ونحن ممتنون للدعم معهد بحوث كلية فاسار الجامعية الصيفية (URSI)، وصندوق بحوث سمك السلمون لوسي ماينارد، جائزة وكالة ناسا رقم NX09AU90A، مركز المؤسسة الوطنية للعلوم من أجل التميز البحثي في ​​العلوم والتكنولوجيا (NSF-كريست) جائزة رقم 0630388 ورقم 1058385 جائزة جبهة الخلاص الوطني.

1. C. إعداد ايليجانس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد لوحات بتري من الشباب البالغين C. ايليجانس كما هو موضح في التجارب السابقة التي تنطوي على تعليق C. ايليجانس في السوائل تملأ كفيت 11. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في يوم من تحليل الفيديو، واختيار العيش الديدان الخيطية الكبار الصغار مباشرة إلى كفيت مملوءة بالماء منزوع الأيونات، المقطر باستخدام معول البلاتين كما هو موضح في الخطوة 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد القتلى C. ايليجانس مع التعرض الكلوروفورم. تستمر باتباع الإجراء الموضح لاختيار الديدان الخيطية الحية هو موضح في الخطوة 2. </li></ol> 2. إعداد البصرية لتحليل الفيديو <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تجميع الإعداد التجريبية لخلق صور الظل كما هو مبين في الشكل 1. يمكن وضع الكاميرا في أي المسافة من الشاشة طالما أنها قادرة على التقاط وجهة نظر الأمامية للشاشة. مكان جيد بجانب كفيت التي تواجه الشاشة. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام اثنين على الأقل المرايا لتوجيه الانضباطي انتاج الليزر الهليوم النيون في المتوسع شعاع الجليل بحيث يتم توسيع شعاع ليبلغ قطرها 12 ملم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مكان واحد أو اثنين من الثقوب في مسار الشعاع بحيث يمر شعاع من خلال الثقوب دون عرقلة. استخدام الثقوب لضمان الحفاظ على المحاذاة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توجيه شعاع توسعت على كوفيت الكوارتز شنت الذي هو 10 ملم واسعة، 10 ملم العميق و 4 سم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تضخيم شعاع باستخدام عدسة محدبة، بلانو مع طول بؤري 75 مم الإيجابية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع شاشة العرض حوالي 120 سم من العدسة. سوف مسافات أكبر من هذا تسفر عن التكبير أكبر من صورة الظل. ومع ذلك، فإن جودة الصورة تنخفض مع انخفاض شدة الضوء وnoticeability زيادة التدخل الحيود. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع كاميرا عالية السرعة، والتي هي قادرة على لا يقل عن 60 إطارا في الثانية، بجوار كفيت التي تواجه الشاشة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع مجهر تشريح بالقرب من مجموعة البصريةحتى لنقل السريع من الديدان الخيطية في كفيت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تأمين مؤقتا مسطرة شفافة مع الشعب ملم إلى وسط حامل كفيت عمودي على شعاع توسعت بحيث المشاريع شعاع صورة مكبرة للحاكم على الشاشة. تعيين مقياس طول لتحليل الفيديو. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> على شاشة العرض، بمناسبة حجم المسافة باستخدام مسطرة شفافة قبالة مركز من الصورة المسقطة لتجنب التداخل مع الإسقاط. <a href="Video_1_633nm.MOV" target="_blank">اضغط هنا للفيديو.</a> </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تسجيل هذه الصورة وقياس التكبير. إزالة الحاكم من الإعداد. كرر هذه الخطوة لموجات أخرى مثل زاوية انكسار الضوء لكل طول موجي من خلال عدسة سوف تختلف بسبب الانحرافات اللونية. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استبدال كفيت وملئه إلى حدود 1 ملم من الحافة مع الماء المقطر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء التسجيل في حين أن ضوء الغرفة على بحيث يتم تضمين حجم المسافة في نفسلقطات كصورة المتوقعة. تحويل ضوء قبالة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام رقيقة، بالارض اختيار سلك البلاتين، نقل الشباب البالغين الفردية C. ايليجانس في وقت واحد من لوحة أجار في كفيت عن طريق لمس معول على سطح الماء. سوف الخيطية تصبح مرئية في عمود الماء عندما يدخل شعاع بسبب الضوء المتناثرة. <a href="Video_2_CB678_633nm.mov" target="_blank">اضغط هنا للفيديو.</a> </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تصوير الصور المتوقعة من الديدان لأنها تمر من خلال شعاع الليزر الموسعة. من المهم أن نلاحظ أن هو مقلوب الصورة المسقطة وسوف تظهر الديدان على التحرك في الاتجاه المعاكس لحركتها الفعلية. والديدان التي تنازلي مع الجاذبية يبدو أن التحرك التصاعدي على الشاشة (الشكل 2). </li></ol> 3. إعداد بيانات الفيديو <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استيراد الفيديو إلى برنامج تحليل الفيديو. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين المقياس باستخدام معامل التكبير التي سبق تحديدها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هيئة تنظيم الاتصالاتالمسيخ تشريد خطية من رئيس الديدان الخيطية مظلل مع 10 نقطة على الأقل البيانات عبر المسار بالكامل اتخاذها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> العثور على السرعة في الاتجاه الرأسي من خلال اتخاذ المشتقة (&quot;Y&quot;، &quot;تايم&quot;) وتقسم هذه القيمة من قبل عامل التكبير تحديدها في الخطوة 2.2. </li></ol> 4. تحليل البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحليل النسب خطية من C. ايليجانس: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحقق للتأكد من أن نقاط البيانات على وضع عمودي مقابل الرسم البياني الوقت تشكل عموما خط مستقيم. يمكن تجاهل بعض الانحرافات بسبب حركة الرأس من الديدان الخيطية. إذا كانت نقاط البيانات عموما تشكل خط مستقيم، انتقل إلى الخطوة 4.1.2، وإلا فإن النسب هو غير الخطية وينبغي مواصلة التحليل باستخدام الخطوة 5.1 في هذا البروتوكول. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إنشاء خط الانحدار الخطي من المناسب خط مستقيم 12 إلى البيانات من القائمة التحليل. المنحدر من هذا الخط هو ثم سرعة العمودي للC.ايليجانس. المنحدر هو التغيير في الموقف مقسوما على التغيير في الوقت المناسب خلال فترة زمنية معينة. تحديد سرعة نزول الديدان الحية والميتة في هذه الطريقة (الشكل 3). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> متوسط ​​سرعات السباحة الرأسية من الديدان الخيطية. وحجم عينة من نحو 50 الديدان كافية. مقارنة السرعات السباحة في الديدان الحية مع السرعات الانجراف في الديدان الميتة. </li></ol></li></ol> 5. تحليل الحركة غير الخطية من C. ايليجانس <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من القسم 3، حدد ملف الفيديو تحليلها، مما يدل على أصل غير الخطية داخل عمود الماء (الشكل 4). ويمكن التعرف على أصل غير الخطية باستخدام الخطوة 4.1.1 في هذا البروتوكول. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختر &#39;المنحنى صالح&#39; من القائمة &#39;تحليل&#39; في برنامج تحليل الفيديو. تحديد الدرجة الثانية (الدرجة الثانية) كثيرات الحدود. تناسب المنحنى. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للمنطقة من الفائدة، وضبط احتواءه على الرسم البياني عن طريق تحريك الأقواس على كل جانب سو تناسب على الرسم البياني حتى المنحنى هو قريب جدا من نقاط البيانات داخل مناسبا و / أو جيدا داخل أشرطة الخطأ. البرنامج المناسب يعطي تعبير رياضي لمنحنى المجهزة، وهو وضع عمودي مقابل الوقت. النظر في الأخطاء منحنى المجهزة التي قدمها البرنامج المقترن الخصائص الفيزيائية. خطأ النسبية 15٪ أو أقل وعادة ما يكون مقبولا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إضافة المزيد من منحنى يناسب لتغطية أقسام إضافية من البيانات. خدد 13 وظائف للتغطية الأمثل: تأكد من أن منحنى يناسب التداخل ومحاولة محاذاة المنحنيات المجاورة بحيث المباراة المنحدرات في المناطق المتداخلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحصول على سرعة لمنطقة من الاهتمام من خلال اتخاذ مشتق من منحنى المجهزة باستخدام تعبير رياضي حصلت عليه في الخطوة 5.1.3. قد تختلف السرعات في الوقت المناسب. لاحظ أنه مشتق هو المنحدر من وظيفة. يمكن الحصول على المشتقة رياضيا أو بيانيا. في هذه الحالة هو عملية لاستخدام EXPR الرياضية نظراession. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اتخاذ المشتق الثاني من منحنيات المجهزة للحصول على التسارع. قد تختلف تسارع في الوقت المناسب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مضاعفة تسارع من قبل دودة الشامل لحساب الاتجاه الذي يمارس الدودة. كتلة المقدرة معقولة هو 3 ميكروغرام على افتراض أن دودة يتكون في معظمه من الماء. </li></ol>

<ol>
	<li>Ward, A., Lie, J., Feng, Z., Xu, Z. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-sensitive+neurons+and+channels+mediate+phototaxis+in+C.+elegans.">Light-sensitive neurons and channels mediate phototaxis in C. elegans.</a> Nature Neurosci. 11, 916-922 (2008).</li><li>Pierce-Shimomura, J. T., Chen, B. L., Mun, J. J., Ho, R., Sarkis, R., McIntire, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+analysis+of+crawling+and+swimming+locomotory+patterns+in+C.+elegans.">Genetic analysis of crawling and swimming locomotory patterns in C. elegans.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. , 105-20987 (2008).</li><li>Vidal-Gadea, A. G., Davis, S., Becker, L., Pierce-Shimomura, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coordination+of+behavioral+hierarchies+during+environmental+transitions+in+Caenorhabditis+elegans.">Coordination of behavioral hierarchies during environmental transitions in Caenorhabditis elegans.</a> Worm. 1, 5-11 (2012).</li><li>Berri, S., Boyle, J. H., Tassieri, M., Hope, I. A., Cohen, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forward+locomotion+of+the+nematode+C.+elegans+is+achieved+through+modulation+of+a+single+gait.">Forward locomotion of the nematode C. elegans is achieved through modulation of a single gait.</a> HFSP Journal. 3, 186-193 (2009).</li><li>Keller, H. E., Pawley, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Objective Lenses for Confocal Microscopy. Handbook of Biological Confocal Microscopy. , (2006).</li><li>Conrad, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depth+of+Field+in+Depth.">Depth of Field in Depth.</a> Large Format Page Retrieved. , (2011).</li><li>Demtr&#246;der, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laser Spectroscopy Basic Concepts and Instrumentation. , (2003).</li><li>Magnes, J., Raley-Susman, K., Melikechi, N., Sampson, A., Eells, R., Bello, A., Lueckheide, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Freely+Swimming+C.+elegans+Using+Laser+Diffraction.">Analysis of Freely Swimming C. elegans Using Laser Diffraction.</a> Open J. Biophys. 2 (3), 101-107 (2012).</li><li>Mood, A., Graybill, F., Boes, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to the Theory of Statistics. , (1974).</li><li>Taylor, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Classical Mechanics. , (2005).</li><li>Magnes, J., Susman, K., Eells, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Locomotion+Study+of+Freely+Swimming+Micro-organisms+Using+Laser+Diffraction.">Quantitative Locomotion Study of Freely Swimming Micro-organisms Using Laser Diffraction.</a> J. Vis. Exp. (68), (2012).</li><li>Bevington, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. , (1969).</li><li>Lyche, T., Schumaker, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+spline+approximation+methods.">Local spline approximation methods.</a> Journal of Approximation Theory. 15 (4), 294-325 (1975).</li><li>Kim, N., Dempsey, C. M., Kuan, C. -. J., Zoval, J. V., O'Rourke, E., Ruvkun, G., Madou, M. J., Sze, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravity+Force+Transduced+by+the+MEC-4/MEC-10+DEG/ENaC+Channel+Modulates+DAF-16/FoxO+Activity+in+Caenorhabditis+elegans.">Gravity Force Transduced by the MEC-4/MEC-10 DEG/ENaC Channel Modulates DAF-16/FoxO Activity in Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 177, 835-845 (2007).</li></ol>

والكتاب ليس لديهم ما يكشف.

توفر تقنية SWSI وسيلة إضافية لفهم قدرات الحركي من الكائنات الحية المجهرية مثل الديدان الخيطية حرة المعيشة. مع هذه التقنية لقد ميز بين تحرك نشط (السباحة) والانجراف السلبي بسبب الجاذبية تعمل على الديدان الخيطية القتلى. بالإضافة إلى ذلك، عند تغيير الديدان الخيطية السباحة الحرة الاتجاه خلال تحرك في الماء، ونحن قادرون على قياس سحب القوات وقوات الزاوي، والتي تعمل على الديدان الخيطية والديدان الخيطية التي تمارس من قبل. الديدان الخيطية تواجه الظروف البيئية المختلفة داخل التربة. هناك جيوب المياه داخل التربة، وكذلك الجسيمات الصلبة والمواد البيولوجية من مختلف الأشكال والقوام. بالإضافة إلى ذلك، توجد الديدان الخيطية ضمن بيئة الجاذبية التي تستجيب إلى 14. علاوة على ذلك، تتعرض الديدان الخيطية بالقرب من سطح التربة لأطوال موجية مختلفة من الضوء، والتغيرات في درجات الحرارة والرطوبة، وكذلك البيولوجيةالمتغيرات مثل البكتيريا والفطريات والكائنات الحية المفترسة التربة الأخرى. يجب الديدان الخيطية الرد على كل هذه المتغيرات المختلفة، والسباحة والزحف في وسائل الإعلام المختلفة، وتحول وتغيير الاستراتيجيات الملاحية. وتتم كل هذه العمليات الحسابية المعقدة من قبل الخلايا العصبية فقط 302، مجموعة فرعية من التي تشارك في تحرك، و 95 هيئة خلايا العضلات الجدار. قياسات من النوع الذي وصفه تقنية SWSI تقديم نظرة متبصرة في كيفية الديدان الخيطية إنجاز هذا التعقيد الملاحية. بالنسبة للجزء الأول، قمنا بقياس معدل تنازلي العام للwildtype C. ايليجانس في ضوء 633 نانومتر. باستخدام هذه القياسات، ونحن يمكن تقدير قوة السحب لقاءات دودة. لدراسة حالة الديدان الخيطية تسريع، تشارك قوات تغير مستمر منذ التغييرات قوة السحب مع السرعة. هناك بعض التصريحات التي نحن قادرون على جعل عن القوى المؤثرة على دودة. مع تباطؤ الدودة أسفل ويحاول SWايم صعودا المكون العمودي للقوة السحب يقلل حتى يصل إلى الصفر عند نقطة منخفضة من مسار الديدان الخيطية و. عند هذه النقطة، يجب أن يكون دودة قوة التصاعدي لحمام السباحة. هذا الأسلوب يمكن تعديلها بطرق عديدة. يمكن تتبع أي الأنواع المجهرية التي يتنقل في سائل واضحة باستخدام SWSI. ويمكن إجراء دراسات مع أي موجات التي هي في متناول الكاميرات الرقمية. والكاميرات الرقمية اختيار عادة ما يصل أطوال موجية تتراوح بين الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء إلى قرب. بالإضافة إلى ذلك، يمكن إجراء دراسات الأفقي من خلال توجيه الليزر عموديا إلى أعلى. ويمكن بعد ذلك أن توضع الأنواع على سطح شفاف الأفقية، مثل شريحة المجهر. يمكن ضبط المتوسع شعاع عدسة مكبرة أو بعد المتوسع شعاع شحذ الصور الباهتة. يجب أن يكون المستخدم التأكد من ربط جميع المكونات الى طاولة المفاوضات لضمان اتساق وسهلة محاذاة شعاع. طريقة محدودة بسبب طول الموجة الليزر المتاحةالنظام المنسق والقرار. في جوهرها مزايا هذه الطريقة على المجاهر القائمة، والتي هي المرونة في اتجاهات وموجات، هي أيضا نقاط الضعف منذ الإعداد بسيطة. البصريات وبقع غير متطورة من الليزر تحد من القرار. بعض من هذه العيوب يمكن بالتأكيد أن تتحسن في المستقبل بما في ذلك عن طريق تصفية المكانية وإبراز الصورة مباشرة على كاميرا CCD. يمكن بسهولة أن تعلم الخطوات الأكثر أهمية في البروتوكول كما يتم إجراء التجربة للمرة الأولى. وضع الديدان الخيطية في كفيت دون خلق الاضطراب أمر بالغ الأهمية. أيضا، قد الاهتزازات تخل الإعداد وتغيير سلوك الديدان. ومن المؤكد أن تحد من السلطة، والذي يستخدم لخيال الصورة. وينبغي أن تكون 2 ميغاواط لشعاع الليزر الذي هو 1 ملم في القطر الحد الأقصى لتجنب الآثار التدفئة. وينبغي اختبار الإعداد لنثر الآثار عند استخدام سوائل أخرى من الماء المقطر. حاليا معظم مicroscopes تعمل على المستوى الأفقي باستخدام الضوء أو اللون الأبيض المرشحات، والتي لا تزال واسعة جدا في النطاق الموجي. المجاهر التي تستخدم موجات حقا واحدة ولها المرونة في السيناريو عرض، أي وضع أفقي، وعادة ما تقتصر على ميزة واحدة أو أخرى. أيضا، هذه الأنواع من المجاهر وعادة ما تكون مكلفة للغاية والتي لا تزال تقتصر على طائرات التنسيق على عكس أسلوب لدينا. ويمكن بسهولة أن يبنى الإعداد لدينا بميزانية منخفضة للغاية. هذا الأسلوب هو على استعداد لاستخدامها من قبل المدارس والشركات البيئية فضلا عن غيرها من الكيانات التي تعمل مع التمويل الصغير. في المستقبل، وهذه الطريقة يمكن استخدامها في إعداد متطورة جدا لدراسة الآثار في الوقت الحقيقي على تحرك وmechanosensation الأنواع المجهرية. هذا الأسلوب يجعل الدراسات الطول الموجي واحد في مجموعة واسعة من الزوايا والأعماق المشاهدة متاحة بسهولة.

انواع معينة ايليجانس هو الخيطية التربة المفيدة التي تعيش بحرية وهذا هو كائن نموذج قوية لدراسة آليات تنظيم الجينات، والتنمية، ومؤخرا لفهم البيولوجيا الحسية والسلوك. على الرغم من وجود 302 فقط الخلايا العصبية، C. ايليجانس قادرون على الأنماط المعقدة الحركي والسلوكيات الإنجابية، والملاحة، والكيميائي العديد من السلوكيات الأخرى. C. ايليجانس تمتلك mechanoreceptors، المستقبلات الكيميائية وحتى كشف الأطوال الموجية من الضوء الأزرق (وارد وآخرون، 2008) 1. في حين أن الكثير يعرف عن الدوائر العصبية الحسية وظيفة وأنماط الحركي العام في C. ايليجانس، لا يعرف الكثير عن الردود على عدة محفزات المتزامنة أو أكثر تعقيدا من الظروف البيئية يمكن أن تكون على غرار تحت المجهر. وقد كشفت بعض الدراسات أنماط الحركي أكثر تعقيدا التي هي 2،3،4 البلاستيك للغاية. سيكون لدينا منهجية تمكين دراسات نواعمatodes في الحل في الوقت الحقيقي حيث أننا يمكن أن توفر بسهولة الظروف البيئية متعددة في نفس الوقت. هذا السؤال من الصعب معالجة باستخدام تقنيات التصوير التقليدية القائمة على المجهر. قمنا بتطوير تقنية التصوير التي تسمح لنا لوضع الديدان الخيطية ضمن عمود الماء لدراسة السلوكيات الحركي، فضلا عن تحديد قدرات الديدان الخيطية لتغيير تحرك استجابة لظروف بيئية مختلفة. ويرد واحد الطول الموجي الظل التصوير (SWSI) في هذه الورقة لأول مرة لمعالجة أوجه القصور في المجاهر التقليدية. المجاهر التقليدية تقتصر على مراقبة الأنواع في طائرة التنسيق الأفقي بضعة ميكرونات في عمق 5،6. بخصوص الدراسات الطول الموجي واحد، ومعظم المجاهر التقليدية استخدام مرشحات لونية لتصفية الضوء الأبيض على نطاق واسع جدا، وعادة، 50-100 نانومتر. باستخدام الليزر لSWSI يضيق اختيار الطول الموجي إلى أقل من 1 نانومتر مع الحفاظ على علامةشدة الضوء ificant 7. وبالمثل، استخدمت موجات واحدة لقياس الترددات السباحة C. ايليجانس في الوقت الحقيقي 8. لأول مظاهرة من أسلوبنا، نحن نراقب الوضع الأفقي، والعاشر، والوضع الرأسي، ص، من السباحة بحرية C. ايليجانس في عمود الماء، على مسافة حوالي سنتيمتر واحد. على وجه الخصوص، ونحن مهتمون في الحركة العمودية منذ الجاذبية يعمل أيضا عموديا. المنحدر من نوبة خطية إلى الوضع الرأسي يعطي السرعة الرأسية، والخامس ص، من الديدان الخيطية لأنه ينزل في عمود الماء: <img alt="صيغة" fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq1.jpg" width="50" /> (1) جذر متوسط ​​مربع الخطأ (RMSE) 9 يشير إلى نوعية تناسب ويشير إلى ما إذا كانت السرعة الهابطة هو ثابت عموما. ثم يتم حساب متوسط ​​سرعات الرأسي للمجموعة شرق افريقياالأنواع ساعة والديدان الميتة. باستخدام هذه النتائج، والسحب، والتي يمكن أن تقدر تجربة الديدان. للمظاهرة الثانية من أسلوبنا، اخترنا C. ايليجانس التي لم تنزل بمعدل ثابت على عكس غالبية الديدان ملاحظتها. الديدان اختيارها إما استدار وسبح صعودا أو حلقت لفترة من الوقت قبل مواصلة النسب. جسديا، وتبين دراسة الحالة هذه أن فحوى الكائنات الحية الدقيقة السباحة يمكن حسابها. قوانين نيوتن تملي أن الجسم الذي يغير الاتجاهات يسرع، مما يعني قوة الشبكة، <img alt="الفورمولا 1" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq.jpg" width="25" /> ، هو بناء على تلك الهيئة (10): <img alt="الفورمولا 2" fo:content-width="0.7in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq2.jpg" width="70" /> (2) حيث <img alt="ع" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51424/51424p.jpg" width="10" /> هوالزخم الخطي ور هو الوقت. تسارع دودة يتناسب طرديا مع القوة المؤثرة على دودة منذ كتلة دودة لا تزال مستمرة. ونتيجة لذلك، فإن القوة الصافية العمودي هو: <img alt="صيغة 3" fo:content-width=".8in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq3.jpg" width="70" /> (3) حيث m هي كتلة من دودة وذ يمثل التسارع العمودي. القوة الصافية في الاتجاه الرأسي يمثل دودة ثم التوجه في نفس الاتجاه. ويمكن حساب التوجه الكلي من خلال اتخاذ المكون الأفقي في الاعتبار.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:852px;" width="852">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:143px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:375px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tunable Helium-Neon laser&#160;</td>
			<td>Research Electro-Optics</td>
			<td>30602</td>
			<td>Four wavelengths can be selected between 543 nm and 633 nm.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">2 Front Surface Aluminum Mirrors</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td>PF10-03-F01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">High Speed Exilim Camera</td>
			<td style="width:143px;">Casio</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Quartz Cuvette</td>
			<td style="width:143px;">Starna Cells</td>
			<td style="width:119px;">21/G/5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">LoggerPro (Software)</td>
			<td style="width:143px;">Vernier</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.vernier.com/products/software/lp/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mathematica 8</td>
			<td style="width:143px;">Wolfram</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.wolfram.com/</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">&#160;5x &#8211; 10x variable zoom Galilean beam expander</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td>BE05-10-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Plano-convex lens with a positive focal length of 75 mm</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">LA1257</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

single wavelength shadow imaging of caenorhabditis elegans locomotion including force estimates

وتوضح هذه الدراسة تقنية غير مكلفة وبسيطة التي تسمح للقياس الخصائص الفيزيائية مثل الموقع والسرعة والتسارع والقوات المشاركة في السلوك الحركي من الديدان الخيطية معلقة في عمود من الماء ردا على موجات واحدة من الضوء. ونحن لشرح كيفية تقييم تحرك لكائن المجهري باستخدام الطول الموجي واحدة الظل التصوير (SWSI) باستخدام اثنين من أمثلة مختلفة. المثال الأول هو دراسة منهجية وقابلة للحياة إحصائية من متوسط ​​نزول C. ايليجانس في عمود من الماء. لهذه الدراسة، كنا الأحياء منهم والأموات wildtype C. ايليجانس. عندما قارنا سرعة واتجاه حركة نشطة الخيطية مع النسب السلبية من الديدان الميتة ضمن مجال الجاذبية، وأظهرت هذه الدراسة أي اختلاف في النسب مرات. كان متوسط ​​النسب 1.5 ملم / ثانية ± 0.1 ملم / ثانية لكل من الديدان الحية والميتة باستخدام 633 نانومتر متماسكةضوء. المثال الثاني هو دراسة حالة فردية حدد C. ايليجانس تغيير الاتجاه خلال النسب في عمود الماء العمودي. ويتم تحليل التسارع والقوة في هذا المثال. يوضح دراسة الحالة هذه على نطاق الخصائص الفيزيائية الأخرى التي يمكن تقييمها باستخدام SWSI حين تقييم السلوك باستخدام موجات واحد في بيئة لا يمكن الوصول إليه مع المجاهر التقليدية. باستخدام هذا التحليل قدرنا على الديدان الخيطية الفرد قادر على الجة مع قوة تزيد على 28 ن ن. النتائج التي توصلنا إليها تشير إلى أن الديدان التي تعيش بذل ن ن 28 عندما تحول، أو تتحرك ضد مجال الجاذبية. المزيد من النتائج تشير إلى أن الديدان الخيطية تنحدر بشكل سلبي في عمود من الماء، ولكن يمكن أن تقاوم بنشاط قوة الجاذبية في المقام الأول عن طريق تحويل الاتجاه.

أصل ثابت أظهر التحقيق الأولى لا فرق مميزة في معدلات الهابطة من C. ايليجانس خلال SWSI باستخدام 633 نانومتر. تم العثور على معدلات الهابطة لتكون ثابتة عند 1.5 مم / ثانية ± 0.1 ملم / ثانية لكل من يعيش والأموات C. ايليجانس. وحجم عينة من 50 الديدان ولدت الفرق معقول من 7٪ لكلا المعيشة والديدان الميتة. ليس هناك تسارع بناء على الديدان منذ سرعة تنازلي مستمر، حتى أن قوة السحب تساوي قوة الجاذبية ناقص قوة الطفو. هذا يعني أن كثافة دودة أكبر بقليل من الماء؛ ومع ذلك، من أجل تقديرات أقل من ذلك لا تزال عملية لنفترض أن كثافة من الديدان الخيطية هو ما يقرب من ذلك من المياه. تغيير اتجاه التحقيق الثاني، دراسة حالة، يدل على أن الديدان قادرة على تغيير الاتجاه ويمكن أن تسبح صعودا ضدالجاذبية. تم تركيب اثنين من منحنيات إلى تشريد العمودي للالخيطية بحيث يمكن محزوزة المشتقات الثاني من تلك المنحنيات لرسم بياني التسارع مقابل الزمن (الشكل 5). &#160; فإنه من المستحسن أن تبقي النظام متعدد الحدود عند أدنى مستوى ممكن مع الحفاظ مناسبا. أمر متعدد الحدود الدنيا أقل يشير التباين في تسارع مع مرور الوقت. شروط متعدد الحدود العليا سوف يكون النظام يكاد يذكر، وبالتالي لا لزوم لها، إذا كان النظام من متعدد الحدود عالية جدا. يتباطأ هذه الدودة بمعدل ثابت من 0.110 ملم / ثانية 2 ± 0.002 ملم / ثانية 2، يستدير ويسرع في نفس المعدل 0.110 ملم / ثانية 2 ± 0.002 ملم / ثانية 2 حتى بعد فترة وجيزة نقطة تحول. وC. تواصل ايليجانس التحرك إلى الأعلى مع تسارع تناقص 1،252-،00708 ر مم في / ثانية 2 حتى يسقط التسارع من الصفر. مع الأخذ في الاعتبار المعادلة. 3، وكتلة دودة تقدر ب 3 &amp; #956؛ غرام، الدودة يخضع لقوة صافية العمودي، F نيويورك، من 0.33 السندات الإذنية حتى بعد فترة وجيزة من نقطة تحول. النسب: هناك ثلاثة أنواع من القوى المؤثرة على الدودة حتى يصل إلى نقطة تحول دودة: الجاذبية، جر، الطفو والتوجه (الشكل 6A). القوة صافي يساوي مجموع ناقلات لجميع القوى الثلاث. نحن هنا النظر في مكونات العمودية فقط: F ني = F + F دي تاي-F + F ز ب (4) حيث F هي القوة B الطفو. F ز تساوي في حجمها ولكن العكس في الاتجاه للقوة الطفو على افتراض أن كثافة الدودة هو أن من الماء. مكافئ. 4 ثم يمكن كتابتها على النحو التالي: F ني = F + F دي تاي (5) F ني يبقى ثابتا خلال النسب. هذا يعني أنF + F تاي دى لا تزال مستمرة حتى تصل إلى نقطة تحول الديدان الخيطية. F دى هو أكبر في الجزء العلوي، والذي هو بداية الطريق، ويقلل تدريجيا إلى الصفر حتى سرعة الصفر عند نقطة تحول حين F تاي يجب زيادة للحفاظ F ني ثابتة. التحول: ليس هناك قوة السحب في الاتجاه الرأسي عند نقطة تحول منذ السرعة الرأسية يساوي الصفر عند تلك النقطة. القوات الوحيدة التي تعمل في الاتجاه الرأسي هي الجاذبية، و- F ز، الطفو، F B والتوجه دودة العمودي، F تاي، كما هو مبين في الشكل 6B. عند هذه النقطة، وفحوى C. يمكن تحديد ايليجانس: F = F تاي ني (6) التوجه في الجزء السفلي من المسار ومن ثم يساوي تقريبا 0.33 السندات الإذنية، وهي عبارة عن 0.001٪ من الوزن الدودة. مع الأخذ بعينالاعتبار أن الوزن المقدر، F ز من C. ايليجانس هو 28 ن ن، الصعود: وبالمثل، أثناء الصعود، ولكن الزيادات السحب وأشار إلى أسفل (الشكل 6C): F ني =-F + F دي تاي (7) يجب أن يكون التوجه تنفذها دودة حتى الآن أكبر ويساوي مجموع قوة السحب والوزن. الدودة يتباطأ بعد بداية لحمام السباحة. السباحة حتى في نفس المعدل كما ينحدر الدودة، فإن الدودة يجب أن تمارس الاتجاه التصاعدي لمرتين على الأقل وزنه. تحليق ويرد مثال على الدودة التي تبطئ هبوطه لمدة 3 ثانية في الشكل 7. &#160; A متعدد الحدود 3 درجة الثالثة هي نوبة معقولة للمسار العام. الأخطاء في التسارع والسرعة من هذا مناسبا هي أقل من 15٪. يبدأ دودة مع upwa كبيرة<html> التوجه الثالث، يبطئ ويبدأ في الالتفاف في 68 ثانية؛ ومع ذلك، يقلل من التسارع الصعودي مستمر (الشكل 8) &#160; حتى يساوي تسارع صافي الصفر حوالي 68.5 ثانية. وهذا يؤدي في النهاية إلى تسارع صافية في الاتجاه الهبوطي تليها نقطة الصفر آخر في سرعة (الشكل 9) &#160; والديدان الخيطية يبدأ في النزول مرة أخرى في 69 ثانية. ومن المثير للاهتمام أن الحد الأقصى لوحظ تسارع العمودي في هذه الحالة هو 2.7 ملم / ثانية 2. تسارع في نقطة تحول هي 0.455 ملم / ثانية و 2 - 0.455 ملم / ثانية 2 على التوالي؛ حوالي أربع مرات أكبر مما كانت عليه في حالة الديدان الخيطية التي يستدير وتسبح فوق. باستخدام المعادلة. 6، فإنه يمكن تقدير أن الاتجاه التصاعدي حوالي 1.32 السندات الإذنية في نقطة تحول أولا. في نقطة تحول ثانية، تسارع الصافي هو سلبي بحيث الاتجاه التصاعدي هو 1.32 السندات الإذنية. <html> س: together.within المحافظة على صفحة = &quot;دائما&quot;&gt; <img alt="الشكل 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1.jpg" /> الشكل 1. الإعداد التجريبية. الليزر، وشعاع المتوسع، والعدسة والشاشة هي ضرورية لإعداد التجريبية. قد يتم حذف المرايا التوجيه والثقوب، ولكن سوف تجعل المحاذاة البصرية أقل استقرارا. <img alt="الرقم 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2.jpg" /> ومن المتوقع الرقم 2. صورة واحدة الطول الموجي الظل (SWSI). باستخدام 2 ميغاواط من 543 نانومتر ضوء الليزر ظل دودة على شاشة. هو مقلوب الصورة بحيث تظهر الديدان الخيطية في الانخفاض صعودا. 424/51424fig3highres.jpg &quot;سرك =&quot; / files/ftp_upload/51424/51424fig3.jpg &quot;/&gt; الرقم 3. عمودي النسب من wildtype جيم واحد ايليجانس في عمود الماء. كان مظلل هذه الديدان الخيطية من خلال 633 نانومتر ضوء متماسكة. المنحدر من نوبة خطي يشير إلى سرعة الهبوط من 1.09 ملم / ثانية ± 0.01 ملم / ثانية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig3highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4.jpg" /> الشكل 4. الرسم البياني النزوح من واحد إلى أعلى السباحة wildtype C. ايليجانس. اثنين من نوبات محزوزة تتبع مسار الشامل من الديدان الخيطية. المشتق الثاني من صالح يكشف عن التسارع. يتم تحديد الحد الأقصى لتسريع بسهولة من نوبة الأولى: 0.110 مم<html> / ثانية 2 ± 0.002 ملم / ثانية 2. يتم عرض سوى عدد قليل من أشرطة الخطأ بحيث تظل نقاط البيانات وتناسب مرئية. وقد تعقبت هذه الديدان الخيطية من خلال 633 نانومتر ضوء متماسكة. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5.jpg" /> الرقم 5. تسريع الرسم البياني لwildtype جيم واحد ايليجانس. يحافظ على هذه الديدان الخيطية تسارع الصعودي مستمر من 0.110 ملم / ثانية 2 ± 0.002 ملم / ثانية 2 الامر الذي ادى الى ابطاء ثم التحرك صعودا. بعد فترة وجيزة من نقطة التحول يقلل من تسارع مطرد وتسارع صافي يقلل إلى الصفر.<html> ز &quot;الهدف =&quot; _blank &quot;&gt; الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم. <img alt="الرقم 6" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6.jpg" /> الرسوم البيانية الشكل 6. قوة للأصل، نقطة وصول. الطفو والجاذبية تحول متساوون في المقدار ومضاد له في الاتجاه بحيث تأثير هذه القوى يلغي كل منهما الآخر. ولذلك لا يظهر أنها في هذه المخططات. (أ) دودة ينحدر مع السحب والتوجه إلى الارتفاع. (ب) الدودة هو عند نقطة منخفضة من مسار دون السحب. التوجه إلى الارتفاع. (ج) دودة تصاعدي مع السحب إلى الانخفاض في حين التوجه إلى الارتفاع. &quot;سرك =&quot; / files/ftp_upload/51424/51424fig7.jpg &quot;/&gt; الرقم 7. الرسم البياني النزوح من الديدان الخيطية تحوم احد. يبطئ الدودة أسفل ويبدأ بدوره حولها في حوالي 68 ثانية ولكن يبدأ تنازلي حول 69 ثانية. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig7highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8.jpg" /> . الرقم 8 تسريع الرسم البياني من الديدان الخيطية تحوم احدة تبدأ هذه الدودة مع تسارع الصعودي من 2.7 ملم / ثانية 2، تنخفض إلى الصفر، ولها التسارع من الهبوط في نهاية المطاف - 2.6 ملم / ثانية 2 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض أكبر قيود التصدير الطوعية</a>ايون من هذا الرقم. <img alt="الرقم 9" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9.jpg" /> الرقم 9. الرسم البياني السرعة من الديدان الخيطية تحوم احد. تأتي هذه الدودة إلى توقف في 68 ثانية ويبدأ في التوجه التصاعدي، ويبطئ سرعة تصل إلى الصفر في الاتجاه العمودي في 69 ثانية تليها النسب. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الجدول 1" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424table1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424table1.jpg" width="400" /> الجدول 1. سرعات النسب متوسط ​​N2 C. ايليجانس. وآر 50 و 50 حي الديدان الخيطية القتلىacked خلال النسب. متوسط ​​سرعة النزول لهو نفسه ليعيش والديدان الميتة: 1.5 ملم / ثانية ± 0.1 ملم / ثانية.

Watch this Scientific Journal Video about Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates at JoVE.com

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

تقنية المعروضة هنا يقيس مسار السباحة بحرية الأنواع المجهرية باستخدام التعرض الطول الموجي واحد. C. وتستخدم لإثبات ايليجانس التصوير الظل كبديل غير مكلفة لالمجاهر مكلفة. هذه التقنية يمكن تكييفها لاستيعاب مختلف التوجهات، والبيئات والأنواع لقياس الاتجاه والسرعة والتسارع والقوات.

واحد الطول الموجي الظل التصوير من<em&gt; انواع معينة ايليجانس</em&gt; تقديرات تنقل القوة بما في ذلك

This study demonstrates an inexpensive and straightforward technique that allows the measurement of physical properties such as position, velocity, ...

single-wavelength-shadow-imaging-caenorhabditis-elegans-locomotion

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

Unit 1

Newton's Laws of Motion

SCIENTISTS IN ACTION

9.0K Views.  Vassar College.  تقنية المعروضة هنا يقيس مسار السباحة بحرية الأنواع المجهرية باستخدام التعرض الطول الموجي واحد. C. وتستخدم لإثبات ايليجانس التصوير الظل كبديل غير مكلفة لالمجاهر مكلفة. هذه التقنية يمكن تكييفها لاستيعاب مختلف التوجهات، والبيئات و...

Video: Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

الكم النقاط المدمجة لواحدة جزيء التصوير

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

القوة الذرية الميكروسكوب من الضوء الأحمر الخلايا المستقبلة عن طريق رسم الخرائط PeakForce الكمية النانوميكانيكية الملكية

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low friction at the interface. Nevertheless, these systems can be sensitive to wear due to interdigitation of the opposing brushes. In a recent publication, we have shown via molecular dynamics simulations and atomic force microscopy experiments, that using an immiscible polymer brush system terminating the substrate and the slider surfaces, respectively, can eliminate such interdigitation. As a consequence, wear in the contacts is reduced. Moreover, the friction force is two orders of magnitude lower compared to traditional miscible polymer brush systems. This newly proposed system therefore holds great potential for application in industry. Here, the methodology to construct an immiscible polymer brush system of two different brushes each solvated by their own preferred solvent is presented. The procedure how to graft poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) from a flat surface and poly(methyl methacrylate) (PMMA) from an atomic force microscopy (AFM) colloidal probe is described. PNIPAM is solvated in water and PMMA in acetophenone. Via friction force AFM measurements, it is shown that the friction for this system is indeed reduced by two orders of magnitude compared to the miscible system of PMMA on PMMA solvated in acetophenone.

The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

إعداد والاحتكاك قوة المجهر قياسات للامتزاج، معارضة فرش بوليمر

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

التحقيق احدة جزيء التصاق بواسطة القوة الذرية الطيفي

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

قياس التشتت الغير خطية من الجسيمات النانوية Plasmonic واحدة

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

استخدام متعدد مقصورة الحيوي واحدة أنزيم فانتوم للدراسات وكلاء الرنين المغناطيسي Hyperpolarized

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown that when operated in amplitude-modulation (tapping) mode, atomic or molecular-level resolution images can be achieved over a wide range of soft and hard samples in liquid. In these situations, small oscillation amplitudes (SAM-AFM) enhance the resolution by exploiting the solvated liquid at the surface of the sample. Although the technique has been successfully applied across fields as diverse as materials science, biology and biophysics and surface chemistry, obtaining high-resolution images in liquid can still remain challenging for novice users. This is partly due to the large number of variables to control and optimize such as the choice of cantilever, the sample preparation, and the correct manipulation of the imaging parameters. Here, we present a protocol for achieving high-resolution images of hard and soft samples in fluid using SAM-AFM on a commercial instrument. Our goal is to provide a step-by-step practical guide to achieving high-resolution images, including the cleaning and preparation of the apparatus and the sample, the choice of cantilever and optimization of the imaging parameters. For each step, we explain the scientific rationale behind our choices to facilitate the adaptation of the methodology to every user's specific system.

We present a method for achieving sub-nanometer resolution images with amplitude-modulation (tapping mode) atomic force microscopy in liquid. The method is demonstrated on commercial atomic force microscopes. We explain the rationale behind our choices of parameters and suggest strategies for resolution optimization.

نانومتر الفرعي التصوير القرار مع السعة التشكيل الذرية المجهري القوة في السائل

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

قياس الكم التدخل في المصدر السيليكون الدائري الرنان فوتون

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to classify nematodes using temporal far-field diffraction signatures. A single C. elegans is suspended in a water column inside an optical cuvette. A 632 nm continuous wave HeNe laser is directed through the cuvette using front surface mirrors. A significant distance of at least 20-30 cm traveled after the light passes through the cuvette ensures a useful far-field (Fraunhofer) diffraction pattern. The diffraction pattern changes in real time as the nematode swims within the laser beam. The photodiode is placed off-center in the diffraction pattern. The voltage signal from the photodiode is observed in real time and recorded using a digital oscilloscope. This process is repeated for 139 wild type and 108 &#34;roller&#34; C. elegans. Wild type worms exhibit a rapid oscillation pattern in solution. The &#34;roller&#34; worms have a mutation in a key component of the cuticle that interferes with smooth locomotion. Time intervals that are not free of saturation and inactivity are discarded. It is practical to divide each average by its maximum to compare relative intensities. The signal for each worm is Fourier transformed so that the frequency pattern for each worm emerges. The signal for each type of worm is averaged. The averaged Fourier spectra for the wild type and the &#34;roller&#34; C. elegans are distinctly different and reveal that the dynamic worm shapes of the two different worm strains can be distinguished using Fourier analysis. The Fourier spectra of each worm strain match an approximate model using two different binary worm shapes that correspond to locomotory moments. The envelope of the averaged frequency distribution for actual and modeled worms confirms the model matches the data. This method can serve as a baseline for Fourier analysis for many microscopic species, as every microorganism will have its unique Fourier spectrum.

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to distinguish different nematodes using far-field diffraction signatures. We compare the locomotion of 139 wild type and 108 &#34;Roller&#34; C. elegans by averaging frequencies associated with the temporal Fraunhofer diffraction signature at a single location using a continuous wave laser.

"تحليل حيود من العيش" على أساس فورييه ايليجانس كاينورهابديتيس

This manuscript describes how to classify nematodes using temporal far-field diffraction signatures. A single C. elegans is suspended in a water column ...

Force-Clamp Rheometry for Characterizing Protein-based Hydrogels

Here, we describe a force-clamp rheometry method to characterize the biomechanical properties of protein-based hydrogels. This method uses an analog proportional-integral-derivative (PID) system to apply controlled-force protocols on cylindrical protein-based hydrogel samples, which are tethered between a linear voice-coil motor and a force transducer. During operation, the PID system adjusts the extension of the hydrogel sample to follow a predefined force protocol by minimizing the difference between the measured and set-point forces. This unique approach to protein-based hydrogels&#160;enables the tethering of extremely low-volume hydrogel samples (&#60; 5 &#181;L) with different protein concentrations. Under force-ramp protocols, where the applied stress increases and decreases linearly with time, the system enables the study of the elasticity and hysteresis behaviors associated with the (un)folding of proteins and the measurement of standard elastic and viscoelastic parameters. Under constant-force, where the force pulse has a step-like shape, the elastic response, due to the change in force, is decoupled from the viscoelastic response, which comes from protein domain unfolding and refolding. Due to its low-volume sample and versatility in applying various mechanical perturbations, force-clamp rheometry is optimized to investigate the mechanical response of proteins under force using a bulk approach.

A new force-clamp rheometry technique is used to investigate the mechanical properties of low-volume protein-based hydrogel samples tethered between a voice-coil motor and a force sensor. An analog proportional-integral-derivative (PID) system allows for the &#39;clamping&#39; of the force experienced to the desired protocol.

المشبك قوة رهيوميتري لوصف الهلاميات المائية المستندة إلى البروتين

Here, we describe a force-clamp rheometry method to characterize the biomechanical properties of protein-based hydrogels. This method uses an analog ...