Quantitative Locomotion Study of Frei Schwimmen Mikroorganismen mittels Laserbeugung

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Schlagfrequenz von frei schwimmenden mikroskopisch kleinen Organismen zu messen. Dies wird erreicht, indem zunächst eine Probe von mikroskopisch kleinen Würmern vorbereitet wird. Als nächstes wird der optische Aufbau vorbereitet.

Dann wird das von den lebenden Organismen eingebrachte Beugungsmuster aufgezeichnet. Abschließend werden die aufgezeichneten Daten analysiert, um die Schwimmfrequenzen zu bestimmen. Letztendlich wird die Beugungsanalyse verwendet, um Veränderungen in den Fortbewegungsmustern von uneingeschränkten Würmern aufzuzeigen.

Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie der traditionellen Mikroskopie besteht darin, dass Schwimmmuster beobachtet werden können, während sich die Spezies frei in einem dreidimensionalen Raum bewegt. Obwohl diese Methode einen Einblick in die Eleganz des frei schwimmenden Meeres geben kann, kann sie auch auf andere transparente, kleine und mikroskopisch kleine Organismen angewendet werden, die unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt sind. Um C elegance für die Videoanalyse einzurichten, beginnen Sie mit der Verwendung eines abgeflachten Platindrahtpickels, um 10 bis 20 GR adulte Nematoden in frisches NGM zu transportieren.

Mit Agar gefüllte Petriplatten mit kleinen kreisförmigen Flecken von E-coli. Lassen Sie die Nematoden drei bis fünf Stunden lang Eier legen und entfernen Sie dann die erwachsenen Tiere. So entsteht eine kleine entwicklungssynchronisierte Kultur von 50 bis 150 Nematoden, um die Nematoden bis zum frühen Erwachsenenalter zu züchten, und die Petrischalen werden vier bis fünf Tage lang bei 20 Grad Celsius inkubiert.

Verwenden Sie am Tag der Videoanalyse einen Milliliter deionisiertes destilliertes Wasser, um eine Platte mit jungen adulten Nematoden zu spülen und so 50 bis 150 Würmer aus der synchronisierten Kultur zu sammeln. Verwenden Sie eine Mikrozentrifuge, um die Würmer auf den Boden des Röhrchens zu schleudern, oder lassen Sie sie sich etwa 15 Minuten lang durch die Schwerkraft absetzen. Es entfernt den größten Teil des Wassers aus dem Rohr und ersetzt es durch einen Milliliter deionisiertes destilliertes Wasser, um anhaftende Bakterien von den Nematoden zu waschen.

Mit einer Mikropipette fünf bis 10 Nematoden in Wasser in einen Quarzvete übertragen. Bauen Sie den optischen Aufbau wie hier gezeigt zusammen, indem Sie einen 543-Nanometer-Helium-Neonlaser zum Oversampling von zwei Aluminiumspiegeln auf der Vorderseite verwenden, die verwendet werden, um den Laserstrahl durch den Vete zu lenken, einen Vete-Halter, eine Projektionsfläche und eine Hochgeschwindigkeitskamera, die mit etwa 240 Bildern pro Sekunde filmen kann. Als nächstes bedecken Sie mit einem Stück Paraform die Oberseite des Vete und drehen Sie es um, um die Nematoden in die Wassersäule zu mischen.

Legen Sie den Vete so in einen Vetehalter, dass sich die Würmer zunächst in der Nähe der Oberseite des Vetes befinden. Lenken Sie den Laserstrahl mit Hilfe der Spiegel durch die Mitte des Vetes. Da die Nematoden dichter als Wasser sind, fallen sie beim Schwimmen in der Wassersäule auf der Projektionsfläche langsam auf den Boden des Vete, färben Sie den Fleck, der dem übertragenen Laserstrahl entspricht, schwarz, um die Streuung zu reduzieren, wenn der übertragene Strahl auf die Projektionsfläche trifft.

Durch die Eliminierung oder Reduzierung der Streuung durch den gesendeten Strahl wird verhindert, dass das CCD-Array der Kamera aufgrund des übertragenen Strahls gesättigt wird. Um ein Maß für die Größe des Beugungsmusters zu erfassen, zeichnen Sie auf der Projektionsfläche neben dem transmittierten Laserstrahlpunkt eine Linie von etwa fünf Zentimetern, ohne das Bild des gebeugten Lichts zu beeinträchtigen. Schalten Sie das Raumlicht aus und nehmen Sie Beugungsbilder auf dem Bildschirm auf, während die Würmer den Laserstrahl passieren.

Um die Videodaten vorzubereiten, installieren Sie das folgende Videoanalyseprogramm und importieren Sie das Video in das Programm. Stellen Sie den Ursprung mit der Software so ein, dass er mit dem übertragenen Laserpunkt zusammenfällt. Verfolgen Sie die Winkelverschiebung des Beugungsbildes, das von jedem Fadenwurm gebildet wird.

Kopieren Sie die Daten, fügen Sie sie in eine Tabelle ein und fügen Sie 180 Grad oder PI für alle negativen Winkel hinzu. Um ein kontinuierliches Diagramm zu erstellen. Platzieren Sie mit dem Videoanalyse-Setup eine Fotodiode mit einem kleinen Bereich außerhalb der Mitte im Beugungsmuster über einen USB-Anschluss direkt vor der Projektionsfläche.

Verbinden Sie die Fotodiode mit dem digitalen Oszilloskop, das mit dem Computer verbunden ist. Beobachte die Schlägermuster auf dem Computerbildschirm. Speichern Sie Datensätze im ASKI- oder Textformat, um die Daten zu analysieren.

Verwenden Sie ein Video oder ein Foto, um die Daten in ein Datenanalyseprogramm zu importieren, das Wellenformen anpassen kann. Mit Hilfe der Chiqua-Minimierung passen Sie eine sinusförmige Kurve an, um die Schlagfrequenz zu bestimmen. Mittelwerten Sie die Schwimmfrequenzen aus verschiedenen Stichproben und bestimmen Sie die Varianz.

Für diese Studie wurden die Daten statistisch mit einem einzigen Faktor Inova analysiert, gefolgt von Bon Ferran. Mehrfachvergleichstest Ein P-Wert von weniger als 0,05 wird als statistisch signifikant für die Modellierung von Beugungsmustern angesehen. Beginnen Sie mit der Verwendung eines Mikroskops, um Bilder aufzunehmen, um ein Bild zu vergrößern.

Ziehen Sie es in Mathematica. Verwenden Sie den Befehl "Binäre Augen", um es in Schwarzweiß umzuwandeln. Alternativ können Sie den Befehl Kantenerkennung verwenden, um ein Schwarzweißbild zu erstellen, bei dem die beiden nachfolgenden Zahlen die Grobheit der resultierenden Kanten steuern.

Konvertieren Sie anschließend mit dem Befehl image data das Bild in eine Matrix aus Nullen und Einsen. Verwenden Sie den Befehl forer, um die Matrix zu foren, zu transformieren, dann den absoluten Wert der Matrix zu quadrieren und das resultierende Bild anzuzeigen, bei dem es sich um das Beugungsmuster handelt, das dem Originalbild entspricht. Verwenden Sie außerdem die log-Funktion, um den Kontrast des Bildes zu skalieren.

Vergleichen Sie schließlich die Beugungsmuster des Modells mit den Beugungsmustern, die von frei schwimmenden Würmern erhalten wurden. In diesem Beispiel wurde die Eleganz des Meeres in einem Quarz-Q-Vet untersucht, das einen Zentimeter breit, fünf Millimeter dick und vier Zentimeter hoch ist. Probenahme eines einzelnen Wurms mittels Videoanalyse.

Die durchschnittliche Schwimmfrequenz, die aus der Videoanalyse in einem fünf Millimeter dicken Tierarzt gewonnen wurde, lag bei etwa 2,5 Hertz. In ähnlicher Weise ergab die Probenahme eines einzelnen Wurms mit der Echtzeit-Datenerfassungsmethode und einem digitalen Oszilloskop eine Schwimmfrequenz von etwa 2,7 Hertz. Dieser Vorgang kann bei vielen Würmern wiederholt werden.

Eine detaillierte Untersuchung an frei schwimmenden Würmern ergab eine durchschnittliche Schwimmfrequenz von 2,37 Hertz in einem Fünf-Millimeter-Tier. Erwartungsgemäß ist die Schwimmfrequenz höher als bei einem Krabbelwurm. Mit Hilfe dieser Beugungsmethode wurde festgestellt, dass die durchschnittlichen Schwimmfrequenzen einer Meereseleganz, die auf einen Objektträger beschränkt ist, dem zuvor veröffentlichten Wert von zwei Hertz entsprechen.

Im Anschluss an das Video. Die Datenaufbereitung und Modellierung von Beugungsmustern, die in diesem Video gezeigt werden, ermöglicht die Modellierung von schwimmenden Beugungsmustern. Mit Hilfe von Wurmbildern, die mit einem herkömmlichen Mikroskop aufgenommen wurden, werden die modellierten Beugungsmuster verwendet, um einen Schwimmzyklus der Meereseleganz zu simulieren.

Ein Erfolgsmodell besteht aus dem physikalisch machbaren Erfolg von Schwimmmustern, die zu den Schwimmfrequenzen passen. Der Wurm sollte am Ende des Schwimmzyklus die gleiche Form haben wie zu Beginn eines Schwimmzyklus. Einmal gemeistert, kann diese Technik in weniger als einer Minute für jeden Wurm mit der schnellen Fotodiät durchgeführt werden, während die Schwimmzyklen auf dem Computerbildschirm beobachtet werden.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man frei schwimmende Nematoden bewertet.