像自由游动的线虫的微生物<em> C.线虫</em>,生活和行为在一个复杂的三维环境。我们提供一个新的方法,分析报告<em> C.线虫</em>用衍射图案。这种方法包括跟踪的时间周期的衍射图案所产生的激光通过试管指导。
土壤和水生微生物的生活和行为在一个复杂的三维环境。相反,大多数微小的有机体行为的研究,已用显微镜为基础的方法,极限的运动和行为,近一个狭窄的二维重点领域。我们提出了一种新的分析方法,提供实时分析自由游泳C.而不依赖于显微镜为基础的设备中的一个反应杯中线虫 。这种方法包括跟踪引导激光通过比色皿的光所产生的时间的周期性的X射线衍射图案。我们测量振荡频率为自由游动的线虫。
远场衍射图案的分析揭示了有关波形的线虫的线索。衍射是弯曲物体周围的光的过程。在这种情况下的光被衍射的生物体。光波的干涉,并可以形成广告也是衍射极限的格局。一种远场,或夫琅和费衍射图案形成,如果屏幕到对象的距离为远远大于衍射对象。在这种情况下,衍射图案可以计算(模拟)使用傅里叶变换。
是自由生活的线虫生活在土壤中的线虫,在三维空间导航。他们移动的正弦运动器官的模式称为爬行,在不同的模式称为游泳液体在固体基质,如土壤或琼脂。3扮演的角色的感官信息提供mechanosensory,化学感受,thermosensory的细胞,支配塑料运动器官的变化模式和开关模式才刚刚开始被阐明。我们描述一个光学测量线虫运动在三个方面,不需要显微镜,让我们开始探索线虫运动的复杂性,根据不同的合作方式条件。
我们已经开发出一种新颖的方法来运动的实时测量和简单的运动器官的行为在微观有机体如线虫,不需要使用显微镜。8这种方法的方法也可以用于研究许多微生物,如原生生物。此方法只限于所使用的光的波长。的生物体不应该是小于光的波长。除了所需要的设备的成本节省和便携性,这种方法的一个主要优点是在实时和在三个维度的行为的能力来衡量,在显微镜下的图像平面没有狭窄的限制。它也可以使用这种技术,研究重力或许多其他条件的行为,可以不使用显微镜为基础的方法进行研究的影响。因此,我们可以更好地了解微生物的自然运动器官BEHAviors从显微镜载玻片上滴或专门的微流体室(Park 等 ,2008年)的限制中解脱出来。
的衍射图案中的相位信息的缺乏不允许衍射自远场衍射图案的傅立叶变换的绝对值的平方成正比的对象相对应的图像的直接检索。因此,我们现蠕虫图像计算衍射图案,使他们能够自由游泳线虫( 图6)与衍射图案的匹配。
这种方法已经取得了阶段性成果,为真正的自由游泳C.线虫,并可以应用到任何微观物种回旋像水或许多不同的离子溶液中的光学透明的环境。只允许常规显微镜研究微米的顺序上与焦点深度11,这是由于有限的景深时的光线聚焦:
这里的F-数N有互惠关系的混乱(三)与圆 ,短焦距与大C。12,13衍射法虽然这肯定不是一个替代传统的显微镜,它能够很快,所以甚至可以被操纵,物种实时低成本提供定量结果。的衍射图案,可以得到与任何激光指针。可以以较低的时间分辨率,使用普通的数码相机拍摄的衍射图案。虽然用户可能没有随时可用显微镜或光电二极管,在此实验中,如测量抖动的频率和评价衍射图案的关键部位,可以以非常低的成本完成。
The authors have nothing to disclose.
我们感谢Tzlil Rozenblat,亚历山德拉·贝洛和卡尔·Spuhler的技术援助。这项工作是由瓦瑟学院本科生科研暑期学院(URSI),露西·梅纳德·鲑鱼研究基金和美国航空航天局奖#NX09AU90A,国家科学基金会(National Science Foundation)卓越研究中心科学与技术奖(NSF-CREST)#0630388和美国国家科学基金会奖#1058385。
Name | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
543 nm HeNe Laser | Melles Griot | LGX1 | Any laser in the visible range with less than 5 mW can be used. |
2 Front Surface Aluminum Mirrors | Thorlabs | PF10-03-F01 | |
High Speed Exilim Camera | Casio | ||
Quartz Cuvette | Starna Cells | 21/G/5 | |
LoggerPro (Software) | Vernier | http://www.vernier.com/products/software/lp/ | |
Mathematica 8 | Wolfram | http://www.wolfram.com/ |