تشكل الأغشية الحيوية الميكروبية بنيات معقدة في المراحل البينية وتتطور إلى أنماط مكانية تعتمد على النطاق إلى حد كبير. هنا، نقدم نظام تجريبي (الثابت والبرمجيات) للاقتناء الآلي للتصوير المقطعي للتماسك البصري 3D (OCT). تسمح مجموعة الأدوات هذه بالتوصيف غير الغازي والمتعدد النطاق لمورفوجينيسيس الفيلم الحيوي في المكان والزمان.
يتطلب اشتراك JoVE لعرض هذا المحتوى. تسجيل الدخول أو ابدأ نسخة تجريبية مجانية
مقالة منهجية
التصوير المقطعي الآلي للتماسك البصري ثلاثي الأبعاد لأتمتة المورفولوجيا الحيوية على الموازين المكانية الكبيرة
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
Biofilms هي أسلوب حياة الميكروبية الأكثر نجاحا وتسود في العديد من البيئات البيئية والمهندسة. فهم النفيمور biofilm، وهذا هو التنويع الهيكلي للأفلام الحيوية أثناء التجمع المجتمعي، يمثل تحديا ملحوظا عبر المقاييس المكانية والزمنية. هنا، نقدم نظام التصوير الآلي للأفلام الحيوية على أساس التصوير المقطعي للتماسك البصري (OCT). OCT هو تقنية التصوير الناشئة في البحوث biofilm. ومع ذلك، فإن كمية البيانات التي يمكن الحصول عليها ومعالجتها حاليا تعوق الاستدلال الإحصائي لأنماط واسعة النطاق في مورفولوجيا الأفلام الحيوية. يسمح نظام التصوير الآلي OCT بتغطية المقاييس المكانية والزمنية الموسعة لنمو الأفلام الحيوية. وهو يجمع بين نظام OCT متاح تجارياً مع منصة تحديد المواقع الروبوتية ومجموعة من حلول البرمجيات للتحكم في تحديد مواقع مسبار المسح الضوئي OCT، فضلاً عن الحصول على مجموعات بيانات التصوير الحيوي ثلاثي الأبعاد ومعالجتها. يسمح هذا الإعداد بالرصد الآلي في الموقع وغير الغازية لتطوير الأفلام الحيوية، ويمكن تطويره بشكل أكبر لاقتران التصوير بالتصوير بالتصوير الكلي وتوصيف أجهزة الاستشعار الدقيقة.
المقدمة
Biofilms هي التكيف نمط الحياة الميكروبية ناجحة للغاية وهذه المجتمعات بين phase المرتبطةومصفوفة المغلقة من الكائنات الحية الدقيقة تهيمن على الحياة الميكروبية في البيئات الطبيعية والصناعية 1،2. هناك، biofilms تشكل البنى المعقدة، مثل الدفق ممدود3، تموجات4 أو الفطر مثل قبعات5 مع عواقب هامة لنمو biofilm ، والاستقرار الهيكلي ومقاومة للإجهاد6. في حين تم تعلم الكثير عن التمايز الهيكلي biofilm من العمل على الثقافات أحادية الأنواع نمت في غرف تدفق مصغرة، ومعظم biofilms هي مجتمعات معقدة للغاية في كثير من الأحيان بما في ذلك أعضا....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
البروتوكول
1. إعداد جهاز تحديد المواقع
- قم بسلك جهاز تحديد المواقع إلى لوحة تحكم دقيق، باتباع التعليمات في https://github.com/grbl/grbl/wiki/Connecting-Grbl.
- قم بتوصيل وحدة التحكم الدقيقة بجهاز كمبيوتر أحادي اللوحة مع اتصال بالإنترنت عبر كبل USB وقم بتثبيت خادم GRBL كما هو موضح في https://gitlab.com/FlumeAutomation/GRBL_Server.git. الآن يجب أن يكون جهاز تحديد المواقع قابل للملاحة من صفحة ويب مستضافة في http://IP:5020/. بدلا من ذلك، يمكن التنقل جهاز تحديد المواقع مع البرنامج النصي بيثون، كما هو موضح في الجزء الأول من المثال عملت ImagesAcquisition.ipynb (ملفتكميلي 2).
2. إعداد OCT
- قم ....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
النتائج
نقوم بتوضيح وظيفة نظام التصوير الآلي OCT باستخدام تجربة فلوم مصممة لدراسة المورفيكوجينية الصدغية الزمنية للأغشية الحيوية للتيار الضوئي. الهندسة تضييق تدريجيا من المداخن الناجمة عن التدرجات في سرعة التدفق على طول مركز الفلوم (انظر المرجع17). تم رصد التطور الزمني والتمايز الهيكلي للأفلام الحيوية على مدى 18 يوما بهدف فهم أفضل لآثار الظروف الهيدروديناميكية على مورفوجينيسيس الفيلم الحيوي. ويبين الشكل 4 نمو مستعمرة ميكروفيلم حيوية تلت هاعلى مدى 18 يوما من النمو. تم قياس المو.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المناقشة
التصوير OCT هو مناسبة تماما لحل الهياكل في نطاق ميكرومتر مع FOV من عدة ملليمترات مربعة. وبالتالي فهي أداة قوية لبحوث الأفلام الحيوية10،18. ومع ذلك، يقتصر OCT حاليا على منطقة المسح الأقصى من100 - 256 مم 2، في حين أن الأنماط الهيكلية biofilm غالبا ما تتجاوز هذا النطاق المكاني19، وخاصة عندما يكون الدافع وراء التمايز المورفولوجي من التدرجات البيئية واسعة النطاق 20-ويوسع نظام التصوير الآلي لـ OCT الوارد وصفه ف.......
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
الإفصاحات
يعمل سيباستيان شيفر في شركة ثورلابس
شكر وتقدير
ونشكر موريسيو أغيري موراليس على إسهامه في تطوير هذا النظام. جاء الدعم المالي من المؤسسة الوطنية السويسرية للعلوم إلى T.J.B.
....الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| OCT Probe | Thorlabs | GAN210C1 | OCT جهاز تصوير OCT |
| عدسة مسح OCT | Thorlabs ؛ | OCT-LK3-BB | |
| محول الغمر | Thorlabs ؛ | OCT-IMM3-SP1 | |
| Stepcraft 840 CK | STEPCRAFT | NA | جهاز تحديد المواقع |
| متحكم Arduino Uno R3 | NA | ||
| كمبيوتر أحادي | اللوحة Raspberry PI | ||
| كاميرا | Canon EOS 7D Mark II | NA | |
| عدسة الكاميرا | Canon MACRO EFS 35 مم | NA |
المراجع
- Flemming, H. C., Wingender, J. The biofilm matrix. Nature reviews. Microbiology. 8, 623-633 (2010).
- Flemming, H. -C., et al. Biofilms: an emergent form of bacterial life. Nature reviews. Microbiology. 14, 563(2016).
- Stoodley, P., Lewandowski, Z., Boyle, J. D., Lappin-Scott....
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
إعادة الطباعة والأذونات
