constructing the assembly to cool the peltier using water-cooling assembly

Bau und Betrieb einer Kühlstufe zur Immobilisierung von C. elegans en masse

High-resolution optical microscopy provides an indispensable tool for studying in vivo biological structures at the subcellular level. Many biological studies require submicron resolution imaging to resolve subtle anatomical details, including neuron morphology1,2, membrane structure3,4, and protein localization5,6. A high-resolution image requires an exposure time of several milliseconds to seconds, depending on the imaging modality and probe7,8. To achieve optimal results, it is essential to carefully plan and conduct microscopy-based experiments. Crucial to this effort is an efficient animal preparation method that facilitates high-resolution imaging.
The nematode C. elegans is a widely utilized model organism for studying many biological processes9. This small animal is typically cultivated on nematode growth medium (NGM) agar plates, and they reproduce rapidly by self-fertilization, making them well-suited for large-scale studies. Their transparency and a wide array of labeling techniques allow the straightforward visualization of their internal anatomy10,11. The fine structures in C. elegans are ideal for studying biological processes at the subcellular level, such as neuron regeneration12, neuron degeneration13, and cell division14. Such studies necessitate imaging at submicron resolution and animal immobilization strong enough to prevent image blur. Strong immobilization is especially crucial for techniques involving multiple images in space or time, such as 3D image stacks (i.e., z-stacks) and time-lapse imaging. Any animal movement between the exposures can obscure the result. For C. elegans, strong immobilization typically involves manual manipulation of individual animals and mounting them on slides with an anesthetic15,16. These time- and labor-intensive procedures make large-scale experiments very difficult. An immobilization strategy where animals are directly and reversibly immobilized on their original cultivation plates could enable high-throughput high-resolution imaging.
Cooling immobilization of C. elegans has been shown in a few studies but is not widely utilized. It is usually combined with a microfluidic device to further restrain animals17,18,19. However, microfluidic devices are complex, require significant operational training, and cannot be easily integrated with typical solid cultivation workflows of C. elegans experiments. Thus, microfluidics are not widely utilized for C. elegans immobilization. Presented here, in conjunction with the Chung Laboratory&#39;s recent publication20, is the introduction of a new cooling immobilization approach using a thermoelectric cooling stage (Figure 1) to address these shortcomings. With the cooling stage, a typical 60 mm polystyrene cultivation plate can be cooled down to any target temperature (Tset) between -8 &#176;C to room temperature. This cooling stage approach can readily and reversibly immobilize an entire animal population with minimal user effort, eliminating 98% of the animal processing time20.
Below, the procedures for building a cooling stage from scratch are described. Except for the machining of parts and 3D printing, the whole procedure is expected to take 4 h without the requirement of special tools or expertise. Then, three different cooling strategies with varying cooling rates and user efforts to immobilize C. elegans on a typical upright microscope are further described. The preferred strategy may depend on the user application. The protocols for those three cooling immobilization strategies are described in detail.

Autor im Rampenlicht: Aufbau und Betrieb einer Kühlstufe zur Immobilisierung von C. elegans auf ihren Kulturplatten  

Aufbau und Betrieb einer Kühlstufe zur Immobilisierung von C. elegans auf ihren Kulturplatten

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Constructing the Assembly to Cool the Peltier Using Water-Cooling Assembly  

Aufbau der Baugruppe zur Kühlung des Peltiers mit Wasserkühlung

Reinigen Sie zunächst alle Oberflächen des Kupferkühlblocks mit 70%Ethanol in der Wasserkühlung. Tragen Sie Handschuhe und tragen Sie eine dünne und gleichmäßige Schicht von ca. 0,4 Gramm Wärmeleitpaste auf eine Oberfläche des Kupfer-Wasserkühlblocks auf. Stellen Sie sicher, dass die Oberflächenausrichtung verhindert, dass sich die Rohre kreuzen oder biegen.Reinigen Sie in ähnlicher Weise die heiße Oberfläche des Peltiers mit 70%igem Ethanol und tragen Sie die Wärmeleitpaste auf die Oberfläche auf. Verbinden Sie die heiße Peltieroberfläche mit der Oberfläche des Kupferkühlblocks mit Wärmeleitpaste gemäß der Ausrichtung des Drahtes. Üben Sie Druck aus, um es zu sichern, und reinigen Sie die überschüssige Wärmeleitpaste.Stellen Sie dann sicher, dass das 12-Volt-Netzteil und das abstimmbare Netzteil ausgeschaltet sind. Verbinden Sie das rote Kabel des Peltiers mit einem Krokodilklemme mit dem positiven Ausgang und das schwarze Kabel mit dem negativen Ausgang des abstimmbaren Netzteils. Nachdem Sie die Anschlüsse der Elektro- und Wasserkühlungsbaugruppe erneut überprüft haben, schalten Sie das 12-Volt-Netzteil und das abstimmbare Netzteil nacheinander ein.Drehen Sie das abstimmbare Netzteil allmählich auf 12 Volt, so dass der Strom mit dem vorgeschlagenen Peltier etwa sechs Ampere betragen sollte. Messen Sie nach zwei Minuten die Temperatur mit einem Infrarot-Thermometer, ohne die kalte Oberfläche zu berühren, die kälter als minus 35 Grad Celsius sein sollte.

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Research

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Biology

Constructing the Assembly to Cool the Peltier Using Water-Cooling Assembly

336 Aufrufe. Reinigen Sie zunächst alle Oberflächen des Kupferkühlblocks mit 70%Ethanol in der Wasserkühlung. Tragen Sie Handschuhe und tragen Sie eine dünne und gleichmäßige Schicht von ca. 0,4 Gramm Wärmeleitpaste auf eine Oberfläche des Kupfer-Wasserkühlblocks auf. Stellen Sie sicher, dass die Oberflächenausrichtung verhindert, dass sich die Rohre kreuzen oder biegen.Reinigen Sie in ähnlicher Weise die heiße Oberfläche des Peltiers mit 70%igem Ethanol und tragen Sie die Wärmeleitp...

Serie: Constructing the Assembly to Cool the Peltier Using Water-Cooling Assembly  

Assembly and Operation of a Cooling Stage to Immobilize C. elegans on Their Culture Plates

High-resolution in vivo microscopy approaches can reveal subtle information and fine details inside the model animal Caenorhabditis elegans (C. elegans), but require strong animal immobilization to prevent motion blur in the images. Unfortunately, most current immobilization techniques require substantial manual effort, rendering high-resolution imaging low-throughput. Immobilization of C. elegans is greatly simplified by using a cooling approach that can easily immobilize entire populations directly on their cultivation plates. The cooling stage can establish and maintain a wide range of temperatures with a uniform distribution on the cultivation plate. In this article, the whole process of building the cooling stage is documented. The aim is that a typical researcher can build an operational cooling stage in their laboratory following this protocol without difficulty. Utilization of the cooling stage following three protocols is shown, and each protocol has advantages for different experiments. Also shown is an example cooling profile of the stage as it approaches its final temperature and some helpful tips in using cooling immobilization.

This paper describes protocols for constructing and operating a cooling stage to immobilize C. elegans on their original cultivation plates en masse.

High-resolution in vivo microscopy approaches can reveal subtle information and fine details inside the model animal Caenorhabditis elegans (C. elegans), ...