自由遊泳性の線虫のような微細な生物<em> Cエレガンス</em>住んでいると、複雑な3次元環境で動作します。我々は分析を提供斬新なアプローチを報告<em> Cエレガンス</em>回折パターンを使用しています。このアプローチは、キュベットを通過するレーザ光を向けることによって、生成された回折パターンの時間的な周期性を追跡で構成されています。
土壌や水生生物顕微鏡は、生きているし、複雑な3次元環境で動作します。微生物の挙動のほとんどの研究は、これとは対照的に、狭い、ほぼ2次元焦点フィールドへの移動や行動を制限する顕微鏡ベースのアプローチを使用して行われてきた。1我々はのリアルタイム分析を提供しています小説分析的なアプローチを提示自由にCを泳ぐ顕微鏡ベースの機器に依存せずに、キュベット内エレガンス 。このアプローチは、キュベットを通過するレーザ光を向けることによって、生成された回折パターンの時間的な周期性を追跡で構成されています。私たちは、自由に泳いで線虫の発振周波数を測定する。
遠視野回折パターンの解析は、線虫の波形についての手がかりを明らかにする。回折は、オブジェクトの周りに曲げ光のプロセスです。この場合、光は生物によって回折される。光の波が干渉して、広告を形成することができるiffractionパターン。画面とオブジェクトの距離が回折物体よりもはるかに大きい場合、遠方界、またはフラウンホーファー、回折パターンが形成される。このケースでは、回折パターンは、フーリエ変換を用いて(モデル化)を算出することができる。2
C. elegansのは、三次元的に移動する自由生活土壌中に生息する線虫である。彼らは、クロールや水泳と呼ばれる別のパターンで液体で呼び出さ正弦歩行パターンにおける土壌や寒天のような固体マトリックス上で両方を移動します。機械刺激、化学感覚、および運動器官における可塑的変化を支配thermosensory細胞によって提供される感覚情報が演じる3ロールパターン内のパターンとスイッチだけ解明され始めている。私たちは顕微鏡を必要としませんし、私たちは別の共同の下に線虫の運動の複雑さを探求し始めることを可能にする三次元で線虫の運動を測定する光学的ア プローチを記述する4nditions。
我々は。リアルタイム運動の測定と顕微鏡の使用を必要としない線虫のような微細な生物の単純な運動器官の行動への新しいアプローチを開発してきた8この方法論的アプローチは、原生生物のような多数の微細な生物を研究するために利用することができる。このメソッドは、使用する光の波長によって制限される。生物は光の波長よりも小さくするのも避けるべきでしょう。必要な機器のコスト削減と移植性に加えて、このアプローチの主要なメリットの1つは、顕微鏡下の画像平面の狭い制約を受けることなく、リアルタイムでかつ3次元で動作を測定する機能です。これは、顕微鏡ベースのアプローチを用いて研究することができません行動に対する重力やその他多数の条件の影響を調べるために、この手法でも可能です。9したがって、私たちは微生物自然歩行behaのより良い理解を得ることができます顕微鏡スライド水滴や特殊なマイクロ流体室(Park ら 、2008)の範囲から解放viors 10
回折パターンにおける位相情報の欠如は、遠方界回折パターンは、フーリエ変換の絶対値の二乗に比例するので、回折オブジェクトに対応した画像を直接検索することができません。彼らは自由に泳いで線虫( 図6)の回折パターンと一致させることができるように我々は、したがって、ワーム画像から回折パターンを計算している。
この方法では、本当に自由で水泳の結果が得られているエレガンスとは、水または多くの異なるイオン性溶液のような光学的に透明な環境で演習その任意の微視的な種に適用することができます。従来の顕微鏡は、マイクロメートルのオーダーの焦点深度を用いた研究のみを許可。11これが限られたためである被写界深度光の焦点を合わせる:
この回折法は、確かに従来の顕微鏡に代わるものではありませんここで、f ナンバーN(C)短い焦点距離が大きいCに関連付けられているように、 錯乱円との相互関係を持っています。12,13が、それは可能である短期間に種があっても低コストでリアルタイムに操作することができる定量的な結果を提供します。回折パターンは、任意のレーザーポインターを使って取得できます。回折パターンは、通常のデジタルカメラを用いて還元時間分解能で撮影することができます。ユーザが容易に利用可能な顕微鏡またはフォトダイオードを持っていないかもしれないが、そのようなスラッシング周波数を測定し、回折パターンを評価するように、この実験の主要な部分は、非常に低コストで完成させることができる。
The authors have nothing to disclose.
我々は、技術的な支援をTzlil Rozenblat、アレクサンドラ·ベロとカールシュピュラーに感謝します。この作品は、ヴァッサー大学学部研究サマー·インスティテュート(URSI)、ルーシー·メイナード·サーモン研究基金と米航空宇宙局(NASA)受賞#NX09AU90A、科学技術の研究の卓越性のための国立科学財団センター(NSF-CREST)受賞#0630388およびNSFによってサポートされていました賞#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/ |