دراسة كمية تحرك بحرية من حوض الكائنات الحية الدقيقة باستخدام حيود الليزر

الهدف العام من هذا الإجراء هو قياس ترددات الضرب للكائنات المجهرية التي تسبح بحرية. يتم تحقيق ذلك عن طريق تحضير عينة من الديدان المجهرية أولا. بعد ذلك ، يتم إعداد الإعداد البصري.

ثم يتم تسجيل نمط الحيود الذي أدخلته الكائنات الحية. أخيرا ، يتم تحليل البيانات المسجلة لتحديد ترددات السباحة. في النهاية ، يتم استخدام تحليل الحيود لإظهار التغيرات في أنماط حركة الديدان غير المقيدة.

الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق الحالية مثل الفحص المجهري التقليدي ، هي أنه يمكن ملاحظة أنماط السباحة حيث تتحرك الأنواع بحرية في مساحة ثلاثية الأبعاد. على الرغم من أن هذه الطريقة يمكن أن توفر نظرة ثاقبة لأناقة البحر التي تسبح بحرية ، إلا أنه يمكن تطبيقها أيضا على الكائنات الحية الشفافة والصغيرة والمكروسكوبية الأخرى المعرضة لظروف مختلفة. لإعداد C elegance لتحليل الفيديو ، ابدأ باستخدام اختيار سلك بلاتيني مسطح لنقل 10 إلى 20 GR من الديدان الخيطية البالغة إلى NGM الطازجة.

ملأت أجار صفائح بتري تحتوي على بقع دائرية صغيرة من الإشريكية القولونية. اسمح للديدان الخيطية بوضع البيض لمدة ثلاث إلى خمس ساعات ، ثم قم بإزالة البالغين. وبالتالي إنشاء ثقافة صغيرة متزامنة تنمويا من 50 إلى 150 ديدان خيطية لزراعة الديدان الخيطية حتى مرحلة البلوغ المبكرة ، واحتضان أطباق بتري عند 20 درجة مئوية لمدة أربعة إلى خمسة أيام.

في يوم تحليل الفيديو ، استخدم ملليلترا واحدا من الماء المقطر منزوع الأيونات لغسل صفيحة من الديدان الخيطية البالغة ، وبالتالي جمع 50 إلى 150 دودة من الثقافة المتزامنة. استخدم جهاز طرد مركزي صغير لتدوير الديدان إلى قاع الأنبوب أو السماح لها بالاستقرار بالجاذبية لمدة 15 دقيقة تقريبا. يزيل غالبية الماء من الأنبوب ويستبدله بملليلتر واحد من الماء المقطر منزوع الأيونات لغسل أي بكتيريا ملتصقة من الديدان الخيطية.

باستخدام ماصة دقيقة، انقل خمسة إلى 10 ديدان خيطية في الماء إلى فطرة كوارتز. قم بتجميع الإعداد البصري كما هو موضح هنا ، باستخدام ليزر نيون هيليوم 543 نانومتر للإفراط في أخذ عينات من مرآتين من الألومنيوم ذات السطح الأمامي المستخدمة لتوجيه شعاع الليزر عبر vete ، وحامل vete ، وشاشة عرض ، وكاميرا عالية السرعة قادرة على التصوير بحوالي 240 إطارا في الثانية. بعد ذلك ، استخدم قطعة من الطفيلي لتغطية الجزء العلوي من البيطرة وعكسها لخلط الديدان الخيطية في عمود الماء.

ضع البيطرة في حامل vete بحيث تكون الديدان في البداية بالقرب من الجزء العلوي من vete. باستخدام المرايا ، قم بتوجيه شعاع الليزر عبر مركز vete. نظرا لأن الديدان الخيطية أكثر كثافة من الماء ، فإنها ستسقط ببطء إلى قاع القرص أثناء السباحة داخل عمود الماء على شاشة الإسقاط ، وتلوين البقعة المقابلة لشعاع الليزر المرسل باللون الأسود لتقليل التشتت عندما يلتقي الشعاع المرسل بشاشة العرض.

سيؤدي التخلص من التشتت أو تقليله من الحزمة المرسلة إلى منع مصفوفة CCD الخاصة بالكاميرا من التشبع بسبب الحزمة المرسلة. لالتقاط مقياس لحجم مخطط الانعراج ، ارسم خطا يبلغ حوالي خمسة سنتيمترات على شاشة الإسقاط بجوار بقعة شعاع الليزر المرسلة دون التدخل في صورة الضوء المنحرف. أطفئ ضوء الغرفة وسجل صور الحيود على الشاشة أثناء مرور الديدان عبر شعاع الليزر.

لإعداد بيانات الفيديو ، قم بتثبيت برنامج تحليل الفيديو التالي واستورد الفيديو إلى البرنامج. اضبط الأصل ليتزامن مع بقعة الليزر المرسلة باستخدام البرنامج. تتبع الإزاحة الزاوية لصورة الحيود التي تشكلها كل ديدان خيطية.

انسخ البيانات ولصقها في جدول بيانات وأضف 180 درجة أو PI لجميع الزوايا السالبة. لإنتاج رسم بياني مستمر. باستخدام إعداد تحليل الفيديو ، ضع الصمام الثنائي للصور بمساحة صغيرة خارج المركز في نمط الحيود مباشرة أمام شاشة العرض عبر منفذ USB.

قم بتوصيل الصمام الثنائي للصور براسم الذبذبات الرقمي الذي يتصل بالكمبيوتر. راقب أنماط الضرب على شاشة الكمبيوتر. حفظ مجموعات البيانات بتنسيق ASCI أو نص لتحليل البيانات.

استخدم الفيديو أو الصورة لاستيراد البيانات إلى برنامج تحليل بيانات قادر على ملاءمة أشكال الموجة. باستخدام chiqua الصغر تناسب منحنى الجيوب الأنفية لتحديد تردد الضرب. متوسط ترددات السباحة من العينات المختلفة ، وتحديد التباين.

بالنسبة لهذه الدراسة ، تم تحليل البيانات إحصائيا باستخدام عامل واحد Inova ، يليه Bon Ferran. اختبار المقارنات المتعددة تعتبر قيمة P أقل من 0.05 ذات دلالة إحصائية لأنماط الحيود النموذجية. ابدأ باستخدام المجهر لالتقاط الصور لتكوين صورة.

اسحبه إلى Mathematica. استخدم الأمر العيون الثنائية لتحويله إلى أبيض وأسود. بدلا من ذلك، استخدم الأمر edge detect لإنشاء صورة بالأبيض والأسود حيث يتحكم الرقمان اللاحقان في خشونة الحواف الناتجة.

بعد ذلك ، باستخدام أمر بيانات الصورة ، قم بتحويل الصورة إلى مصفوفة من الأصفار والآحاد. استخدم الأمر forer لتحويل المصفوفة ، ثم تربيع القيمة المطلقة للمصفوفة ، وعرض الصورة الناتجة ، وهي نمط الحيود المقابل للصورة الأصلية. بالإضافة إلى ذلك ، استخدم وظيفة السجل لقياس تباين الصورة.

أخيرا ، قارن أنماط حيود النموذج بأنماط الحيود التي تم الحصول عليها من الديدان التي تسبح بحرية. في هذا المثال ، تمت دراسة أناقة البحر في طبيب بيطري كوارتز كيو ، بعرض سنتيمتر واحد وسمك خمسة ملليمترات وطول أربعة سنتيمترات. أخذ عينات من دودة واحدة باستخدام تحليل الفيديو.

متوسط تردد السباحة الذي تم الحصول عليه من تحليل الفيديو في طبيب بيطري بسمك خمسة ملليمترات حوالي 2.5 هرتز. وبالمثل ، أدى أخذ عينات من دودة واحدة باستخدام طريقة الحصول على البيانات في الوقت الفعلي وراسم الذبذبات الرقمي إلى تردد سباحة يبلغ حوالي 2.7 هرتز. يمكن تكرار هذا الإجراء للعديد من الديدان.

كشفت دراسة مفصلة للديدان التي تسبح بحرية عن متوسط تردد سباحة يبلغ 2.37 هرتز في وزن خمسة ملليمترات. كما هو متوقع ، فإن تواتر السباحة أعلى من ذلك بالنسبة للدودة الزاحفة. باستخدام طريقة الحيود هذه ، تم العثور على متوسط ترددات السباحة لأناقة البحر ، والتي تقتصر على شريحة مجهرية ، لتطابق القيمة المنشورة سابقا لاثنين من الهرتز.

متابعة الفيديو. يسمح إعداد البيانات ونمذجة أنماط الحيود الموضحة في هذا الفيديو بنمذجة أنماط حيود السباحة. بمساعدة صور الدودة التي تم الحصول عليها بالمجهر التقليدي ، يتم استخدام أنماط الحيود النموذجية لمحاكاة دورة السباحة لأناقة البحر.

يتكون النموذج الناجح من النجاح المجدي جسديا لأنماط السباحة ، مطابقة ترددات السباحة. يجب أن تكون الدودة في نفس الشكل في نهاية دورة السباحة كما كانت في بداية دورة السباحة. بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء هذه التقنية في أقل من دقيقة لكل دودة باستخدام النظام الغذائي السريع أثناء مراقبة دورات السباحة على شاشة الكمبيوتر.

بعد مشاهدة هذا الفيديو ، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تقييم الديدان الخيطية التي تسبح بحرية.