉素。本研究中使用的质粒列于表1中，并通过标准分子克隆方法构建[29，30]。通过首先从质粒pKDT 17扩增843 bp PLtetO-1- lasRDNA区域来构建传感器质粒Addgene.org 扩增711 bp mCherry基因以产生RBS-mCherry-t0片段，将其插入pKDT 17中以获得LasR传感器质粒pDW 065（图1）。 2）。2.2. Dose–response为了研究这种基因网络E. pDW 065在含50 lg·mL-1卡那霉素的LB培养基中生长过夜。 将培养物稀释表1质粒、菌株、相关特性和来源列表。名称突变起源NEB涡轮增压器E. coliK12野生型New England Biolabs ®Inc.MG 1655 WTE. coliK12野生型E.大肠杆菌遗传储备中心pWR 011PLtetO-1- mCherry Ruder LabpKDT 17lasR，lasB：：lacZPearson et al.[28]pDW 065 a PLtetO-1-lasR，D. 沃洛兹尼和 其他/工程 5（2019）173175·半]图2. 3 O-C12传感器质粒图谱。3 O-C12传感器也称为pDW 065，由三个主要元件组成：质粒骨架、lasR盒和mCherry盒。骨架由氨苄青霉素抗性盒和pUC复制起点组成。lasR基因被置于PLtetO-1启动子的控制下，而mCherry基因被置于含有LasR蛋白结合位点的PLas启动子的控制下。至0.2OD600（即，在600 nm处测量的光密度）并使其生长直至达到0.6 OD600 。然后将培 养物再次稀释，补充 0 -100 lmol L-13 O-C12（Sigma-AldrichCorporation，USA），并在37°C下维持在指数期直至完全诱导（约8 h）。将0.6 OD600 的培养物在过滤的磷酸盐缓冲盐水（PBS，Thermo Fisher Scientific Inc.，USA），并使用AccuriTMC6流式细胞仪（Becton，Dickinson and Company，USA）测量荧光。2.3. 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯装置的设计与制造3D打印设备是使用Autodesk Inventor®（Autodesk Inc.，美国），在那里它被渲染成3D模型。然后将设计的模型导出为STL文件，该文件格式可由Z-suite®（Zortrax Company，Poland）使用，该软件用于将3D对象转换为一组打印机说明书然后使用Z-suite®软件将文件导出为z代码文件，其用于Zortrax M200（Zortrax Company，Poland）中以使用丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）变体ABS ULTRAT打印3D设计。这2.5. 器械使用和操作为了将30-C12活生物传感器装入3D打印装置中，将40 μ L琼脂塞添加到外壳中的细菌孔中;然后将大肠杆菌细胞铺在琼脂表面上。过夜培养后，将柱塞压入外壳中，形成压配合密封，以将细菌细胞与环境隔离。然后，可以将含有活体生物传感器的帽安全地转移到现场，并在使用前储存在冰箱中长达30天。 待用时，将待测样品置于14 mL培养管中。移除培养管盖，然后将含有活生物传感器的组装装置卡扣到培养管上的适当位置。为了激活生物感测，用侧向捏夹牢固地按压盖，直到细菌孔落入培养管中。然后将细胞培养物在37 °C下孵育8-9小时，随后用荧光光谱法检测，或者仅仅是用人眼。对于本研究中使用的流式细胞术分析，在0.6的OD 600下收集样品，并在去离子水中稀释至1：100。使用AccuriTM C6流式细胞仪获得荧光测量。实验完成后，系统可以在高压灭菌器中灭菌;或者，如果高压灭菌器不可用，则可以将组件拆卸并浸入钠中次氯酸盐（即，漂白剂）。2.6. 基因调控网络建模我们设计了一个E大肠杆菌生物传感器能够表达mCherry时，暴露于30-C12。激活剂LasR在非活性状态下组成性产生。当3 O-C12被引入细胞时，它与LasR结合这种复合物激活基因调控网络。由于我们没有设计任何转录后调控，因此调控基因网络的一般行为可以通过转录反应位点的动力学来建模为了捕捉我们系统的潜在动力学，我们决定采用由于我们使用了高拷贝数质粒，我们可以假设随机效应对于特定的遗传组分是可以忽略的。这使我们能够用一组常微分方程来简化我们的模拟。通过假设诱导物3 O-C12在我们的反应室中充分混合，并且3 O-C12向胞质溶胶中的转运在各个细胞中是一致的，我们可以模拟对3 O-C12的转录应答，如等式（1）所示。（一）.请注意，该方程假设大多数转录后事件（翻译和蛋白质成熟）响应于mRNA产生而一致且线性地发生。如果我们还假设核糖体结合位点的强度是恒定的，并且细胞内有丰富的资源和核糖体，那么这是一个公平的假设。专有ABS变体由ABS（90%d½mCherryi]1/23O-C12]（0%蜡（0%-2.4.器械表面抛光为了使打印后器械组件的表面粗糙度平滑，首先将3D打印组件放置在无菌表面上。将纸巾附着于1000 mL烧杯的内表面并用丙酮饱和。将烧杯倒置在装置组件上，小心避免液体丙酮与组件直接接触。1小时后，取出烧杯，将装置暴露于环境空气2小时。dt¼V1最大Kn当量（1）将mCherry的时间变化率与驱动转录事件的许多该模型中固有的假设是细胞内的LasR浓度保持相对恒定。第一项在右边的方程。（1）是将3 O-C12 、3 O-C12的细胞内浓度与mCherry产生速率相关的Hill函数[31]这一术语是阿拉伯糖浓度的函数，但它包括最大转录速率V1max和动力学系数K1的参数。此外，希尔系数n与RNA聚合酶与启动子位点结合的协同程度有关。n1176D. 沃洛兹尼和 其他/工程 5（2019）173半]××第二项在右边的方程。（1），V1leak，描述了启动子位点的在物理方面，这是在不存在3 O-C12的情况下产生mCherry的速率。右侧的最后一项描述了细胞内mCherry的降解速率该项将衰减常数d1与mCherry的浓度mCherryi相关联。该方程可以拟合实验数据，以便更好地预测和模拟潜在的动力学。2.7. 模型推导：剂量反应曲线拟合、模拟和绘图对 实 验 数 据 进 行 了 分 析 ， 并 根 据 Eq. （ 1 ） 使 用 MATLAB®（MathWorks Inc.，USA）优化工具箱。一旦确定了参数值，就用MATLAB曲线拟合工具箱确认拟合。使用R2值评价模拟方程的拟合优度。模拟用Python编码，并使用FORTRAN库中的LSODE[32]进行数值积分使用Matplotlib库在Python中绘制模拟和实验数据2.8. 模型推导：生物传感器使 用 COMSOL （ COMSOL Multiphysics®v5.2 ， COMSOLInc.，瑞典）。所有的模拟结果都代表了使用固体力学模块进行的静态研究将Autodesk Inventor实体模型文件导入COMSOL，以定义这些模拟的几何体。然后将材料属性输入COMSOL，以定义ABS材料的属性进行分析。然后定义边界约束和此处显示的所有仿真图均使用COMSOL的集成图形生成3. 结果3D打印设备被设计为附接到常见的实验室样品管形状因子（图3（a）），以确保易于使用.该装置由两个部件组成（图3（b）），在本文中称为“壳体”和“盖”。盖用于将封闭在壳体内部中的内容物与周围环境隔离。此外，盖子的顶部设计符合人体工程学，便于用拇指或食指按压。一旦组装，bed，该设备可以封闭在一个长方体的尺寸约0.026米0.026米0.023米。组装装置的横截面示意图（图3（c））示出了通过压配合保持在一起的壳体和盖。外壳容纳细菌孔，其包含具有小菌苔的丰富琼脂;这用于维持和容纳装置内的细菌生物传感器。接下来，我们为器械添加了小的机械功能，其设计基于有限元法软件套件[33]COMSOL Multiphysics®的建模。值得注意的是，我们的模型是基于ABS（一种热塑性塑料）的结构。热塑性聚合物在加热后变得柔韧，在冷却时硬化，并且经常用于3D打印。ABS经常被使用，因为其105 °C的玻璃化转变温度使其非常适合3D打印，因为挤出机许多3D打印机的温度设置为230°C[34]。这种高印刷温度也提高了印刷器件的无菌性。除了上面讨论的盖、外壳和细菌孔特征之外，我们设计了一个小的机械特征，其能够实现轴向力（即，沿着样品管的长轴直接向下施加在盖上的力），以使壳体的底部快速地与壳体分离，从而在（设计的）灾难性故障期间将生物传感器释放到样品中。 为了实现这种快速屈服，我们在外壳底部创建了两个凹陷的环形特征（在内部和外部，如图1A和1B所示）。 4和5，有更多的细节）。在这里，我们把这些环称为这些切口特征用于集中由施加在盖上的轴向力产生的应力，从而允许通过使用者的拇指使用捏握来简单地激活有限元分析用于数值评估施加图3.第三章。设备详细信息和原理图。（a）3D打印设备可以连接到试管上，在那里它形成密封。该装置分为两部分：盖和外壳。（b）使用压配合将装置盖密封到壳体上（c）装置外壳包含细菌培养孔，其用作其中可以沉积培养营养物、琼脂和活生物传感器的腔室壳体设计有应力集中切口，其用于集中从盖传递的压力以将细菌孔与壳体分离。（d）使用COMSOL对应力集中切口集中的应力进行建模，以确保器械可用于单手侧向捏握。Max：最大值; min：最小值。D. 沃洛兹尼和 其他/工程 5（2019）173177·图第四章用于应力仿真的器件边界约束、载荷和网格元素（a）边界限制。生物传感器外壳的紫色高亮边界是用于所有模拟的唯一固定边界约束所有的边界都是自由的。（b）边界荷载。紫色突出显示的边界显示了传感器激活盖在使用过程中施加分布压力载荷的表面所有模拟均使用100 N的总载荷分布在该突出显示区域。(c)网格元素。COMSOL预定义图5.具有von Mises应力分布的三种不同器件迭代的横截面。(a)生物传感器外壳的应力集中切口部分的最终设计配置和应力分布;（b）具有到达点的弧的替代设计如图所示，最大应力和所有模拟的材料特性如下：材料密度为1150kg·m-3，杨氏所有模拟均使用分布在边界载荷区域的100 N总载荷。COMSOL预定义在其使用过程中。使用COMSOL对不同设计的应力集中切口的应力分布进行建模，以获得本文[33]中介绍的最终版本。通过盖将均匀分布的压力载荷施加到壳体的表面三种不同设计的应力集中切口进行了建模，以确定应力的大小和集中在一个给定的作用力的切口。相对于其他初步设计，这里提出的最终设计（图。 3（d））具有对于给定的施加力在切口内产生的最高最大应力和通过切口的高应力集中的最佳空间分布。这种设计的切口使我们的设备由相对高强度的材料构成，同时仍然需要相对小的力来通过破坏切口来激活传感器。该装置还被设计成易于组装和使用，如图6所示。将40μ L琼脂塞加入细菌孔中，并将30-C12活生物传感器涂在其表面上。然后将装置盖安装到壳体上并连接到培养管，培养管将生物样品与环境隔离。然后使用者该施加在盖上的力在壳体内的应力集中切口中产生应力。然后细菌孔脱离外壳并落入样品中在分析之后，可以将盖推入壳体中以形成压配合密封的第二阶段，从而防止在装置倒置或搅动的情况下试管内的样品在泄漏期间逸出该密封件还允许用户将生物危害性废物转移回生物安全实验室进行适当处置。在浸入样品中后，生物传感器生长30min。8小时然后，3 O-C12激活的生物传感器产生mCherry蛋白。如流式细胞术分析中所示（图7（a）），诱导的生物传感器显示在590 nm处发射的荧光的偏移，其与未诱导的生物传感器对照荧光峰明显分开。在我们的剂量响应实验中用流式细胞仪定量时，传感器的动态范围为0.01~ 114. 讨论虽然基于合成生物学的生物传感器在检测化学输入方面可以是通用的，但由于限制转基因生物使用和运输的法规，许多生物传感器目前仅限于值得注意的是，Pardee等人最近开发了一种纸基合成生物传感器[35]。这种纸基生物传感器是通过在纸上冷冻干燥无细胞合成基因网络来开发的，以创建具有细胞基本转录和翻译特性这种基于纸张的方法比基于细胞的活生物传感器提供了更快的检测速度，并且消除了使用活细菌细胞进行检测，这使得它适合在实验室之外安全部署工程基因电路。然而，纸基生物传感器需要不同的样品处理和一组不同的专用材料。因此，我们在这里描述的系统允许互补的178D. 沃洛兹尼和 其他/工程 5（2019）173····图第六章器械使用演示（a）将琼脂添加到生物测定装置内的细菌孔中（b）将装置盖与装置底座对齐，并用拇指按压，直到压配密封。使用拇指，可以向盖施加力，这释放压配合并将力引导到应力集中切口上。（c）然后细菌孔落入样品中，在那里它用生物传感器接种样品（d）试管内的液体和细菌保持与环境隔离图7.生物传感器剂量响应曲线。(a)当用3 O-C12诱导时，生物传感器从未诱导状态变为诱导状态。经诱导后，生物传感器通过产生mCherry蛋白而发出荧光。将生物传感器暴露于不同浓度的3 O-C12，并保持在指数状态。收集了未诱导和100 nmol L-1 3 O-C12样品（三个样品）的10000个事件的数据（b）诱导8小时后，生物传感器达到mCherry表达的平衡状态，其可以被定量。然后，系统可以拟合到R2值为0.987的Hill函数（c）在足够的时间内，传感器变成拨动开关，并且能够输出开/关响应。使用活的生物传感器，这可能会在未来与无细胞检测方法并行集成。我们设想我们的系统在缺乏重要医疗基础设施或医疗保健的地区特别有益。3 O-C12生物传感器能够检测0.1 - 10lmol L-1的3 O-C12浓度。有充分的文献记载[36虽然化学物质3 O-C12的具体作用方式仍然未知，但据信它是通过与细胞表面上的toll样受体相互作用而发生的这种炎症由10至100l mol L-1范围内的3 O-C12浓度触发。在感染的肺中发现的浓度范围位于我们的3 O-C12生物传感器的动态响应范围之外。然而，直接的一系列稀释（例如，1/2 1/4... . ）-如用于其他定量测定，如Bradford测定[41]-可以在分析之前进行。在培养基中稀释收集的痰液也将允许细胞在更适合生长的环境中更快地生物测定设备可以在任何有3D打印机的地方制造。我们用于这项研究的3D打印机售价不到2000美元，许多新的3D打印机的价格从200美元到500美元不等。我们的生物测定设备也可以根据需要快速制造，设备在不到2小时后就准备好了 （图1）。 8（a））。制造其中一个的材料成本这里描述的3D打印设备大约是0.50美元，使用8克ABS。与生物传感器外壳和盖相比，生物传感器本身仅占装置总成本打印机可在任何位置使用，使该设备的部署灵活。生物传感器也可以将少量冻干的生物传感器装载到装置中（图8（b）），它们可以被密封并准备使用。然后，这些设备可以直接运送到护理点使用（图1）。 8（c））。在设备与环境接触的事故的情况下，重要的是量化设备将生物传感器与环境隔离的使用营养丰富的培养基（图8（d））进行实验，以模拟最 差 情 况 。 当 在 100 mL 培 养 基 中 以 140 r min-1 振 荡 时 （ 图 8（e）），已引入培养基中的细菌孔能够立即繁殖细胞。当将整个完整的装置浸没在培养基中时，密封的装置能够将生物传感器与环境隔离14小时，然后细胞逃逸并在100 mL培养基中显示出可见的浊度。在现场，痰液样本（图9（a））可以从将患者的血液稀释到含有细胞培养基的样品管中。为了确保没有细菌在样本中胜过卡那霉素耐受性活生物传感器，可以添加卡那霉素抗生素，使患者痰液中的细菌样本D. 沃洛兹尼和 其他/工程 5（2019）173179图第八章从打印机到病人再到实验室。（a）使用3D打印机打印生物测定装置。（b）在3D打印的生物测定装置内培养基因工程传感器（c）将具有传感器的装置运送到患者（d）该装置是防水的，因此，如果该装置落入液体中，有时间将其取出，而不会使转基因生物逃逸（e）当装置正常使用时，细菌直接沉积在营养丰富的培养基中，它们会立即开始生长。然而，密封装置还可以在装置误操作导致浸入环境液体的情况下防止液体到达电池14小时。收集了密封和未密封三个样本的10000个事件的数据图9.与3 O-C12接触的生物传感器活性。(a)从患者身上采集痰液样本，然后将3D打印设备折叠，将细菌释放到样本中。(b)该生物传感器不仅能定量测定3 O-C12的浓度，而且能检测到10nmol·L-1或更高浓度的3 O-C12使样品明显变红的开关行为。（c）在暴露于诱导物10小时后，生物传感器变为可见的红色，与初始荧光值F/F0只要细胞保持暴露于诱导物，mCherry蛋白质的产生就会继续。收集了未诱导和100 nmol·L-13 O-C12样品（三个 样品）的10000个事件的数据。生存然后将生物传感器盖紧紧地按压并致动，迫使冻干的细菌颗粒进入痰液样本。接下来，可以培养和分析试管（图9（b））。当保持指数状态时，生物传感器可以同时定量3 O-C12暴露的特定水平，或者可以通过简单地将生物传感器添加到样品中来切换到开/关行为（图9（c））。9小时的孵育允许生物传感器将液体样品变成可见的红色，从而用作双态系统，其可用于在现场视觉上确定患者是否具有铜绿假单胞菌感染。该器械设计为由人员或志愿者制造和使用，但培训最少在连接到培养管之后，可以用手抓住装置和培养管，并且可以使用拇指横向捏握以激活传感器。成年人使用优势手的平均侧向捏力范围约为5.0由于此处提供的应力集中切口的设计，成人产生的侧向挤压力将允许器械在现场可靠地发挥作用。5. 结论这里给出的实验结果表明，3 O-C12生物传感器能够感测诱导物浓度，存在铜绿假单胞菌生物膜，如在复发性感染的情况下。活体生物传感器虽然可用于检测目的，但由于其具有更少的监管障碍，到其在生物测定装置内的外壳，这允许其在实验室外的容纳部署。3D打印设备将GMO变成整个设备的一个组件，并确保生物传感器与环境隔离。因此，3D打印这种设备使我们的生物传感器能够以其多功能性180D. 沃洛兹尼和 其他/工程 5（2019）173处理环境输入，作为一种新的，具有成本效益的诊断技术进行现场部署确认作 者 感 谢 美 国 联 邦 机 构 的 资 助 ， 包 括 国 家 科 学 基 金 会（ 1709238 ），以及海军研究办公室（N 00014 -17-12306 和N00014 -15-1-2502 ） 和 空 军 科 学 研 究 办 公 室 （ FA 9550 -13-1-0108）的资助。没有资助机构在研究设计中发挥重要作用。作者贡献Wolozny和Ruder构思了这里描述的系统的想法。所有作者设计并执行实验，分析数据，讨论结果，撰写此手稿并对论文进行评论。Wolozny、Lake、Long和Ruder修改了手稿。遵守道德操守准则作者：John R. Lake，Paul G. Movizzo，Zhicheng Long，andWarren C.鲁德声明，他们没有利益冲突或财务冲突披露。引用[1] Gardner TS，Cantor CR，Collins JJ. 基因开关的构建大肠埃希菌 Nature2000;403（6767）：339-42.[2] Elowitz MB ， Leibler S. 转 录 调 节 因 子 的 合 成 振 荡 网 络 。 Nature2000;403（6767）：335-8.[3] Balagaddé FK，Song H，Ozaki J，Collins CH，Barnet M，Arnold FH，et al.Asynthetic Escherichia coli predator-prey ecosystem. 分 子 系 统 生 物 学 2008;4（1）：187.[4] LitcofskyKD，Afeyan RB，Krom RJ，Khalil AS，Collins JJ. 用于构建和修改合成基因网络的迭代即插即用方法。NatMethods 2012;9（11）：1077-80.[5] Brenner K，Karig DK，Weiss R，Arnold FH.工程双向通信介导 的微生物生物膜财团的共识。Proc Natl Acad Sci USA 2007;104（44）：17300-4.[6] Tamsir A，Tabor JJ，Voigt CA.使用遗传编码的NOR门和化学“线”的鲁棒多细胞计算。Nature2011;469（7329）：212-5.[7] 杨伟杰，王晓刚，王晓刚.供氧速率对大肠杆菌生长的影响。I.在无挡板和有挡板摇瓶中的研究。应用微生物学1965;13：109-14.[8] Ratkowsky DA，Olley J，McMeekin TA，Ball A.温度与细菌培养物生长速率的关系。细 菌 学杂志1982;149（1）：1-5.[9] 作 者 声 明 ： J. 风 险 分 析 和 监 管 审 查 的 伦 理 学 ： 从 生 物 技 术 到 纳 米 技 术 。NanoEthics2008;2（2）：149-62.[10] 放大图片作者：J.关于转基因作物使用的伦理论述：生态学和环境伦理学领域学术出版物综述。J Agric Environ Ethics 2012;25（3）：265-93.[11] KilamaWL. 公共卫生中的卫生研究伦理：疟疾蚊子控制策略的试验和实施。ActaTrop 2009;112（增刊1）：S37-47。[12] 施密特M. 特刊：合成生物学的社会方面 Syst Synth Biol2009;3（1-4）：1-2.[13] Kuzma J ， Tanji T. 解 包 合 成 生 物 学 ： 监 督 政 策 问 题 和 选 择 的 识 别 。RegulGovernance 2010;4（1）：92-112.[14] Melchels FPW，Feijen J，Grijpma DW.光固化快速成型技术及其在生物医学工程中的应用。生物材料2010;31（24）：6121-30.[15] Dimitrov D，Schreve K，De Beer N.三维打印的进展-技术现状和未来展望。快速成型J 2006;12（3）：136-47.[16] Schubert C，Van Langeveld MC，Donoso LA. 3D打印的创新：从光学到器官的3D概述。 英国眼科杂志2014;98（2）：159-61。[17] 文图拉县3D打印的医疗应用：目前和预计的用途。PT 2014;39（10）：704[18] Gambello MJ，Iglewski BH.铜绿假单胞菌lasR基因（弹性蛋白酶表达的转录激活因子）的克隆和表征。细菌学杂志1991;173（9）：3000-9.[19] 黄志光，李志光，李志光. 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