אנו מודים חואן וואסקז על תרומותיו חישובית עם הפרויקט הזה. אנחנו אסירי תודה על התמיכה של וואסר קולג לתואר ראשון מחקר הקיץ המכון (URSI), קרן מחקר לוסי סלמון מיינארד, את ה-NSF פרס מס 1058385

1-C. elegans צמיחה ותחזוקה <ol><li>הכן תרבות נמטודות מנות.
	<ol><li>למלא את צלחות פטרי עם פתרון אגר ולהשאיר להם לגבש, ואז זרע עם תרבות e. coli של OP50 זן 9 , 10-</li>
	</ol></li> <li>להכין אוכלוסייה ההתחלתי של נמטודות למבוגרים על כל צלחת על-ידי העברת מספר תולעים בוגרות טרי מלא אגר צלחות פטרי עם תיקון e. coli. לשמור על התרבויות נמטודות ב 20 מעלות צלזיוס בתוך אינקובטור. 
	הערה: ניתן להשיג זנים נמטודות מן המרכז הגנום Caenorhabditis elegans. מחקר זה, הסוג הפרוע, N2, המתח, את OH7547 (otls199 [חתול-2::GFP + rgel-1 (F25B3.3):: dsRed + rol-6(su1006)]) זן, אשר מוצגים הפנוטיפ רולר, נוצלו.</li>
	<li>הפצת תולעים על תרבויות בעתיד.
	<ol><li>להסיר פטרי צלחת המכילה C. elegans, גידול בשימוש פטרי מן החממה טמפרטורה מבוקרת. למקם אותם על הבמה של מיקרוסקופ ויבתר.</li>
		<li>להדליק את מבער בונזן ולחטא האיסוף נמטודות פלטינה על-ידי הצבת המתכת הלהבה עד שזה זוהר אדום. אפשר לבחור להתקרר לטמפרטורת החדר. אל תהרוג את עצמך או תן לבחור לבוא במגע עם מזהמים.</li>
		<li>לגעת בעדינות את קצה האיסוף עד לקצה המעגל של חיידקים. חומר זה הוא דביק, יגרום איסוף נמטודות מבוגרים בודדים קל יותר.</li>
		<li>להעביר עד 4 נמטודות gravid צלחת פטרי תולעים נימיות צמיחה בינוני (NGM) מלא אגר, דגירה ב 20 º C. התולעים להטיל ביצים שתתבגרי בעוד ארבעה ימים.</li>
		<li>לחזור נמטודות הנותרים את החממה לאחר המעבר נמטודות למבוגרים ארבע.</li>
	</ol></li></ol> 2. הגדרת אופטי ( איור 1) <ol><li>Secure ההליום-ניאון לייזר בסמוך לפינה השמאלית האחורית של עבודה, שעליו מונחים אופטי וחבר אותו מקור כוח. 
	הערה: הלייזר &#39; קרן s חייב למלא את הדרישות עבור oversampling. C. elegans כ 1 מ מ אורך, לכן קרן הלייזר צריך קוטר גדול מ- 2 מ מ בזמן האירוע על תולעים נימיות, אך יותר מ- 5 מ מ כך תבנית עקיפה לא קשה לאתר.</li>
	<li>מקום דחיסות נייטרלית מסנן בין לייזר הליום-ניאון המדגם כך קרן הלייזר נוסע דרך המסנן לפני שהגיע המדגם.</li>
	<li>שימוש היגוי חזית אלומיניום משטח שתי מראות, לבנות פריסקופ נאבטח את המראה הראשון לאחר המסנן ' דחיסות נייטרלית '. אבטח את המראה השני כ- 10 ס מ מתחת המראה הראשון לתת מרחב כדי לכוון את קרן הלייזר ולהוסיף את cuvette בין המראות. יישר את קרן הלייזר ואת cuvette כך קרן הלייזר אנכית עובר cuvette. 
	הערה: המרחק האורגניזם diffracting פוטודיודה חייב להיות הרבה יותר גדול מאשר האורגניזם עצמו כדי להשיג את שדה רחוק עקיפה. בניסוי זה, המרחק cuvette פוטודיודה הוא 20 ס מ.</li>
	<li>לאבטח את פוטודיודה ישירות מול המראה השני עם חיישן שלה מול המראה. 
	הערה: cuvette המכיל את תולעים נימיות יוצב בין שתי מראות באמצעות מלחציים כימיה. עיין בסעיפים 4 ו-5.</li>
	<li>במקום cuvette מלא מים על הדוכן. להתאים את הגובה של העמדה. להתאים את הגולן ואת זוויות של מראה 1, ראי 2 כך קרן הלייזר עובר cuvette מכוון ליד אבל לא ישירות את פוטודיודה.</li>
	<li>להשתמש רמה כדי להבטיח הטופס דוכני משטח מפולס עבור cuvette. התאם את מראות נוספות במידת הצורך.</li>
	<li>להתחבר פוטודיודה את אוסצילוסקופ דיגיטלית באמצעות כבל ה-USB סיפק את אוסצילוסקופ דיגיטלי. להתחבר למחשב זה ישמש כדי להקליט ולשמור את הנתונים אוסצילוסקופ דיגיטלי.</li>
</ol> 3. אוסצילוסקופ ההתקנה <ol><li>באמצעות התוכנה אוסצילוסקופ במחשב, להגדיר את קצב דגימה לפחות 8 הרץ כדי לפתור את מעגל בהלקאה התולעת מספיק. 
	הערה: בקצב הדגימה צריך להיות יותר מפעמיים התדרים בהלקאה הצפוי של המין כך מתקיים משפט נייקוויסט 11.</li>
</ol> 4. מכין את התולעת ואת Cuvette עבור איסוף נתונים <ol><li>להעביר ארבע נמטודות בוגרים טריים NGM 10 מלא אגר פטרי צלחת באמצעות איסוף חוט דק, שעברו שיטוח פלטינה (ראה סעיף 1.3).</li>
	<li>אחד cuvette פלסטיק חד פעמיות להסיר את החבילה שלו, נזהר רק לגעת את cuvette על הדפנות מחורץ.</li>
	<li>שימוש micropipette כדי פיפטה מים מזוקקים לתוך cuvette עד cuvette כ-80% מלא עם מים מזוקקים. 
	הערה: חשוב רק מים מזוקקים או מאגרי מיונן כגון M9 10 או באגירה פוספט תמיסת מלח (PBS) בעת טיפול של נמטודות, כמו מי ברז מכיל תרכובות מיקרואורגניזם-הרג.</li>
	<li>למקם את צלחת פטרי המכילות את C. elegans כדי לשמש תחת טווח ויבתר.</li>
	<li>משתמש האיסוף פלטינה, הסר אחד בוגר C. elegans הפטרי ויציפו האיסוף לתוך cuvette, נעים האיסוף במעגלים במידת הצורך לנתק את תולעים נימיות.</li>
	<li>כדי למנוע בועות ב cuvette, למלא את cuvette עם מים עד שהוא מתנפח מעט מעל cuvette &#39; s העליון. למלא את cuvette &#39; s כובע לחלוטין עם מים ואז שמים במהירות את הכובע על גבי cuvette.</li>
	<li>להשתמש מטלית ניקוי אופטי כדי להסיר טיפות מים זה ייתכן שפכתי מעל ואופטית ניקוי נייר לניקוי כל תרסיס הנותרים.</li>
</ol> 5. נתונים בזמן אמת-רכישת עקיפה דפוס עוצמת השינויים <ol><li>להפעיל ההליום-ניאון לייזר ולהתאים את הגדרת תדירות/צבע כך שהוא מייצר קרן אדומה. הפעל את החיישן. 
	התראה: השתמש קרן אנרגיה נמוכה ב- 632 nm, כמו C. elegans להימנע אור בתדירות גבוהה (כחול) 12-</li>
	<li>אתר התולעת cuvette. מחזיק את cuvette על הדפנות מחורץ, להטות בעדינות את cuvette עד תולעים נימיות במרכז החלק של cuvette. 
	הערה: טלטולים או הטיה של cuvette באלימות גורמת התולעת להתנגש עם קירות cuvette. זה עלול לגרום נזק של תולעים נימיות.
	<ol><li>מקום cuvette על גבי המעמד במערכת אופטית, מרכוז התולעת בתוך הלייזר &#39; קרן s שמשתקף במראה 1 2 מראה. כדי לסלק אור תועה.</li>
	</ol></li> <li>מרכז התולעת בתוך קרן הלייזר.
	<ol><li>המקום את פוטודיודה בדוגמת המילוי עקיפה, כך שמיקום פוטודיודה, המרבי המרכזי של התבנית עקיפה אינם מתנגשים.</li>
		<li>להתאים את המסנן ' דחיסות נייטרלית ' למניעת רוויה של פוטודיודה. סיבוב ההגה מסנן ' דחיסות נייטרלית ' מווסת את עוצמת האור.
		<ol><li>סובב דחיסות נייטרלית מסנן כך מגביר המתח כפלט את פוטודיודה. 
			הערה: הפלט מתח הוא ציין באמצעות התוכנה פוטודיודה דיגיטלי. רווי פוטודיודה אם המתח אינו משתנה. במקרה הזה, סובב את המסנן ' דחיסות נייטרלית ' עד המתח מקטינה ללא משתטח על קריאה מינימלי. ודא כי האות מתח לא לרדד על הקריאות שיא, המציינת את הרוויה של פוטודיודה. להפחית את עוצמת האור על ידי סיבוב הגלגל מסנן ' דחיסות נייטרלית ' אם רוויה נצפית.</li>
		</ol></li> <li>, ברגע הדפוס עקיפה נע הוא גלוי, לאסוף נתונים עם פוטודיודה על-ידי לחיצה על לחצן התחל על תוכנת שליטה אוסצילוסקופ תוך מעקב אחר התולעת &#39; s תנועה. להמשיך לקחת מידות עד התולעת עובר קרן הלייזר וגם את diffracדפוס tion נעלמת, אשר בדרך כלל לוקח בערך 20 s.
		תהליך <ol><li>לעצור איסוף הנתונים על-ידי לחיצה על לחצן עצור על התוכנה עבור אוסצילוסקופ. לשמור בכל ניסוי &#39; s נתונים בתבנית. csv או. txt.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>חזור על השלבים 5.2-5.3 עד לפחות 50 ערכות נתונים שנגבה עבור כל פנוטיפ. להשתמש בבעלי חיים 8-10 לכל משפט.</li>
	<li>אם cuvette הוא נשרט השלך אותה תולעת לבין חזור על שלב 4. אם התולעת ייפגע במהלך המעבר, להיפטר ממנו ולא לשטוף את cuvette עם מים מזוקקים לפני חוזר בשלב 4 באמצעות cuvette אותו את.</li>
	<li>חזור על שלב 5 באמצעות OH7547 את &#34; רולר &#34; זן, וישתדלו תווית הנתונים כדי לציין את המתח תולעת.</li>
</ol> 6. ספקטרום פורייה של נתונים <ol><li>לייבא את הנתונים רכשה לתוך תוכנית ניתוח נתונים יכולים לבצע המרות פורייה דיסקרטית 3.</li>
	<li>פורייה לבצע המרות על כל ערכת נתונים באמצעות האפשרות שינוי צורה (FFT) פורייה מהירה של התוכנה-</li>
	<li>ממוצע התדרים מתוצאות FFT עבור כל משרעת עבור סוג הפרוע N2 תולעים.</li>
	<li>חזור על שלב 6.3 משתמש את FFTs של OH7547 &#34; רולר &#34; תולעים.</li>
</ol> 7. מידול של הספקטרום פורייה <ol><li>תוכנית מודל בינארי של תולעים נימיות גפיים (ראה כללה את החומרים משלימה). 
	הערה: מודל זה היא הערכה קשה, אשר מציג לראשונה את המאפיינים הבולטים של תולעת תנועה. המודל יכול להיות מעודנות כפי התוצאות מושווים עם תולעים בפועל. צורות תולעת הם הערכות באמצעות מיקרוסקופ תמונות 13.
	<ol><li>יצירת מסגרות רציפים של המודל הבינארי עוברים דרך תולעת לפחות שני מחזורים ( איור 2 א). לראות קטעי וידאו בהחומרים משלימה; התולעת C וידאו (CWorm.avi) ווידאו תולעת W (WWorm.avi).</li>
	</ol></li> <li>לייצר תבניות עקיפה רציפים. לראות קטעי וידאו בתוספת חומרים. הסרטונים עקיפה התולעת C (CWormDiff.avi) ווידאו תולעת W (WWormDiff.avi).
	<ol><li>התמרת פורייה בכל מסגרת בינארי של התמונה תולעת. גדול יותר הריפוד של המסגרת סביב התולעת, טוב יותר הרזולוציה של התמונה עקיפה יהיה. 
		הערה: הערך המוחלט של כל אחת מהמסגרות טרנספורמציה פורייה הוא יחסי התבנית המתאימה עקיפה ( איור 2b).</li>
		<li>לכוון את החדות של התבנית עקיפה על-ידי מיפוי עוצמות של התבנית עקיפה לקנה מידה לוגריתמי. 
		הערה: מצלמות ועיניים נוטים לפעול בקנה מידה שאינו ליניארי. מידה לוגריתמי ניתן לדמות כיצד תבנית עקיפה נתפסת בדרך כלל על ידי עין אנושית.</li>
	</ol></li> <li>לחלץ את האות עקיפה מעוצבת.
	<ol><li>לבחור על מיקום מחוץ למרכז המתאים למיקום של פוטודיודה בדוגמת המילוי עקיפה.</li>
		<li>להוסיף האלמנטים מטריצת שכנות המקיפים את המיקום של פוטודיודה כדי לדמות את גודל פוטודיודה. הגודל של פוטודיודה הוא בדרך כלל 0.1% של התבנית עקיפה modeled.</li>
		<li>שיא עלילה הרצף על המשמעות של עקיפה אותות. בדוק האות באופן פיזי סביר (כלומר, במקרה של העמסה מחזורית, האיתות פוטודיודה צריך להיות תקופתי גם).</li>
	</ol></li> <li>פורייה לשנות את האות עקיפה שהושג ב- 7.3 ולהשוות את התוצאות עם נתונים ניסיוני.</li>
	<li>חוזר עבור זנים שונים של תולעת ולהשוות.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Magnes, J., et al. <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, 101-107 (2012).</li><li>Magnes, J., Raley-Susman, K. M., 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>James, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Student's Guide to Fourier Transforms with Applications in Physics and Engineering. , (1995).</li><li>Korta, J., Clark, D. A., Gabel, C. V., Mahadevan, L., Samuel, A. D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanosensation+and+mechanical+load+modulate+the+locomotory+gait+of+swimming+C.+elegans.">Mechanosensation and mechanical load modulate the locomotory gait of swimming C. elegans.</a> J. Exp. Biol. 210, (2007).</li><li>Martin-Garcia, J. M., Conrad, C. E., Coe, J., Roy-Chowdhury, S., Fromme, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Serial+femtosecond+crystallography:+A+revolution+in+structural+biology.">Serial femtosecond crystallography: A revolution in structural biology.</a> Arch. Biochem. Biophys. 602, 32-47 (2016).</li><li>Thibault, P., Rankenburg, I. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+diffraction+microscopy+in+a+teaching+laboratory.">Optical diffraction microscopy in a teaching laboratory.</a> Amer. J. Phys. 75 (9), 827-832 (2007).</li><li>Miao, J., Ishikawa, T., Anderson, E. H., Hodgson, K. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+retrieval+of+diffraction+patterns+from+non+crystalline+samples+using+the+oversampling+method.">Phase retrieval of diffraction patterns from non crystalline samples using the oversampling method.</a> Phys. Rev. B. 67, 174104 (2003).</li><li>Zhang, Y. P., Zhang, J. Q., Xu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+eliminating+zero-order+diffraction+in+lensless+Fourier+transform+digital+holography.">Method for eliminating zero-order diffraction in lensless Fourier transform digital holography.</a> Optik - International Journal for Light and Electron Optics. 124 (21), 4873-4875 (2013).</li><li>Brody, A. H., Chou, E., Gray, J. M., Pokrywka, N. J., Raley-Susman, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mancozeb-induced+behavioral+deficits+precede+structural+neural+degeneration.">Mancozeb-induced behavioral deficits precede structural neural degeneration.</a> NeuroToxicology. 34, 74-81 (2013).</li><li>Stiernagle, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintenance+of+C.+elegans.">Maintenance of C. elegans.</a> WormBook. , (2006).</li><li>Dasalukunte, D., &#214;wall, V., Rusek, F., Anderson, 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> Faster than Nyquist Signaling. Algorithms to Silicon. , (2014).</li><li>Edwards, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+molecular+solution+for+ultraviolet+light+detection+in+Caenorhabditis+elegans.">A novel molecular solution for ultraviolet light detection in Caenorhabditis elegans.</a> PLoS Biol. 6 (8), e198 (2008).</li><li>Bilbao, A., Wajnryb, E., Vanapalli, S. A., Blawzdziewicz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nematode+Locomotion+in+Confined+and+Unconfined+Fluids.">Nematode Locomotion in Confined and Unconfined Fluids.</a> Phys. Fluids. 25, 081902 (2013).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

כולל מתיחות של נתונים עם חוסר פעילות להטות את התוצאות מאז מלאכותי תדרים נמוכים ייכללו בממוצע לתוך התוצאות. קולח פוטודיודה ניתן לזהות על ידי פסגות שטוח או 'נכרת' פסגות ההרים הנתונים הגולמיים. חילוק כל ערכת נתונים גולמיים בעוצמות שיא יעזור עם להתווכח על תנודות בעוצמת לייזר.
התדרים שיא הן אינדיקטור של הכולל ומתפתלת תדירות; עם זאת, תנועה מורכבת גורם הפרעות בתדרים היכו תבנית עקיפה, עליך להיבדק בקפידה.
בשיטה זו ניתן לחקור את ומכניקה של נמטודות אחרים. ניתן לשנות את הסביבה באמצעי אחר. אורכי גל עשוי להשתנות גם כן. עובד בטווח הנראה של הספקטרום האלקטרומגנטי הוא הקלה והבטוחה.
מודל מעודנת יותר יחקה ספקטרום עקיפה יותר מציאותי בעתיד. דוגמנית בעתיד עשויים לכלול תולעת שיכולים לשנות כיוונים, אשר לא ישפיע על מיקומים תדירות אבל השיא היחסי הגולן. מודל מציאותי יותר יאפשר עבור התפלגות הסתברותית בהלקאה תדרים, אשר ירחיב את הפסגות כמו המידע מהניסוי. בכפולה בתדרים היה חשבון וריאציות בתדרים thrashing.
הצורה תולעת הנוכחית היא גסה, במיוחד באזור ראש ולא זנב, שאמור להיות מחודדות יותר מאשר במודל הנוכחי. זה עשוי להיות מעניין לערוך ניתוח מפורט של סדרת הזמן של האות מאז זה יכול לתת רמזים על המורכבות של גפיים במוטציות שונות.
. זה שווה לשקול את המעשיות של הרחבת טכניקה זו אל תוך אפיון נמטודות מרובים בו-זמנית. חשוב להבין שיטה זו כשיטת משלימה לשיטות הקיימות באמצעות מיקרוסקופים מסורתיים. בשיטה זו יש יתרון ב לא דורש מיקרוסקופ במהלך רכישת הנתונים כך התולעת עשויים לנוע מהמטוס מוקד. ספקטרום תדירות בממוצע להראות הבדלים ברורים בתנועה תולעת ולא ניתן לכמת באמצעות הפסגות תדירות שכיחה, שיטה ב לכימות תולעת ומכניקה. ניתוח נתונים החתימות עקיפה נמצא להמשך פיתוח, בתקווה יוביל תהליך זיהוי אוטומטי של מספר מוטציות ויחידים.

שיטה זו משווה ניסיוני ותדירות modeled ספקטרה ומכניקה של C. elegans באמצעות שני זנים עם דפוסים שונים מאוד locomotory. התוצאות מציגות כי ספקטרום תדירות תלויה טמפורלית שינויים כמו תולעים נימיות שוחה בעמודת המים כך ברור מיקרוסקופיים תמונות לא נחוצים לצורך ניתוח. שיטה זו מאפשרת לניתוח כמותי בזמן אמת, מספק מידע משלים תמונות/סרטונים שהושג עם מיקרוסקופים מסורתיים. עקיפת פראונהופר, הנקראים גם שדות רחוק עקיפה, מספק את הבסיס עבור קבלת עקיפה בשידור חי-נתונים-1,-2. עוצמת האור בכל נקודה בודדת בתבנית עקיפה היא התוצאה של superimposing אור מכל נקודה בחלוקה לרמות של נמטודות3. כתוצאה מכך, עוצמת האור שנאספו לאורך זמן נושאת מידע אודות ומכניקה תולעים נימיות. ניתוח האות עקיפה תלויי-זמן יכול לזהות את התנועה האופייניות של המוטציה המתאימים מאז ניתוח כל התדרים מעורב גפיים משלים ניתוח וידאו מסורתיים. במקרה זה, ההבדלים האופיינית של גפיים של "רולר" לבין פראי סוג C. elegans מאושרות על-ידי השוואת ספקטרום תדירות של שני זנים שונים של תולעים נימיות.
כמה מאפיינים הקודם אושרו באמצעות ניתוח תדירות של עקיפה אותות כמו שחייה תדרים2,4. וחשוב מכך, שיטה זו יכול לשמש כשיטה המשלימה כדי מיקרוסקופ מסורתי להתבונן גפיים בזמן אמת על גבי מסך מחשב כמו הנתונים הנאספות. ניתן לכמת את ספקטרום תדירות של תולעים עם דפוסים ברורים locomotory על ידי שוקל שפורייה הפך אות לאות עקיפה.
מהות רב תחומיים מבוססי פורייה עקיפה בעבודה זו כרוכה בתחומי ביולוגיה ופיזיקה. עקיפה על ידי תחת דגימה שימש זמן לחקור מבנים קריסטל ביולוגיה5 ושדות אחרים. בניסוי זה, עם זאת, oversampling6,7 יוצר התבנית שדה רחוק עקיפה כך האורגניזם ממורכזת בתוך הקרן. Oversampling משמשת בדרך כלל עבור הדמיה עדשה-פחות8 בשילוב עם אלגוריתם אחזור שלב משחזר תמונה של האובייקט המקורי. אחזור שלב קשה להשיג כאשר קיימות scatterers כמו במקרה תולעים נימיות. החתימה עקיפה טמפורלית מספיקה כדי להעריך את התדרים מפתח של התנועה תולעת. שיטה זו נמצאת פחות שהמפתחות מפרכת, מספק דרך אופטי לכמת ומכניקה. טכניקה זו יכול בקלות להיות מותאם לניתוח של מוטציות או תנאים סביבתיים לשנות התנהגות.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Tunable Helium-Neon laser</td>
			<td>Research Electro-Optics</td>
			<td>30602</td>
			<td>Four wavelengths can be selected between 543 nm and 633 nm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 Front Surface Aluminum Mirrors</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PF10-03-F01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photodiode: SI Amplified Detector</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PDA 100A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz Cuvette</td>
			<td>Starna Cells</td>
			<td>21/G/5</td>
			<td>Plastic cells may be used as well.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MatLab (Software)</td>
			<td>MathWorks</td>
			<td>R2016b (9.1.0.441655)</td>
			<td>Use the fft command to simulate diffraction</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excel</td>
			<td>Microsoft</td>
			<td>14.7.1</td>
			<td>Used for data analysis of Fig. 4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caenorhabditis elegans Roller</td>
			<td>University of Minnesota Caenorhabditis elegans Center (CGC)</td>
			<td>Strain: OH7547 
			Genotype: otIs199.</td>
			<td>https://cbs.umn.edu/cgc/home</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Caenorhabditis elegans Wild Type</td>
			<td>University of Minnesota Caenorhabditis elegans Center (CGC)</td>
			<td>Strain:N2 Genotype: C. elegans wild isolate</td>
			<td>https://cbs.umn.edu/cgc/home</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fourier-based diffraction analysis of live caenorhabditis elegans

כתב יד זה מתאר כיצד לסווג נמטודות השימוש בחתימות עקיפה שדה רחוק טמפורלית. . יחיד C. elegans מושהה בעמודת המים בתוך cuvette אופטי. Nm 632 לייזר מתמשך wave הנה מכוונת דרך cuvette באמצעות מראות המשטח הקדמי. מרחק משמעותי של 20-30 ס מ לפחות נסע אחרי האור עובר דרך cuvette מבטיחה תבנית עקיפה שימושי רחוק-שדה (פראונהופר). השינויים תבנית עקיפה בזמן אמת כמו תולעים נימיות שוחה בתוך קרן הלייזר. פוטודיודה ממוקם מחוץ למרכז התבנית עקיפה. האיתות מתח פוטודיודה נצפית בזמן אמת והקליט באמצעות אוסצילוסקופ דיגיטלי. תהליך זה חוזר על עצמו עבור סוג הפרוע 139 ו- 108 "רולר" C. elegans. תולעים פראי סוג התערוכה דפוס תנודה מהירה בפתרון. התולעים "רולר" יש מוטציה במרכיב מרכזי של הקוטיקולה המפריע ומכניקה חלקה. מרווחי זמן לא חופשיים הרוויה ואת חוסר פעילות מתבטלים. זה מעשי לחלק כל ממוצע ב- המקסימאלית שלה כדי להשוות עוצמות היחסי. האות עבור כל תולעת היא שפורייה הפך כך התבנית תדירות עבור כל תולעת מתגלה. האות עבור כל סוג של תולעת הוא בממוצע. ספקטרום פורייה בממוצע עבור הסוג פרא ו- "רולר" C. elegans שונה במובהק, לחשוף את הצורות תולעת דינמי של זנים שונים תולעת שני ניתן להבחין באמצעות אנליזת פורייה. ספקטרום פורייה של כל זן תולעת תואם דגם משוער באמצעות שתי צורות תולעת בינאריים שונים התואמים רגעים locomotory. המעטפה של ההתפלגות תדירות בממוצע עבור תולעים בפועל, מעוצבת מאשר שהמודל תואם את הנתונים... בשיטה זו יכול לשמש בסיס עבור אנליזת פורייה עבור מינים רבים מיקרוסקופיים, כמו כל מיקרואורגניזם יש ספקטרום פורייה הייחודי שלה.

הגדרת הניסוי אופטי המוצג באיור 1 מאפשר חקר מיקרואורגניזמים מבלי להיות קשור למישור מוקד. האיתות בהלקאה פוטודיודה ניתן לצפות בזמן אמת על גבי מסך המחשב כמו איסוף הנתונים. דפוסי לא רגיל יהיה גלוי באופן מיידי ללא צורך לנתח וידאו בפירוט.
דוגמאות תולעת רציפים modeled התנועה ואת עקיפה המתאימים דפוסי מוצגים באיור2. הדפוסים עקיפה מעוצבת איכותית דומים. הדפוסים ניסיוני1 ומהווים אינדיקציה ראשונית הסימולציות בהצלחה מודל של תולעים נימיות.
חתימה עקיפה זמני דגימה של שני הסוגים של C. elegans למד פה מוצג באיור3. ניתן לראות איכותית כל תולעים נימיות מפרפרת תעריפים שונים, amplitudes. חלק מההבדלים ניתן לכמת דרך עקומה פולינומיאלית כפי שנעשה ב- הפרסום הקודם1. התמרת פורייה בדידה, חושפת פרטים נוספים בנוגע תדרים מוטבע:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq1.jpg">, (1)
כאשר Fk הוא התמרת פורייה דיגיטלי (רגל) ו- fn הוא האות עקיפה raw תלויי-זמן עם הזמן דיסקרטית משתנה n משתנה תדירות דיסקרטית ק' N הוא המספר הכולל של נקודות נתונים. התמרת פורייה דיגיטלית ממוצעת מאפשר תולעים נימיות להיות מזוהה על ידי משרעת ספקטרום תדירות שלה עקיפה (איור 4). הקשת פראי סוג נשלטת על ידי תדרים נמוכים יותר מאשר הספקטרום תנועה רולר.
מודל המעריכה את סוג בר נגד ההערות C. elegans רולר לסוג הפראי נוטה ת'ראש בתנועה (W או S shape) wavelike (איור 2 א) בזמן רולר נוטה נותן העדפה לצד אחד הדומה בערך צורה C נדנוד ( איור 5). זה מציע הסבר על ספקטרום שונה. רולר בעיקר יהוו את כנסיי לצד אחד, בזמן תנודה W יכולים להיחשב שניים מנוגדות C תנועות. מסיבה זו, W. ההצעה מורכבת יותר חושפני יותר משני תדרים נמוכים מ- C. ההצעה. תוצאה זו הוא אישר במודל חישובית. הצורה W יש הרבה צפיפות גבוהה יותר תדירות מאשר הצורה C (איור 6). זה אושר ב FFT איור 4 איפה התדרים רולר מקובצים יותר בזמן לא דיסקרטית לחלוטין. הסטטיסטיקה של ה roller מוטים מאז רולר ניתן לחזור פראי סוג גפיים באופן זמני.
ספקטרום יישר כוח מסוג רולר C. elegans מראה רחב לשיא ב ~1.5 הרץ, בזמן שחייה פראי סוג C. elegans תערוכות קשת עם מודאלים מרובים (כולל פסגות ~1.0 הרץ, הרץ 1.75). פוטודיודה (PD) יש גודל סופי שמתפשטת במספר אלמנטים מטריקס. מטריקס בודדים רכיבים או נקודות על התבנית עקיפה משתנים בעוצמתם מאז התאבכות בונה והרסני משתנים; ובכל זאת, התדרים שבו משתנים עוצמות זהים עבור כל רכיבי מטריקס, כפי שניתן לראות באיור7. בהתחשב הנגזרת זמן 1 הציוד, זה ניתן לראות כי תדירות תנודות לא לסמוך על המטריקס שלב, אלא רק על התנודות של האובייקט המקורי:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq2.jpg">, (2).
כמו המשטרה מתפשט על פני מספר רכיבי מטריקס, מיקומי שיא ממוצע לפרופיל תדירות עקבית. גיוון צפויים, יכול לתת רמזים על הכיוון של התולעת. התפלגות השכיחויות ישתנה כמו דהירה של השינויים תולעת. המודל הנוכחי הוא מודל פשוט המאפשר רק על ההערכה של מיקומי שיא יותר מאשר הגולן השיא היחסי. דפוסים שונים locomotory יהיה בממוצע למיקומים שונים שיא.

<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig1.jpg"> 
איור 1. הגדרת הניסוי. מסעותיו קרן לייזר צריכת חשמל נמוכה דרך המסנן דחיסות נייטרלית, משתקפת במראה M1 למטה דרך cuvette המכיל את התולעת על גבי המראה M2, נוסע לכיוון פוטודיודה. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig2.jpg"> 
באיור 2. תולעת רציפים צורות ותבניות עקיפה המתאים. () יש לבחור תמונות בינאריות רציפים של נמטודות צורה מעוצבת של W ואת הדפוסים עקיפה רציפים (b) המתאימים. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig3.jpg"> 
איור 3. מדגם ניסיוני עקיפה חתימות. עקיפה חתימות שנאספו () OH7547 "הרים" ו- (b) N2 הפרוע סוג C. elegans בעזרת פוטודיודה יחיד בדוגמת המילוי עקיפה. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig4.jpg"> 
באיור 4. ניסיוני בממוצע כוח ספקטרום של רולר וסדרות עקיפה פראי סוג פראונהופר. המופע ספקטרום התדרים המצויים בממוצע התמרת פורייה של סדרת הזמן הקליט עם פוטודיודה. מסנן גאוסיאני של סטיית תקן הרץ 0.075 ק, נחתך ב 3 סטיות תקן, משמשת לאיזון. שימו לב הפסגה ספקטרלי רחב-~1.5 הרץ בספקטרום רולר מוחלקים, לעומת הקשת עם מודאלים מרובים מוחלקים פראי סוג (כולל פסגות-~1.0 ו- 1.75 Hz). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig5.jpg"> 
איור 5. איור צורה עקיפה. תבניות עקיפה שניתן למדל באמצעות חשיבה של כל מקטע קו כמו קו ישר אינפיניטסימלי קטן (משמאל). Superimposing את השורות האלה (מימין) מדגים את בניית תבניות עקיפה רחוק-שדה שנוצר על ידי סי בצורת תולעים נימיות. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig5large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig6.jpg"> 
איור 6. מדומה כוח ספקטרום של רולר וסדרות עקיפה פראי סוג פראונהופר. () C צורה ו- (b) W צורה תולעים עם פוטודיודה מרוכז בכל האלמנטים מטריקס 200 (אנכי) של 175 (אופקי). הצורה W מראה צפיפות גבוהה יותר של תדרים עקב גפיים מורכבים יותר. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig6large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig7.jpg"> 
איור 7. מדומה כוח ספקטרום של רולר וסדרות פראי סוג פראונהופר עקיפה במיקומים שונים פוטודיודה. תולעת () W-צורה, התולעת צורה (b) C עבור רכיבי מטריקס יחיד במקומות שונים להדמיית במקומות שונים של פוטודיודה. פסגת הגולן להשתנות עבור מיקומים שונים; עם זאת, מיקומי שיא נותר ללא שינוי עבור צורות ספציפיות. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig7large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans at JoVE.com

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

כתב יד זה מתאר כיצד להבחין בין נמטודות שונים באמצעות שדה רחוק עקיפה חתימות. אנו משווים את ומכניקה של 139 108 "רולר" C. elegans וסוג הפרוע מאת ממוצע של תדרים המשוייך לחתימה עקיפה פראונהופר טמפורלית במקום אחד באמצעות לייזר מתמשך wave.

מבוסס-פורייה עקיפה ניתוח של חיים 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 ...

fourier-based-diffraction-analysis-of-live-caenorhabditis-elegans

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Electrical Engineering

Engineering

Unit 1

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

Fourier Series

SCIENTISTS IN ACTION

7.7K Views.  Vassar College. כתב יד זה מתאר כיצד להבחין בין נמטודות שונים באמצעות שדה רחוק עקיפה חתימות. אנו משווים את ומכניקה של 139 108 "רולר" C. elegans וסוג הפרוע מאת ממוצע של תדרים המשוייך לחתימה עקיפה פראונהופר טמפורלית במקום אחד באמצעות לייזר מתמשך wave.

Video: Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

ניתוח של ממשקי מגע עבור יחיד התקני Nanowire גן

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

This study demonstrates an inexpensive and straightforward technique that allows the measurement of physical properties such as position, velocity, acceleration and forces involved in the locomotory behavior of nematodes suspended in a column of water in response to single wavelengths of light. We demonstrate how to evaluate the locomotion of a microscopic organism using Single Wavelength Shadow Imaging (SWSI) using two different examples.
The first example is a systematic and statistically viable study of the average descent of C. elegans in a column of water. For this study, we used living and dead wildtype C. elegans. When we compared the velocity and direction of nematode active movement with the passive descent of dead worms within the gravitational field, this study showed no difference in descent-times. The average descent was 1.5 mm/sec &#177; 0.1 mm/sec for both the live and dead worms using 633 nm coherent light.
The second example is a case study of select individual C. elegans changing direction during the descent in a vertical water column. Acceleration and force are analyzed in this example. This case study demonstrates the scope of other physical properties that can be evaluated using SWSI while evaluating the behavior using single wavelengths in an environment that is not accessible with traditional microscopes. Using this analysis we estimated an individual nematode is capable of thrusting with a force in excess of 28 nN.
Our findings indicate that living nematodes exert 28 nN when turning, or moving against the gravitational field. The findings further suggest that nematodes passively descend in a column of water, but can actively resist the force of gravity primarily by turning direction.

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

The technique presented here measures the path of freely swimming microscopic species using single wavelength exposure. C. elegans are used to demonstrate shadow imaging as an inexpensive alternative to costly microscopes. This technique can be adapted to accommodate various orientations, environments and species to measure direction, speed, acceleration and forces.

אחת אורך גל צל הדמיה של<em&gt; Elegans Caenorhabditis</em&gt; נידות כולל כוח אומדנים

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

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric vehicles.1,2 However, many challenges, such as energy density and battery lifetimes, need to be overcome before this particular battery technology can be widely implemented in such applications.3 This research is challenging, and we outline a method to address these challenges using in situ NPD to probe the crystal structure of electrodes undergoing electrochemical cycling (charge/discharge) in a battery. NPD data help determine the underlying structural mechanism responsible for a range of electrode properties, and this information can direct the development of better electrodes and batteries.
We briefly review six types of battery designs custom-made for NPD experiments and detail the method to construct the &#8216;roll-over&#8217; cell that we have successfully used on the high-intensity NPD instrument, WOMBAT, at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). The design considerations and materials used for cell construction are discussed in conjunction with aspects of the actual in situ NPD experiment and initial directions are presented on how to analyze such complex in situ data.

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

We describe the design and construction of an electrochemical cell for the examination of electrode materials using in situ neutron powder diffraction (NPD). We briefly comment on alternate in situ NPD cell designs and discuss methods for the analysis of the corresponding in situ NPD data produced using this cell.

באתרו ניוטרון אבקת השתברות שימוש בסוללות ליתיום-יון מתוצרת מותאמת אישית

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

Quantification of Hydrogen Concentrations in Surface and Interface Layers and Bulk Materials through Depth Profiling with Nuclear Reaction Analysis

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and non-destructively reveals the hydrogen density distribution at surfaces, at interfaces, and in the volume of solid materials with high depth resolution. The technique applies a 15N ion beam of 6.385 MeV provided by an electrostatic accelerator and specifically detects the 1H isotope in depths up to about 2 &#956;m from the target surface. Surface H coverages are measured with a sensitivity in the order of ~1013 cm-2 (~1% of a typical atomic monolayer density) and H volume concentrations with a detection limit of ~1018 cm-3 (~100 at. ppm). The near-surface depth resolution is 2-5 nm for surface-normal 15N ion incidence onto the target and can be enhanced to values below 1 nm for very flat targets by adopting a surface-grazing incidence geometry. The method is versatile and readily applied to any high vacuum compatible homogeneous material with a smooth surface (no pores). Electrically conductive targets usually tolerate the ion beam irradiation with negligible degradation. Hydrogen quantitation and correct depth analysis require knowledge of the elementary composition (besides hydrogen) and mass density of the target material. Especially in combination with ultra-high vacuum methods for in-situ target preparation and characterization, 1H(15N,&#945;&#947;)12C NRA is ideally suited for hydrogen analysis at atomically controlled surfaces and nanostructured interfaces. We exemplarily demonstrate here the application of 15N NRA at the MALT Tandem accelerator facility of the University of Tokyo to (1) quantitatively measure the surface coverage and the bulk concentration of hydrogen in the near-surface region of a H2 exposed Pd(110) single crystal, and (2) to determine the depth location and layer density of hydrogen near the interfaces of thin SiO2 films on Si(100).

We illustrate the application of 1H(15N,&#945;&#947;)12C resonant nuclear reaction analysis (NRA) to quantitatively evaluate the density of hydrogen atoms on the surface, in the volume, and at an interfacial layer of solid materials. The near-surface hydrogen depth profiling of a Pd(110) single crystal and of SiO2/Si(100) stacks is described.

כימות של ריכוזי מימן שכבות חיצוניות ואת ממשק חומרים בתפזורת באמצעות פרופיל עומק עם ניתוח תגובה גרעיני

Nuclear reaction analysis (NRA) via the resonant 1H(15N,&#945;&#947;)12C reaction is a highly effective method of depth profiling that quantitatively and ...

Using Synchrotron Radiation Microtomography to Investigate Multi-scale Three-dimensional Microelectronic Packages

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data acquisition times with high spatial resolution. In the electronics industry there is serious interest in performing failure analysis on 3D microelectronic packages, many which contain multiple levels of high-density interconnections. Often in tomography there is a trade-off between image resolution and the volume of a sample that can be imaged. This inverse relationship limits the usefulness of conventional computed tomography (CT) systems since a microelectronic package is often large in cross sectional area 100-3,600 mm2, but has important features on the micron scale. The micro-tomography beamline at the Advanced Light Source (ALS), in Berkeley, CA USA, has a setup which is adaptable and can be tailored to a sample&#39;s properties, i.e., density, thickness, etc., with a maximum allowable cross-section of 36 x 36 mm. This setup also has the option of being either monochromatic in the energy range ~7-43 keV or operating with maximum flux in white light mode using a polychromatic beam. Presented here are details of the experimental steps taken to image an entire 16 x 16 mm system within a package, in order to obtain 3D images of the system with a spatial resolution of 8.7 &#181;m all within a scan time of less than 3 min. Also shown are results from packages scanned in different orientations and a sectioned package for higher resolution imaging. In contrast a conventional CT system would take hours to record data with potentially poorer resolution. Indeed, the ratio of field-of-view to throughput time is much higher when using the synchrotron radiation tomography setup. The description below of the experimental setup can be implemented and adapted for use with many other multi-materials.

For this study synchrotron radiation micro-tomography, a non-destructive three-dimensional imaging technique, is employed to investigate an entire microelectronic package with a cross-sectional area of 16 x 16 mm. Due to the synchrotron&#39;s high flux and brightness the sample was imaged in just 3 min&#160;with an 8.7 &#181;m spatial resolution.

שימוש Synchrotron קרינה Microtomography לחקור חבילות מיקרו-אלקטרוניים תלת ממדי רב היקף

Synchrotron radiation micro-tomography (SR&#181;T) is a non-destructive three-dimensional (3D) imaging technique that offers high flux for fast data ...

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to make an application so that the material reaches the target site (i.e., plant). Information critical in this process is the droplet size that a particular spray nozzle, spray pressure, and spray solution combination generates, as droplet size greatly influences product efficacy and how the spray moves through the environment. Researchers and product manufacturers commonly use laser diffraction equipment to measure the spray droplet size in laboratory wind tunnels. The work presented here describes methods used in making spray droplet size measurements with laser diffraction equipment for both ground and aerial application scenarios that can be used to ensure inter- and intra-laboratory precision while minimizing sampling bias associated with laser diffraction systems. Maintaining critical measurement distances and concurrent airflow throughout the testing process is key to this precision. Real time data quality analysis is also critical to preventing excess variation in the data or extraneous inclusion of erroneous data. Some limitations of this method include atypical spray nozzles, spray solutions or application conditions that result in spray streams that do not fully atomize within the measurement distances discussed. Successful adaption of this method can provide a highly efficient method for evaluation of the performance of agrochemical spray application nozzles under a variety of operational settings. Also discussed are potential experimental design considerations that can be included to enhance functionality of the data collected.

We present protocols to be used in the measurement of spray droplet size from agricultural nozzles used in both aerial and ground based agrochemical applications. These methods presented were developed to provide consistent and repeatable droplet size data both inter- and intra-laboratory, when using laser diffraction systems.

גודל אגל ריסוס מדידה מן הנחירים חקלאיים באמצעות דיפרקציה ליזר

When making an application of any crop protection material such as an herbicide or pesticide, the applicator uses a variety of skills and information to ...

Characterization of Ultra-fine Grained and Nanocrystalline Materials Using Transmission Kikuchi Diffraction

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and nanocrystalline materials. The traditional techniques associated with scanning electron microscopy (SEM), such as electron backscatter diffraction (EBSD), do not possess the required spatial resolution due to the large interaction volume between the electrons from the beam and the atoms of the material. Transmission electron microscopy (TEM) has the required spatial resolution. However, due to a lack of automation in the analysis system, the rate of data acquisition is slow which limits the area of the specimen that can be characterized. This paper presents a new characterization technique, Transmission Kikuchi Diffraction (TKD), which enables the analysis of the microstructure of UFG and nanocrystalline materials using an SEM equipped with a standard EBSD system. The spatial resolution of this technique can reach 2 nm. This technique can be applied to a large range of materials that would be difficult to analyze using traditional EBSD. After presenting the experimental set up and describing the different steps necessary to realize a TKD analysis, examples of its use on metal alloys and minerals are shown to illustrate the resolution of the technique and its flexibility in term of material to be characterized.

This paper provides a detailed method to characterize the microstructure of ultra-fine grained and nanocrystalline materials using a scanning electron microscope equipped with a standard electron backscatter diffraction system. Metal alloys and minerals presenting refined microstructures are analyzed using this technique, showing the diversity of its possible applications.

אפיון של אולטרה-קפדניים Nanocrystalline חומרים באמצעות דיפרקציה הילוכים קיקוצ&#39;י

One of the challenges in microstructure analysis nowadays resides in the reliable and accurate characterization of ultra-fine grained (UFG) and ...

Femtosecond Laser Filaments for Use in Sub-Diffraction-Limited Imaging and Remote Sensing

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode scanners. In classical optics, the intensity that can be brought to bear on a remote target is limited by the spot size of the laser at the distance of the target. This spot size has a lower bound determined by the diffraction limit of classical optics. However, amplified femtosecond laser pulses generate intensity sufficient to modify the refractive index of the ambient air and undergo self-focusing. This self-focusing effect leads to the generation of highly intense laser filaments which maintain their intensity and small sub-millimeter diameter size at distances well beyond the classical Rayleigh length. Such intensity provides the capability of remote scanning, imaging, sensing, and spectroscopy with enhanced spatial resolution. We describe a technique for generating filaments with a femtosecond regenerative chirped-pulse amplifier, and for using the resulting filament to conduct imaging and spectroscopic measurements at remote distances of at least several meters.

High-intensity femtosecond pulses of laser light can undergo cycles of Kerr self-focusing and plasma defocusing, propagating an intense sub-millimeter-diameter beam over long distances. We describe a technique for generating and using these filaments to perform remote imaging and sensing beyond the classical diffraction limits of linear optics.

חוטים לייזר הפמטו-שנייה לשימוש משנה-Diffraction-מוגבלת וחישה מרחוק

Probing remote matter with laser light is a ubiquitous technique used in circumstances as diverse as laser-induced breakdown spectroscopy and barcode ...

Quantitative Analysis by Thermogravimetry-Mass Spectrum Analysis for Reactions with Evolved Gases

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and multi-intermediates. Thermogravimetry-mass spectrum (TG-MS) is seen as a powerful tool to study reaction features. However, reaction details and reaction mechanics have not been effectively obtained directly from the ion current of TG-MS. Here, we provide a method of an equivalent characteristic spectrum analysis (ECSA) for analyzing the mass spectrum and giving the mass flow rate of reaction gases as precise as possible. The ECSA can effectively separate overlapping ion peaks and then eliminate the mass discrimination and temperature-dependent effect. Two example experiments are presented: (1) the decomposition of CaCO3 with evolved gas of CO2 and the decomposition of hydromagnesite with evolved gas of CO2 and H2O, to evaluate the ECSA on single-component system measurement and (2) the thermal pyrolysis of Zhundong coal with evolved gases of inorganic gases CO, H2, and CO2, and organic gases C2H4, C2H6, C3H8, C6H14, etc., to evaluate the ECSA on multi-component system measurement. Based on the successful calibration of the characteristic spectrum and relative sensitivity of specific gas and the ECSA on mass spectrum, we demonstrate that the ECSA accurately gives the mass flow rates of each evolved gas, including organic or inorganic gases, for not only single but multi-component reactions, which cannot be implemented by the traditional measurements.

Precise determination of the evolved gases&#39; flow rate is key to study the details of reactions. We provide a novel quantitative analysis method of equivalent characteristic spectrum analysis for thermogravimetry-mass spectrum analysis by establishing the calibration system of the characteristic spectrum and relative sensitivity, for obtaining the flow rate.

ניתוח כמותי על-ידי ניתוח הספקטרום Thermogravimetry-המונית לתגובות עם גזים מפותחת

During energy conversion, material production, and metallurgy processes, reactions often have the features of unsteadiness, multistep, and ...

Crack Monitoring in Resonance Fatigue Testing of Welded Specimens Using Digital Image Correlation

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It is intended as a practical and reproducible procedure to identify macroscopic cracks at an early stage and monitor crack propagation during fatigue tests. It consists of strain field measurements at the weld using DIC. Images are taken at fixed load cycle intervals. Cracks become visible in the computed strain field as elevated strains. This way, the whole width of a small-scale specimen can be monitored to detect where and when a crack initiates. Subsequently, it is possible to monitor the development of the crack length. Because the resulting images are saved, the results are verifiable and comparable. The procedure is limited to cracks initiating at the surface and is intended for fatigue tests under laboratory conditions. By visualizing the crack, the presented procedure allows direct observation of macrocracks from their formation until rupture of the specimen.

Digital image correlation is used in fatigue tests on a resonance testing machine to detect macroscopic cracks and monitor crack propagation in welded specimens. Cracks on the specimen surface become visible as increased strains.

לפצח ניטור בדיקת עייפות התהודה של דגימות מרותך באמצעות מתאם תמונה דיגיטלית

A procedure using digital image correlation (DIC) to detect cracks on welded specimens during fatigue tests on resonance testing machines is presented. It ...