Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Wykonanie stolika mikroskopowego do obserwacji pionowej z funkcją kontroli temperatury

7.2K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/59799

⸱

31 lipca 2019

 ,  , 
1Department of Physics, Graduate School of Science, Tokyo University of Science

W tym artykule

Podsumowanie

Prezentowany tutaj jest protokół wykorzystujący stolik mikroskopowy o kontrolowanej temperaturze, który pozwala na zamontowanie pojemnika na próbkę na mikroskopie pionowym.

Streszczenie

Próbki są zazwyczaj umieszczane na poziomym stoliku mikroskopu do obserwacji mikroskopowej. Jednak, aby zaobserwować wpływ grawitacji na próbkę lub zbadać zachowanie na powierzchni, konieczne jest ustawienie stolika mikroskopu w pionie. W tym celu opracowano odwrócony mikroskop nachylony na boki pod kątem 90°. Aby obserwować próbki za pomocą tego mikroskopu, pojemniki na próbki, takie jak szalki Petriego lub szkiełka podstawowe, muszą być przymocowane do stolika pionowo. Opracowano urządzenie, które może zabezpieczyć pojemniki na próbki na miejscu na pionowym stoliku mikroskopu, które opisano tutaj. Przymocowanie tego urządzenia do stolika pozwala na obserwację dynamiki próbki w płaszczyźnie pionowej. Możliwość regulacji temperatury za pomocą grzałki z gumy silikonowej pozwala również na obserwację zachowań próbek w zależności od temperatury. Ponadto dane dotyczące temperatury są przesyłane na serwer internetowy. Ustawienia temperatury i monitorowanie dziennika można kontrolować zdalnie z komputera lub smartfona.

Wprowadzenie

Mikroskopia optyczna to technika stosowana do zwiększania obserwowalnych szczegółów poprzez powiększanie próbki za pomocą soczewek i światła widzialnego. W mikroskopii optycznej światło jest kierowane na próbkę, a następnie światło przechodzące, odbite lub fluorescencyjne jest przechwytywane przez soczewki powiększające w celu obserwacji. Dostępne są różne typy mikroskopów, które różnią się konstrukcją, aby dostosować się do różnych zastosowań i metod obserwacji. Różne konstrukcje obejmują mikroskop pionowy, który jest skonstruowany tak, aby oświetlać próbkę od dołu w celu obserwacji z góry, oraz mikroskop odwrócony, który oświetla próbkę od góry w celu obserwacji od dołu. Mikroskopy pionowe są najbardziej powszechną i szeroko stosowaną konstrukcją. Mikroskopy odwrócone są często używane do obserwacji próbek, które nie mogą pozwolić na zbliżenie soczewki do bliska od góry, takich jak hodowane komórki przylegające do dna pojemnika. Wiele grup badawczych zgłosiło obserwacje w szerokim zakresie dziedzin przy użyciu mikroskopów odwróconych1,2,3,4,5,6,7. Opracowano również wiele dodatkowych urządzeń, które wykorzystują funkcje mikroskopów odwróconych8,9,10,11,12,13.

Obecnie, we wszystkich konwencjonalnych konstrukcjach mikroskopów, stolik mikroskopu jest poziomy i dlatego nie nadaje się do obserwacji próbek wytwarzających ruch w płaszczyźnie pionowej (ze względu na grawitację, wyporność, ruch itp.). Aby te obserwacje były możliwe, stolik mikroskopu i ścieżka światła muszą być obrócone do pionu. Stolik pionowy jest wymagany do pionowego montażu szkiełek lub pojemników na próbki, takich jak szalki Petriego, do stolika. Aby temu zaradzić, opracowano już odwrócony na boki mikroskop nachylony o 90°. Jednak mocowanie próbek za pomocą taśmy lub innych klejów nie zapewnia niezbędnego długotrwałego unieruchomienia. Opisane tutaj jest urządzenie, które może osiągnąć niezbędną stabilność. Urządzenie to umożliwia obserwację w czasie ruchu próbki w płaszczyźnie pionowej. Zamontowanie grzałki z kauczuku silikonowego umożliwiło również obserwację wpływu zmian temperatury na zachowanie próbki. Dane dotyczące temperatury są przesyłane na serwer internetowy przez Wi-Fi, a ustawieniami temperatury i monitorowaniem dziennika można sterować zdalnie z komputera lub smartfona. O ile nam wiadomo, stolik przymocowany do mikroskopu nachylonego na bok nachylonego o 90° nie został jeszcze opisany w poprzednich badaniach.

Stolik mikroskopu składa się z trzech aluminiowych płytek. Środkowa płyta aluminiowa jest zamontowana do dolnej płyty aluminiowej, która mocuje się do sceny. Guma silikonowa zawierająca czujnik temperatury jest przymocowana między środkową i górną aluminiową płytą. Do mocowania próbki stosuje się gumki. Pazury są przymocowane w lewym i prawym czterech punktach górnej aluminiowej płyty, aby zabezpieczyć gumki. Obwód sterujący regulatora temperatury odbiera sygnał z czujnika temperatury osadzonego w gumie silikonowej i moduluje moc elektryczną metodą modulacji szerokości impulsu (PWM). Temperaturę można stopniowo zwiększać do 50 °C w krokach co 1 °C. To urządzenie jest przydatne w zastosowaniach, w których pionowe ruchy próbki mogą być zależne od temperatury.

Ten raport zawiera przykłady wpływu temperatury na zjawisko pływania okrzemek. Jako przykłady badań obserwacji okrzemek podano pomiary prędkości sedymentacji klastrów komórkowych, analizy ruchu, badania ultradrobnych struktur itp.14,15,16,17,18,19,20,21, 22,23. Ciężar właściwy okrzemek unoszących się w wodzie z organizmami fotosyntetyzującymi jest nieco wyższy niż wody, więc mają one tendencję do tonięcia; Jednak wzrosną, jeśli wystąpi nawet niewielka konwekcja. Aby zbadać to zjawisko, szklane szkiełko jest umieszczane pionowo na stoliku mikroskopu i obserwuje się wpływ wzrostu temperatury na pionowy ruch okrzemek.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

1. Projekt

  1. Wykonanie płyt aluminiowych
    1. Wykonaj otwór o średnicy 101 mm w środku płyty aluminiowej o wymiarach 150 mm x 200 mm x 2 mm, która będzie używana jako płyta czołowa, za pomocą maszyny do obróbki laserowej. Wytnij osiem wcięć, aby zamocować dwa gumowe opaski wzdłuż długości lub dwie wzdłuż szerokości tej płyty (patrz Supplemental Figure 1A i Supplemental Figure 2A).
    2. Wykonaj otwór o średnicy 130 mm w środku kolejnej płyty aluminiowej o wymiarach 150 mm x 200 mm x 5 mm, która będzie używana jako górna płyta środkowa, za pomocą maszyny do obróbki laserowej. Wytnij osiem wcięć do mocowania gumowych opasek w dwóch punktach wzdłuż długości lub dwóch wzdłuż szerokości tej płyty (patrz Supplemental Figure 1B i Supplemental Figure 2B).
    3. Wykonaj otwór o średnicy 130 mm w środku płyty aluminiowej o wymiarach 150 mm x 200 mm x 4 mm, która będzie używana jako dolna płyta środkowa, za pomocą maszyny do obróbki laserowej (patrz Supplemental Figure 1C i Supplemental Figure 2C).
    4. Wykonaj otwór o średnicy 30 mm w środku płyty aluminiowej o wymiarach 150 mm x 200 mm x 1,5 mm, która będzie używana jako płyta podstawowa (patrz Supplemental Figure 1D i Supplemental Figure 2D).
  2. Wykonanie dwóch aluminiowych podstaw
    1. Wykonaj otwór o średnicy 30 mm w środku płyty aluminiowej (średnica 100 mm, grubość 3 mm) i zrób wycięcie z jednej strony o wymiarach 42 mm szerokości i 30 mm głębokości (patrz Supplemental Figure 3A).
    2. Wykonaj otwór o średnicy 30 mm w środku płyty aluminiowej (średnica 100 mm, grubość 4 mm) i wywierć trzy otwory o średnicy 3 mm, położone 25 mm od środka, rozmieszczone co 120° względem siebie (patrz Supplemental Figure 3B).
  3. Wykonanie trzech tarcz z korka prasowanego
    1. Wykonaj otwór o średnicy 20 mm w środku tarczy z korka prasowanego (średnica 100 mm, grubość 2 mm) za pomocą maszyny do cięcia strumieniem wody. Wykonaj jedno cięcie o wymiarach 42 mm szerokości i 30 mm głębokości, a następnie jedno cięcie o wymiarach 4 mm szerokości i 5 mm głębokości (patrz Supplemental Figure 4A).
    2. Wykonaj otwór o średnicy 20 mm w środku tarczy z korka prasowanego o wymiarach 100 mm średnicy i 1 mm grubości za pomocą maszyny do cięcia strumieniem wody. Wykonaj cięcie o wymiarach 42 mm szerokości i 30 mm głębokości oraz cięcie o wymiarach 4 mm szerokości i 40 mm głębokości (patrz Supplemental Figure 4B).
    3. Wytnij płytę z korka prasowanego z tarczy o średnicy 100 mm, o szerokości 42 mm i głębokości 30 mm. Wymagane są dwie płyty o grubości 1 mm i jedna płyta o grubości 2 mm (patrz Supplemental Figure 4C).
  4. Wykonanie grzałki z gumy silikonowej
    1. Wykonaj grzałkę z tarczy gumy silikonowej o średnicy 100 mm i grubości 2,5 mm z wbudowanym drutem chromonikielinowym i wykonaj otwór o średnicy 20 mm w środku tarczy (patrz Supplemental Figure 5).
  5. Montaż części opisanych w krokach 1.1–1.4 przez ich ułożenie na sobie zgodnie z Supplemental Figure 6.
  6. Aby zbudować stolik mikroskopowy, odnieś się do Supplemental Figure 6, przekroju stolika mikroskopowego. Zamocuj Równowaga statyczna; ΣFx=0, MA=0; diagram; równania, analiza równowagi sił i momentów. i Równowaga statyczna, ΣFx=0, diagram z wektorami ilustrującymi zasady równowagi sił., następnie Diagram równowagi statycznej, ΣFx=0, ilustrujący siły działające na belkę w celach edukacyjnych z fizyki. i Diagram dopasowania widma pokazujący globalną analizę widm absorpcji przejściowych; wykres wyników. za pomocą śrub. Zamocuj Diagram dopasowania widma pokazujący globalną analizę widm absorpcji przejściowych; wykres wyników. i Równanie równowagi statycznej, ∑Fx=0, diagram analizy sił, pojęcie fizyczne, badania edukacyjne. za pomocą śrub. Zamocuj Równowaga statyczna, ΣFx=0, diagram z wektorami ilustrującymi zasady równowagi sił. i Diagram równowagi statycznej, ΣFx=0, ilustrujący siły działające na belkę w celach edukacyjnych z fizyki., Symbol układu okresowego pierwiastków; tabela właściwości pierwiastków; narzędzie edukacyjne. i Równanie równowagi statycznej, ∑Fx=0, diagram analizy sił, pojęcie fizyczne, badania edukacyjne., Symbol układu okresowego pierwiastków; tabela właściwości pierwiastków; narzędzie edukacyjne. i Równowaga statyczna; ΣFx=0; diagram; analiza strukturalna; edukacja fizyczna; diagram ciał swobodnych., Równowaga statyczna; ΣFx=0; diagram; analiza strukturalna; edukacja fizyczna; diagram ciał swobodnych. i Równowaga statyczna; ΣFx=0; równowaga sił; edukacyjny wykres z fizyki; pojęcia mechaniki., oraz Równanie równowagi statycznej, ∑Fx=0, diagram analizy sił, pojęcie fizyczne, badania edukacyjne. i Równowaga statyczna; ΣFx=0; ilustracja wektorów sił; analiza mechaniczna. za pomocą kleju.

2. Zarys projektu sprzętu

  1. Przygotuj „zasilacz i obwód programowania”, jak pokazano na Uzupełniającym Rysunku 7. Dostarcz 12 V DC do kontrolera grzałki z zacisku J4 podłączonego do zasilacza sieciowego. Obniż napięcie z 12 V DC do 3,3 V DC dla zasilania obwodu za pomocą stabilizatora, ponieważ napięcie zasilania CPU wynosi 3,3 V DC.
    NOTKA: USB 1 to zacisk przeznaczony do 5 V DC oraz sygnału szeregowego komputera programującego. Choć 5 V DC nie jest obowiązkowe, jest używane jako źródło zasilania do programowania CPU. To napięcie również jest konwertowane do 3,3 V DC przez stabilizator. J1 to zacisk sygnału sterującego w trakcie programowania. Ten obwód znajduje się w obudowie kontrolera pokazanej na Uzupełniającym Rysunku 8.
  2. Przygotuj „obwód sterowania grzałką”, jak pokazano na Uzupełniającym Rysunku 7. Przełącz napięcie na 12 V DC za pomocą Q5 (tranzystor MOSFET kanału P) i dostarcz je do grzałki. Q5 to element przełączający, który kontroluje 12 V DC za pomocą sygnału PWM w celu regulacji mocy dostarczanej do grzałki.
    NOTKA: Obwód zawiera diodę LED do wizualnej weryfikacji, czy napięcie jest dostarczane do grzałki. Ten sygnał sterujący (HEATER_C) to sygnał PWM pochodzący z CPU. Gdy obwód zabezpieczający wykryje sygnał przegrzania, sygnał BREAKER przełącza się na stan niski, a praca tranzystora MOS-FET się zatrzymuje. Ten obwód znajduje się w obudowie kontrolera pokazanej na Uzupełniającym Rysunku 8.
  3. Przygotuj „obwód łączący z jednostką grzałki”, jak pokazano na Uzupełniającym Rysunku 7. Zainstaluj złącze USB do połączenia z sekcją grzałki.
    NOTKA: Ten obwód znajduje się w obudowie kontrolera pokazanej na Uzupełniającym Rysunku 8.
  4. Przygotuj „obwód łączący z czujnikiem temperatury”, jak pokazano na Uzupełniającym Rysunku 7. Zamontuj złącze (gniazdo Euroblock 2P), aby połączyć czujnik temperatury.
    NOTKA: Ten obwód znajduje się w obudowie kontrolera pokazanej na Uzupełniającym Rysunku 8.
  5. W przypadku „przetwornika A/C”, jak pokazano na Uzupełniającym Rysunku 7, użyj ADS 1015 jako urządzenia do konwersji A/C.
    NOTKA: Urządzenie do konwersji A/C przekształca wartości czujnika temperatury i czujnika wykrywania przegrzania z napięcia na wartości cyfrowe. Jest to 12-bitowe urządzenie przetwarzania A/C z multiplekserem, podłączone do CPU za pomocą interfejsu I2C. Ten obwód znajduje się w obudowie kontrolera pokazanej na Uzupełniającym Rysunku 8.
  6. Stwórz „obwód zabezpieczający”, jak pokazano na Uzupełniającym Rysunku 7, podłączając sygnał czujnika wykrywania przegrzania (OHS) do wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego. Porównaj ten sygnał z napięciem z potencjometru podłączonego do wejścia nieodwracającego.
    1. Upewnij się, że gdy napięcie staje się niższe niż napięcie potencjometru, wyjście wzmacniacza operacyjnego przechodzi do stanu wysokiego, co powoduje włączenie tranzystora NPN Q2, a sygnał BREAKER przechodzi do stanu niskiego.
    2. Upewnij się, że jednocześnie Q4 zostaje włączony, a podłączona dioda LED wskazująca przegrzanie D6 się świeci.
      NOTKA: Ten obwód znajduje się w obudowie kontrolera pokazanej na Uzupełniającym Rysunku 8.
  7. W przypadku „sekcji wyświetlania”, jak pokazano na Uzupełniającym Rysunku 7, użyj wyświetlacza OLED o rozdzielczości 192 x 64 punkty. Połącz go z CPU za pomocą interfejsu I2C.
    1. Wyzeruj wyświetlacz OLED, odłączając GND wyświetlacza OLED sygnałem IO0 z CPU za pomocą tranzystora NPN Q1 podłączonego do GND wyświetlacza OLED.
      NOTKA: Ten wyświetlacz OLED prezentuje różne rodzaje informacji. Ten obwód znajduje się w obudowie kontrolera pokazanej na Uzupełniającym Rysunku 8.
  8. W przypadku „diody LED i enkodera obrotowego z przyciskiem”, jak pokazano na Uzupełniającym Rysunku 7, zamontuj enkoder obrotowy za pomocą lutu, który działa jako przycisk wciskany i zawiera dwie diody LED.
    1. Podłącz jedną diodę LED do VCC, aby służyła jako wskaźnik zasilania. Drugą podłącz do CPU, aby służyła jako wskaźnik pracy grzałki.
    2. Użyj styku przycisku do uruchomienia/zatrzymania grzałki, podłączonego do CPU. Podłącz wyjścia A i B enkodera obrotowego do wejść IO ustawionych jako przerwanie w CPU.
      NOTKA: Ten obwód znajduje się w obudowie kontrolera pokazanej na Uzupełniającym Rysunku 8.
  9. W przypadku CPU, jak pokazano na Uzupełniającym Rysunku 7, użyj CPU typu WROOM - 02D.
    1. Wyjście z IO12, IO13 do „jednostki wyświetlania”, ponieważ interfejs wyświetlacza jest zgodny ze standardem I2C. Podłącz IO0 do „jednostki wyświetlania” i zresetuj wyświetlacz OLED.
    2. Podłącz IO15 do „jednostki sterowania grzałką” i kontroluj moc dostarczaną do grzałki za pomocą wyjścia PWM.
    3. Podłącz IO2 do „diody LED i enkodera obrotowego z przyciskiem” i załącz diodę LED START. Podłącz IO4 i IO14 do „diody LED i enkodera obrotowego z przyciskiem” i odbieraj sygnały (REA i REB) z enkodera obrotowego w celu ustawienia temperatury. Podłącz IO5 do „diody LED i enkodera obrotowego z przyciskiem” i uruchamiaj/zatrzymuj grzałkę.

3. Schemat projektu oprogramowania

  1. Użyj Arduino CORE dla WROOM - 02D jako kontrolera CPU dla tego systemu.
    UWAGA: Jako urządzenia wejściowe stosuje się przełącznik start/stop, enkoder obrotowy i czujnik temperatury (termistor). Jako urządzenia wyjściowe wykorzystuje się diodę LED, wyświetlacz alfanumeryczny (OLED) oraz grzałkę. Urządzenie komunikacyjne wykorzystuje Wi-Fi.
  2. Zarys działania
    1. Wykryj działanie enkodera obrotowego, jak pokazano na LED i enkoderze obrotowym z przełącznikiem wciskanym na Uzupełniającym rysunku 7, zapisz go jako ustawioną temperaturę i wyświetl na OLED. Ustaw wejście CPU, do którego podłączone są zaciski fazowe REA i REB, jako przerwanie wejściowe i przetwarzaj obrót (w przód i wstecz) enkodera obrotowego za pomocą przerwania. Ustaw wartość +1 dla obrotu w przód i -1 dla obrotu wstecz. Zapisz ustawioną temperaturę w zmiennej globalnej i użyj jej do sterowania temperaturą grzałki. Jednocześnie aktualizuj wyświetlanie ustawionej temperatury na OLED.
    2. Identyfikuj start i stop za pomocą wejścia CPU IO 5 poprzez przełącznik start/stop (SW-S), jak pokazano na CPU na Uzupełniającym rysunku 7. Stan przełącznika start/stop jest przetwarzany przez przerwanie timera co 50 ms.
      UWAGA: Ponieważ przełącznik jest chwilowy, odwraca stan start/stop po naciśnięciu i zwolnieniu. Ten stan jest przechowywany w zmiennej globalnej.
    3. Użyj termistora jako czujnika temperatury. Odczytaj zmierzone wartości z czujnika próbek (zobacz „obwód łączący do podłączenia grzałki” na Uzupełniającym rysunku 7) do CPU po konwersji A/C (zobacz „konwerter A/C” na Uzupełniającym rysunku 7). Dostarcz prąd do grzałki, włączając port IO15 w „CPU” na Uzupełniającym rysunku 7.
      UWAGA: Istnieją dwa typy czujników temperatury. Jeden służy do pomiaru temperatury próbki i kontroli grzałki na podstawie ustawionej temperatury, drugi jest zamontowany na grzałce i służy do zabezpieczenia przed przegrzaniem. Podłącz termistor do 3,3 V poprzez rezystor i rejestruj zmianę rezystancji jako zmianę napięcia. Usuń zakłócenia metodą średniej ruchomej.
    4. Użyj termistora jako czujnika temperatury do zabezpieczenia przed przegrzaniem. Wykrywanie przegrzania odbywa się za pomocą termistora (R2) („obwód łączący do podłączenia grzałki” na Uzupełniającym rysunku 7), a gdy przekroczona zostanie wartość ustawiona, prąd do grzałki jest odłączany („obwód zabezpieczający” na Uzupełniającym rysunku 7).
      UWAGA: Ten czujnik jest wbudowany w obwód i nie działa przez CPU. Czujnik działa niezależnie od CPU i porównuje wartość rezystancji ustawioną za pomocą rezystora strojenia za pomocą wzmacniacza różnicowego w sposób analogowy. Gdy wykryje, że temperatura przekroczyła wartość ustawioną, ingeruje w przełącznik FET, który kontroluje prąd do grzałki, i wymusza zatrzymanie dopływu prądu. Celem jest zapobieganie przekroczeniu określonego poziomu temperatury grzałki nawet w sytuacji, gdy CPU nie działa poprawnie.
    5. Włącz diodę LED w „LED i enkoder obrotowy z przełącznikiem wciskanym” na Uzupełniającym rysunku 7 za pomocą CPU (w „CPU” na Uzupełniającym rysunku 7), gdy urządzenie jest włączone.
    6. Wyświetl ustawioną temperaturę i wartość zmierzoną na OLED w „sekcji wyświetlania” na Uzupełniającym rysunku 7 za pomocą CPU (w „CPU” na Uzupełniającym rysunku 7).
    7. Steruj przełącznikiem FET w „obwodzie sterowania grzałką” na Uzupełniającym rysunku 7 za pomocą sygnału PWM z CPU, aby kontrolować grzałkę.
    8. Steruj grzałką metodą PID, opartą na temperaturach zmierzonych przez czujnik temperatury. Użyj biblioteki pid_v1.h z Arduino do przetwarzania PID.
      UWAGA: CPU kalibruje czas, komunikuje się z serwerem, przesyła dane i odbiera instrukcje z serwera. Gdy temperatura czujnika przekroczy ustawioną temperaturę, prąd do grzałki jest ustawiany na 0, co ogranicza przeregulowanie.
    9. Użyj wbudowanej funkcji połączenia Wi-Fi w CPU i połącz się z Internetem. Przesyłaj ustawioną temperaturę, temperaturę grzałki itp. na wskazany serwer za pomocą Wi-Fi.

4. Konfiguracja systemu

  1. Zbuduj układ zgodnie z Uzupełniającym Rysunkiem 9.
  2. Podłącz kontroler do sieci Wi-Fi.
  3. Użyj termistora jako czujnika do pomiaru temperatury. Podłącz przewód termistora do zacisku „SENSOR” na obudowie kontrolera. Odbierz sygnał temperatury mierzony przez termistor.
  4. Połącz za pomocą dedykowanego kabla stolik mikroskopowy z ogrzewaczem gumowym z zaciskiem „HEATER” na obudowie kontrolera. Reguluj natężenie prądu dopływaющего do ogrzewacza gumowego.
  5. Zmień ustawioną temperaturę za pomocą pokrętła na kontrolerze.
    UWAGA: Monitorowanie dziennika temperatury oraz ustawianie temperatury można wykonywać zdalnie z komputera lub smartfona.
  6. Przesyłaj zmierzone wartości temperatury, ustawionej temperatury oraz informacje o czasie pomiaru z kontrolera na serwer poprzez Internet. Czas cyklu pomiarowego wynosi 5 s, a czas cyklu przesyłania danych na serwer to 1 min.
  7. W regularnych odstępach czasu uzyskuj dostęp do serwera ze strony kontrolera i przesyłaj dane pomiarowe zapisane w procesorze kontrolera na serwer w celu analizy i tworzenia wykresów.
  8. Zapoznaj się z materiałami uzupełniającymi, aby dowiedzieć się, jak obsługiwać serwer.

5. Projekt mikroskopu bocznego odwróconego

  1. Umocuj dwie płyty aluminiowe o grubości 15 mm pionowo za pomocą śrub, aby stworzyć podstawowe uchwyty.
  2. Przymocuj prowadnicę (w jednym miejscu) do poziomej części podstawy uchwytu.
  3. Ustaw część stołu mikroskopu pionowo, przymocuj prowadnice (w dwóch miejscach) do pionowej części podstawy statywu i zamocuj dolną część mikroskopu do podstawy statywu.
  4. Zamocuj stół mikroskopu za pomocą śrub.

6. Metoda działania

UWAGA: W tym przypadku używany próbką jest mieszanina płynnego medium hodowlanego Bolda z modyfikowanym podstawowym roztworem składników mineralnych dla wód słodkich, metakrzemianu sodu, witamin i wody sterylnej. 800 μL tej próbki rozcieńcza się w 10 mL świeżego medium wodnego.

  1. Metoda obserwacji
    1. Wstrzyknij 1 000 μL przygotowanego próbki do samodzielnie wykonanej komory szklanej.
      UWAGA: Samodzielnie wykonana komora szklana składa się z dwóch szkiełek mikroskopowych ułożonych równolegle i przytwierdzonych za pomocą kleju. Zwykła szalka Petriego ma dużą grubość, przez co komórki mogą uciekać w kierunku głębokości komory, co utrudnia obserwację mikroskopową. Aby temu zapobiec, wykonuje się komorę o małej głębokości, co uniemożliwia ucieczkę komórek w kierunku głębokości. W celu uszczelnienia wokół szkła stosuje się klej epoksydowy twardniejący w niskiej temperaturze, aby zapobiec wyciekaniu próbki z komory.
    2. Przymocuj oddzielnie przygotowaną kamerę wideo do mikroskopu. Podłącz kamerę wideo za pomocą dedykowanego adaptera obiektywu mikroskopu i wykonaj nagrywanie próbki.
    3. Użyj mikroskopu z okularami 10x i obiektywem 200x.
    4. Przymocuj pionową płytę stolika mikroskopowego do mikroskopu w czterech miejscach za pomocą śrub 4 mm.
      UWAGA: Projekt rysunków płyt aluminiowych przedstawiono na Supplemental Figure 1A oraz Supplemental Figure 2A. W tym doświadczeniu użyto mikroskopu odwróconego. Mikroskop ten został obrócony o 90°, a wykonaną płytę stolika mikroskopowego przymocowano za pomocą śrub. Zobacz Figure 1.
    5. Umocuj próbkę za pomocą dwóch gumek, wykorzystując cztery wykonane wzdłużnie zaczepy. Umieść próbkę na stoliku mikroskopu prostopadle do powierzchni podłoża.
    6. Ustaw temperaturę na 40 °C za pomocą kontrolera pokazanego na Supplemental Figure 8. Obróć pokrętło kontrolera, aby ustawić temperaturę. Sprawdź ustawioną temperaturę na wyświetlaczu. Naciśnij pokrętło, aby uruchomić regulację temperatury – zapali się niebieska dioda LED. Naciśnij ponownie pokrętło, aby wyłączyć diodę LED i zatrzymać regulację temperatury.
      UWAGA: Mierzona temperatura jest wyświetlana w czasie rzeczywistym, a grzałka jest kontrolowana w celu osiągnięcia zadanej temperatury. Gdy regulacja temperatury się uruchomi, niebieska dioda LED się zapala i pozostaje włączona przez cały czas działania grzałki. Gdy grzałka przegrzeje się, zapala się czerwona dioda LED, a grzałka automatycznie się wyłącza.
    7. Zobacz „The Server Operation Manual” w materiałach uzupełniających, aby uzyskać instrukcje obsługi serwera.
      UWAGA: Wymagany jest serwer do przechowywania danych. Baza danych serwera wykorzystuje My-SQL.

7. Pomiar rozkładu temperatury powierzchniowej grzałki gumowej

  1. Zmierz rozkład temperatury na powierzchni grzałki gumowej metodą termografii, aby sprawdzić jednorodność temperatury.
  2. Zamocuj stolik mikroskopowy wyposażony w grzałkę gumową na statywie.
  3. Zmień ustawioną temperaturę powierzchni grzałki gumowej na 35 °C, 45 °C, 55 °C i 65 °C, a następnie dokonaj pomiaru za pomocą termografii z przodu (zobacz Supplemental Figure 10).

8. Test odpowiedzi na temperaturę

  1. Uruchom kontrolę temperatury, ustawiając temperaturę zestawu próbek na 30 °C. Odczekaj, aż wartość pomiarowa osiągnie 30 °C i ustabilizuje się. Zwiększaj ustawioną temperaturę krokowo o 5 °C, zwiększając ją z 30 °C do 50 °C, i odczekaj, aż wartość pomiarowa ustabilizuje się po każdej kolejnej ustawionej temperaturze.
  2. Krokowo obniżaj ustawioną temperaturę o 5 °C, zmniejszając ją z 50 °C do 30 °C, i sprawdź zdolność śledzenia wartości pomiarowej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Rysunek 2 przedstawia rozkład temperatury grzałki gumowej. Temperatura powierzchni grzałki gumowej była jednorodna dla każdej z temperatur. Rysunek 3 pokazuje reakcję zmierzonej temperatury na zmiany temperatury zadanej. Pomarańczowa linia przedstawia temperaturę zadaną, a niebieska linia obrazuje zmianę temperatury próbki. Przebieg wartości zmierzonej względem zmiany ustawienia wykazuje niewielki przeregulowanie, a śledzenie par...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Analiza trajektorii poruszających się komórek okrzemek jest użytecznym podejściem do oceny ruchliwości okrzemek. Jednakże, podczas gdy normalny mikroskop odwrócony obserwuje próbki w poziomie, nie nadaje się do obserwacji wpływu grawitacji lub ruchu unoszącego się w kierunku pionowym. Opracowany i opisany tutaj jest pionowy stolik mikroskopowy z regulacją temperatury i przymocowany do odwróconego mikroskopu, który został obrócony o 90°. Ten stolik mikroskopowy z regulacją temperatury umożliwia obserwację zależnego od tem...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają żadnych konfliktów do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy nie mają żadnych podziękowań.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Zasilacz sieciowy 12V2AAkizuki Denshi Tsusho Co., Ltd.AD-D120P200Tokio, Japonia
ADS1015 PodłożeAkizuki Denshi Tsusho Co., Ltd.adafruit ID produktu: 1083Tokio, Japonia
Talerz aluminiowy (tylna płyta boczna)Inoval Co., Ltd.W 150mm i razy; L 200?&razy; T 1,5 mmGifu, japońska
płyta aluminiowa (płyta czołowa)Inoval Co., Ltd.W 150mm i razy; L 200?&razy; T 2mmGifu, japońska
płyta aluminiowa (środkowa dolna płyta)Inoval Co., Ltd.W 150mm i razy; L 200?&razy; T 4mmGifu, japońska
płyta aluminiowa (środkowa górna płyta)Inoval Co., Ltd.W 150mm i razy; L 200?&razy; T 5mmGifu, japoński
aluminiowy cokół (dolna płyta)Inoval Co., Ltd.D 100mm i razy; T 3mm (30Φ)Gifu, Japonia
Aluminiowy cokół (płyta górna)Inoval Co., Ltd.D 100mm i razy; T 3mm (30Φ)Gifu, Japonia
Bold Modified Basal Słodkowodna pożywkaSigma-Aldrich Co. LLCB5282-500MLSt. Louis, USA
Przypadek kontroleraMarutsu Elec Co., Ltd.pff-13-3-9Tokio, Japonia
ProcesorAkizuki Denshi Tsusho Co., Ltd.ESP-WROOM-02DTokio, Japonia
Mikroskop odwróconyOlympus CorporationCKX 53Tokio, Japonia
Klej na bazie żywicy epoksydowej utwardzany w niskiej temperaturzeThreeBond Co., Ltd.TB2086MTokio, Japonia
Wieloobrotowy półstały wolumen Typ pionowy 500 ΩAkizuki Denshi Tsusho Co., Sp. z o.o.3296W-1-501LFTokio, Japonia
Moduł OLEDAkihabara Inc.M096P4WTokio, Japonia
Prasowany korek (do elektrody nośnej)Tera Co., Ltd.W 42mmi razy; L 30?;Ishikawa, Japonia
Tłoczony korek (dolny dysk)Tera Co., Ltd.D 100mm i razy; T 0,5 mm (20Φ)Ishikawa, Japonia
Tłoczony korek (górny dysk)Tera Co., Ltd.D 100mm i razy; T 2,5 mm (20Φ)Ishikawa, Japonia
Enkoder obrotowy z przełącznikiem z 2-kolorową diodą LEDAkizuki Denshi Tsusho Co., Ltd.P-05772Tokio, Japonia
Grzejnik z gumy silikonowejThree High Co., Ltd.D 100mm i razy; T 2,5 mm (20Φ)Kanagawa, Japonia
PodłożeSeeed Technology Co., Ltd.mh5.0Shenzhen, Chiny
Czujnik temperaturyAkizuki Denshi Tsusho Co., Ltd.NXFT15XH103FA2B050Tokio, Japonia
Trzyzaciskowy regulator DC/DC 3,3 VMarutsu Elec Co., Ltd.BR301Tokio, Japonia
Uniwersalne elastyczne ramięBanggood Technology Co., Ltd.YP-003-2Hongkong, Chiny
USB USB-A - MicroUSBAkizuki Denshi Tsusho Co., Ltd.USB A-MICROBTokio, Japonia
Video CaneraSony CorporationHDR-CX590Tokio, Japonia

Bibliografia

  1. Drum, R. W. Electron Microscope Observations of Diatos. Osterreichische Botanische Zeitschrift. 116, 321(1969).
  2. McBride, T. P. Preparing Random Distributions of Datom Values on Microscope Slides. Limnology and Oceangraphy. 33, 1627-1629 (1988).
  3. Liu, X. Y., Lu, Z., Sun, Y. Orientation Control of Biological Cells Under Inverted Microscopy. IEEE-ASME Transactions on Mechatronics. 16, 918-924 (2011).
  4. Kahle, J., et al. Applications of a Compact, Easy-to-Use Inverted Fluorescence Microscope. American Laboratory. 43, 11-14 (2011).
  5. Prunet, N., Jack, T. P., Meyerowitz, E. M. Live confocal imaging of Arabidopsis flower buds. Developmental Biology. , 114-120 (2016).
  6. Nimchuk, Z. L., Perdue, T. D. Live Imaging of Shoot Meristems on an Inverted Confocal Microscope Using an Objective Lens Inverter Attachment. Frontiers in Plant Science. 8, 10(2017).
  7. Hedde, P. N., Malacrida, L., Ahrar, S., Siryaporn, A., Gratton, E. sideSPIM - selective plane illumination based on a conventional inverted microscope. Biomedical Optics Express. 8, 3918-3937 (2017).
  8. Crowe, W. E., Wills, N. K. A simple Method for Monitoring Changes in Cell Height using Fluorescent Microbeads and an Ussing-type Chamber for the Inverted Microscope. Pflugers Archiv-Europian journal of Physiology. , 349-357 (1991).
  9. Bavister, B. D. A Minichamber Device for Maintaining a Constant Carbon-Dioxide in Air Atmosphere during Prolonged Culture of Cells on the Stage of an Inverted Microscope. In Vitro Cellular & Developmental Biology. 24, 759-763 (1988).
  10. Makler, A. A New version of the 10-MU-M Chamber and its use for Semen Analysis with Inverted Microscope. Archives of Andrology. 13, 195-197 (1984).
  11. Xu, Z., et al. Flexible microassembly methods for micro/nanofluidic chips with an inverted microscope. Microelectronic Engineering. 97, 1-7 (2012).
  12. Datyner, N. B., Gintant, G. A., Cohen, I. S. Versatile Temperature Controlled Tissue Bath for Studies of Isolated Cells using an Inverted Microscope. Pflugers Archive- Europian Journal of Physiology. 403, 318-323 (1985).
  13. Claudet, C., Bednar, J. Magneto-optical tweezers built around an inverted microscope. Applied Optics. 44, 3454-3457 (2005).
  14. Yamaoka, N., Suetomo, Y., Yoshihisa, T., Sonobe, S. Motion analysis and ultrastructural study of a colonial diatom, Bacillaria paxillifer. Microscopy. 65, 211-221 (2016).
  15. Apoya-Horton, M. D., Yin, L., Underwood, G. J. C., Gretz, M. R. Movement modalities and responses to environmental changes of the mudflat diatom Cylindrotheca closterium (Bacillariophyceae). Journal of Phycology. 42, 379-390 (2006).
  16. Bannon, C. C., Campbell, D. A. Sinking towards destiny: High throughput measurement of phytoplankton sinking rates through time-resolved fluorescence plate spectroscopy. PLoS One. 12, 16(2017).
  17. Clarkson, N., Davies, M. S., Dixey, R. Diatom motility and low frequency electromagnetic fields - A new technique in the search for independent replication of results. Bioelectromagnetics. 20, 94-100 (1999).
  18. Iwasa, K., Shimizu, A. Motility of Diatom, Phaeodactylum-Tricornutum. Experimental Cell Research. 74, (1972).
  19. Edgar, L. A. Mucilage Secretions of Moving Diatoms. Protoplasma. 118, 44-48 (1983).
  20. Edgar, L. A. Diatom Locomotion. Computer-Assisted Analysis of Cine Film British Phycological Journal. 14, 83-101 (1979).
  21. Iversen, M. H., Ploug, H. Temperature effects on carbon-specific respiration rate and sinking velocity of diatom aggregates - potential implications for deep ocean export processes. Biogeosciences. 10, 4073-4085 (2013).
  22. Riebesell, U. Comparison of Sinking and Sedimentation-Rate Measurements in a Diatom Winter Spring Bloom. Marine Ecology Progress Series. 54, 109-119 (1989).
  23. Drum, R. W., Hopkins, J. T. Diatom Locomotion - An Explanation. Protoplasma. 62, (1966).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Pionowy stolik mikroskopowysystem kontroli temperaturywykonanie płyty aluminiowejsilikonowy grzejnik gumowymonitorowanie temperatury przez Wi-Fiurządzenie do mocowania próbekobserwacja wpływu grawitacjipionowy ruch okrzemkówanaliza konwekcji termicznejzdalne sterowanie temperaturą
Wykonanie stolika mikroskopowego do obserwacji pionowej z funkcją kontroli temperatury
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.