私たちは、ヴァッサー大学学部研究夏期研究所（URSI）、ルーシー·メイナードサーモン研究基金、米航空宇宙局（NASA）賞第NX09AU90A、科学技術の研究の卓越性のための国立科学財団センター（NSF-CREST）賞号の支援に感謝しています0630388およびNSF賞番号1058385。

1。C.虫の準備<ol><li>若年成人でのペトリ皿を準備しますCの懸濁する前の実験で説明したように虫流体満たされたキュベット11内の虫 。 </li><li>ビデオ分析の当日、そのままステップ2で説明したように、プラチナのピックを使用して、脱イオン蒸留水で満たされたキュベットにライブの若い大人の線虫を選択します。 </li><li>死んCを準備クロロホルム曝露とエレガンス 。ステップ2で説明したライブ線虫を選んで記載した手順に従って続行します。 </li></ol>ビデオ分析のための2。光学装置<ol><li> 図1に示すように、影の画像を作成するための実験装置を組み立てる。カメラであれば、画面の正面図を捕捉することができるように、画面から任意の距離に配置することができる。良い場所は、画面に直面してキュベットに隣接しています。 <ol><li>少なくとも二つのミラーをするために使用してビームは、12mmの直径に拡張されるように、ガリレイビームエキスパンダーに調整可能なヘリウムネオンレーザ出力を操縦する。 </li><li>ビームが遮られずにピンホールを通過するようにビーム経路内に1つまたは2つのピンホールを配置する。位置合わせが維持される保証するために、ピンホールを使用してください。 </li><li> 10ミリメートルの深さ4センチ、10ミリメートル幅で取り付けられた石英キュベットに拡大されたビームを演出します。 </li><li> 75ミリメートルの正の焦点距離の平凸レンズを使ってビームを拡大。 </li><li>約120センチメートルレンズからの投写画面に配置します。これを超える距離では影の画像のより大きな拡大率が得られます。しかしながら、画像の品質は、より低い光強度と回折干渉の増加目立ちに減少する。 </li><li>すぐ隣の画面に直面してキュベットに、少なくとも60 FPSが可能な高速度カメラを配置します。 </li></ol></li><li>光学セットの近くに解剖顕微鏡を配置キュベットへの線虫の迅速な転送のためのアップ。 </li><li>ビームは、画面上に定規の拡大像を投影するように一時的に拡大されたビームに対して垂直なキュベットホルダの中心にMM部門と透明定規を固定します。ビデオ分析のための長さスケールを設定します。 <ol><li>投影スクリーン上の投影との干渉を避けるために投影された画像から透明定規オフセンターを使用して、スケールの距離をマーク。 <a href="Video_1_633nm.MOV" target="_blank">ビデオについては、ここをクリックしてください。</a> </li><li>この画像を記録し、倍率を測定します。セットアップから定規を削除します。レンズを通して波長毎に光の屈折の角度として他の波長に対して、この手順を繰り返します色収差によるもので異なります。 </li></ol></li><li>キュベットを交換し、蒸留水でリムの1ミリメートル以内にそれを埋める。 </li><li>スケールの距離を同じに含まれるように部屋のライトがオンになっている間録音を開始投影された画像などの映像。ライトの電源をオフにします。 </li><li>薄くて平らに白金線ピックを使って、個々の若い成人での移動水の表面に触れることによりピックキュベットに寒天プレートから一度に1つのエレガンス 。それが原因で、散乱光に光を入射すると、線虫は、水柱に見えるようになります。 <a href="Video_2_CB678_633nm.mov" target="_blank">ビデオはこちらをクリックしてください。</a> </li><li>彼らは拡大されたレーザビームを通過するワームの投影像を撮影。なお、投影像が反転すると、ワームがそれらの実際の動きとは反対方向に移動するように表示されることに留意することが重要である。重力で下降しているワームは、（ 図2）画面上で上方向に移動するように表示されます。 </li></ol> 3。ビデオデータ準備<ol><li>ビデオ解析プログラムにビデオをインポートします。 </li><li>以前に決定倍率を使用してスケールを設定します。 </li><li> TRACKとらパス全体にわたって少なくとも10のデータ·ポイントを持つ影の線虫の頭部の直線変位。 </li><li>誘導体（「Y」、「時間」）を考えて、垂直方向の速度を見つけて、ステップ2.2で決定された倍率で、この値を割る。 </li></ol> 4。データ解析<ol><li> Cの線形下降を分析虫 ： <ol><li>対時間のグラフの縦位置のデータポイントは、一般的に直線を形成していることを確認してください。いくつかの逸脱は、線虫の頭の動きに無視することができます。データ点は、一般的に直線を形成している場合、それ以外の降下が非線形であると分析は、このプロトコルのステップ5.1を使用して継続されるべきで、4.1.2に進みます。 </li><li>解析メニューからのデータへの直線12を嵌合することにより、線形回帰直線を作成します。この線の勾配は、次いでCの垂直方向の速度である。虫 。スロープは、特定の間隔での時間の変化で割った位置の変化である。このように生死ワームの下降速度（ 図3）を決定します。 </li><li>線虫からの垂直遊泳速度を平均する。約50ワームのサンプルサイズで十分です。死んワームズドリフト速度でライブワームズ水泳速度を比較してください。 </li></ol></li></ol> 5℃の非線形運動を分析虫 <ol><li>第3節から、水柱（ 図4）内の非線形降下を示しており、分析されたビデオファイルを選択します。非線形降下は、このプロトコルのステップ4.1.1を用いて同定することができる。 </li><li>ビデオ分析ソフトウェアの「分析」メニューから「カーブフィット」を選択します。二次（二次）多項式を選択します。カーブにフィット。 </li><li>関心のある領域については、各側Oのブラケットをスライドさせることで、グラフ上のフィット感を調整カーブフィット内および/またはウェルエラーバー内のデータ点に非常に近くなるまで、グラフ上にフィットfは。フィッティングプログラムは、時間に対する垂直方向の位置で近似曲線のための数学的な表現を提供します。物理的特性に関連したプログラムによって与えられた近似曲線の誤差を考慮してください。以下の15％の相対誤差は、通常は許容されます。 </li><li>追加全曲線は、データの追加部分を覆うようにフィットする。スプライン13の最適な適用範囲のための関数：曲線はオーバーラップが収まることを確認し、重複領域になるように斜面の試合隣接カーブを揃えるようにしてください。 </li><li>ステップ5.1.3で得られた数式を用いて、近似曲線の導関数を取ることによって、関心領域のための速度を求める。速度が時間的に変化することがあります。誘導体は関数の傾きであることに注意してください。誘導体は、数学的またはグラフィックを得ることができる。この場合、指定された数学的な式とすることを使用するのは合理的であるession。 </li><li>加速を得るために、フィット曲線の二次導関数を取る。加速度が時間的に変化することがあります。 </li><li>ワームは発揮推力を計算するためにワームの質量の加速を掛けます。合理的な推定質量はワームが水主に構成されていることを仮定して3μgのです。 </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>

著者らは、開示することは何もありません。

SWSI技術は、自由生活性線虫のような微細な生物の運動器官の機能を理解するための追加手段を提供します。この技術を用いて、我々は、重力が死んで線虫で動作するアクティブな運動（水泳）および受動ドリフトを区別しています。自由遊泳の線虫が水中で移動中に方向を変える時に加えて、我々は線虫を操作して線虫によって発揮され、抵抗力と角度力を測定することができます。 線虫は土壌内の異なる環境条件が発生した。水土の中のポケットだけでなく、固体粒子と異なる形状やテクスチャの生物学的材料があります。また、線虫は、彼らが14に対応する重力環境内に存在します。また、土壌表面付近のセンチュウは、異なる光の波長、温度や湿度の変化、ならびに生物学的に露出している細菌、捕食真菌および他の土壌生物のような変数。線虫は、ナビゲーションの戦略を回して変更すること、様々なメディアで泳ぐとクロール、これらすべての異なる変数に応答する必要があります。これらの複雑な計算は全て、唯一の302ニューロン、運動に関与しているのサブセット、および95体壁筋細胞によって行われる。 SWSI技術によって記述さ種類の測定は、線虫は、このナビゲーションの複雑性を達成する方法に重要な洞察を提供しています。 最初の部分のために、我々は野生型C.全体の下降速度を測定した633 nmの光の中で虫 。これらの測定値を使用して、我々はドラグ力をウォーム遭遇を推定することができる。 加速線虫のケーススタディでは、力は速度の抵抗力が変化するため、継続的な変化を伴った。我々はこのワームに作用する力について作ることができるいくつかの文があります。ワームは遅くなるとSWしようとするそれは虫の軌道の低点でゼロに達するまで上方へイムドラグ力の垂直成分は減少する。この時点で、このワームは、最大泳ぐ上向きの力を持っている必要があります。 この方法は、いくつかの方法で修飾することができる。透明な液体に移動し、任意の微細な種がSWSIを使用して追跡することができます。研究は、デジタルカメラにアクセス可能である任意の波長を用いて行うことができる。デジタルカメラは、通常、紫外線から近赤外線までの波長をピックアップします。また、水平方向の研究は、鉛直上方にレーザを向けることによって行うことができる。種は、次に、顕微鏡スライドのように、水平な透明な表面上に配置することができる。ビームエキスパンダーの後にビームエキスパンダや拡大レンズを調整すると、ぼやけた画像をシャープにすることができます。ユーザーは、一貫性があり、簡単なビームアライメントを確実にするために、テーブルにすべてのコンポーネントを固定してくださいする必要があります。 この方法は、利用可能なレーザwavelengtによって制限されるHSおよび解像度。セットアップが簡単であるため、本質的には方向や波長の柔軟性されている既存の顕微鏡に比べてこの方法の利点は、、も弱点があります。レーザーの素朴な光学系とスペックルの分解能を制限する。これらの欠点のいくつかは、確かに、空間フィルタを含む、CCDカメラ上に直接画像を投影することにより、将来的に向上させることができる。 実験が初めて実行されるように、プロトコルの中で最も重要なステップを容易に知ることができる。乱流を作成せずにキュベットで線虫を置くことが重要です。また、振動がセットアップを妨害し、ワームの動作を変更することがあります。画像をシャドウするために使用されている電力を制限するようにしてください。直径1mmのレーザビームのための2mWでは、加熱効果を回避するために最大であるべきである。セットアップは、蒸留水以外の液体を使用する際に散乱効果のためにテストする必要があります。 現在、ほとんどの男icroscopesは波長範囲でまだ非常に広範である白色光またはカラーフィルタを使用して水平面上で動作する。真の単一波長を使用すると視聴シナリオにおける柔軟性を有する顕微鏡、 すなわち水平配置は、通常、1つの利点又は他のこれらに限定されている。また、顕微鏡のこれらのタイプは通常、非常に高価で、まだ我々の手法とは異なり、焦点面に限定されている。私たちのセットアップは簡単、非常に低予算で構築できます。この方法は、学校、環境の企業だけでなく、少しの資金で動作する他のエンティティによって使用される準備ができている。将来的には、この方法は、微細な種の運動とmechanosensation上でリアルタイムの効果を研究することは非常に洗練されたセットアップに使用することができる。この方法では、角度や容易に入手、視聴の深さの広い範囲で単一波長の研究を行います。

線虫（Caenorhabditis elegans）は 、感覚生物学と行動を理解するための遺伝子調節、開発、最近のメカニズムを研究するための強力なモデル生物である自由生活に有益な土壌線虫である。唯一の302ニューロンにもかかわらず、C.エレガンスは、運動器官のパターン、生殖行動、ナビゲーション、走化性および他の多くの複雑な挙動が可能である。C.虫は機械受容、化学受容、さらには光（Ward ら 、2008）1の青色の波長を検出を有している。多くは、感覚運動機能の神経回路とCの一般的な運動器官のパターンについてはほとんど知られていながら、 虫は 、以下では、顕微鏡下でモデル化することができるよりも、複数の同時刺激又はより複雑な環境条件に対する反応について知られている。いくつかの研究は非常にプラスチック製の2,3,4である、より複雑な運動器官のパターンを明らかにした。私たちの方法論的アプローチは、NEMの研究が可能になります我々はすぐに、同時に複数の環境条件を提供することができ、リアルタイムで溶液中atodes。この質問は、従来の顕微鏡ベースのイメージング技術を用いて対処することは困難である。私達は私達の運動器官の挙動を調べるために水柱内線虫を配置するだけでなく、異なる環境条件に応答して運動を変更するために、線虫の能力を決定することを可能にするイメージング技術を開発した。 単一波長シャドウイメージング（SWSI）は、従来の顕微鏡の欠点に対処するために初めてこの論文で提示されている。伝統的な顕微鏡は、深さ5,6水平焦点面数ミクロンに種を観察するために制限されています。単一波長の研究に関しては、最も伝統的な顕微鏡は非常に広く、一般的に、50〜100nmの白色光をフィルタリングするためにカラーフィルタを使用しています。符号を維持しながらSWSIためのレーザを使用すると、1nm未満の波長の選択を狭めるificant光強度7。同様に、単一の波長は、C.の遊泳周波数を測定するために使用されているリアルタイム8 虫 。 本手法の最初のデモンストレーションのために、我々は自由に泳いでの水平方向の位置、X、および垂直方向の位置、Yを監視約センチメートルの距離で水柱におけるエレガンス 。重力にも垂直方向に作用するので特に、我々は、垂直方向の動きに興味を持っている。それは水柱に下降する垂直位置への線形フィットの勾配は、線虫の垂直速度、νyを与える。 <img alt="式" fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq1.jpg" width="50" /> （1） 誤差（RMSE）9の二乗平均平方根は、フィットのクオリティを示しており、下降速度はほぼ一定であるかどうかを示します。垂直方向の速度が次いでEACのために平均化されるH種とデッドワーム。これらの結果を使用して、ワームの経験を推定することができるドラッグ。 私たちの方法の第二のデモンストレーションのために、我々はCを選択した観察ワームの大半とは異なり、一定の速度で降下していなかった虫 。選択されたワームは振り向くと、上向きに泳いまたは下降を続ける前に、しばらくの間で推移どちらか。物理的には、このケーススタディは、スイミング微生物の推力を算出することができることを示している。ニュートンの法則は、方向性を変えるボディは正味の力を意味する、促進することを指示し、 <img alt="フォーミュラ1" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq.jpg" width="25" /> 、その本体10に作用している。 <img alt="式2" fo:content-width="0.7in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq2.jpg" width="70" /> （2） どこ<img alt="P" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51424/51424p.jpg" width="10" />です線形運動量とtは時間である。ワームの質量は一定のままであるので、ワームの加速度がウォームに作用する力に直接比例する。その結果、垂直方向の正味の力は、次のとおりです。 <img alt="式3" fo:content-width=".8in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq3.jpg" width="70" /> （3） mは、ワームの質量であり、yは垂直方向の加速度を表す。垂直方向の正味の力は、同じ方向にワームの推力を表します。総推力を考慮に水平成分を取ることによって算出することができる。

<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

本研究では、光の単一波長に応じて、水の列に懸濁させ、線虫の運動器官の行動に関与して位置、速度、加速度、力などの物理的特性の測定を可能にする安価で簡単な方法を示しています。我々は2つ​​の異なる例を使用して、単一の波長シャドウイメージング（SWSI）を使用して微細な生物の運動性を評価する方法を示します。 最初の例は、Cの平均降下の体系的かつ統計的に実行可能な研究である水の欄に虫 。この研究のために、我々は生きていると死んだ野生型Cを使用我々は重力場の中死んワームの受動的な下降と虫活発な動きの速度および方向を比較すると虫。、本研究では、降下倍に差は認められなかった。平均降下は、コヒーレント633 nmのを使用してライブとデッドワームの両方のための0.1ミリメートル/秒±1.5ミリメートル/秒であったライト。 第二の例では、SELECT、個々のCのケーススタディである虫の垂直水柱における降下中に方向を変える。加速力は、この例では分析される。このケーススタディは、従来の顕微鏡ではアクセスできない環境で、単一の波長を用いて行動を評価しながらSWSIを用いて評価することができ、他の物理的特性の範囲を示しています。我々は、個々の線虫を推定し、この分析を使用すると、28を超えるnNの力で押圧することができる。 我々の調査結果は、回転、または重力場に対して移動するときに生きている線虫は28 nNのを発揮することを示している。の知見は、さらに、線虫が受動的水の欄に下降するが、積極的に主に方向を回転させることにより重力に耐えることができることを示唆している。

着実ディセント最初の調査は、C.の降下率に区別可能な違いを示していません633 nmのを使用してSWSI中の虫 。下降速度は、生存および死亡C.両方0.1 100mm /秒±1.5 100mm /秒で一定であることが見出された虫 。 50ワームのサンプルサイズは、生者と死者のワームの両方のための7％の合理的な分散を生成した。ドラグ力が重力マイナス浮力と等しくなるように下降速度が一定であるので、ワームに作用する加速度は存在しない。これは、ワームの密度が水よりもわずかに大きいことを意味する;ただし、以下の推定に線虫の密度がおよそその水であることを前提とすることは現実的である。 方向を変える第二の調査、ケーススタディでは、線虫が方向を変化させることが可能であり、反対上向きに泳ぐことができることを実証している重力。これらの曲線の2次微分を対時間の加速（ 図5）は、グラフにスプラインすることができるように、二つの曲線は、線虫の垂直方向の変位に適合させた。 &#160;それは良いフィット感を維持しながら、可能な限り低く多項式秩序を維持することをお勧めします。下多項式オーダーは時間をかけて、加速中の変動が少ないことを示す。多項式の次数が高すぎる場合、より高次の多項式の項は無視できるので、不要となる。このワームは、2±0.002ミリメートル/秒2、向きを変えて、すぐ後まで同じレート0.110ミリメートル/秒2±0.002ミリメートル/秒2で加速0.110ミリメートル/秒の一定速度で減速 ターンアラウンド·ポイント。 C.加速度がゼロになるまで、100mm /秒2での0.00708 T - 虫は 1.252の減少の加速で上方に移動し続けています。心式の維持。 3、および3＆＃の推定イモムシの大群956、G、ワームはまもなくターンアラウンド·ポイントの後まで0.33のPN垂直正味の力、F ニューヨーク州 、受ける。 ディセント：重力、ドラッグ、浮力と推力（ 図6a）：ワームはターンアラウンド·ポイントに到達するまでのワームに作用する力の3種類があります。正味の力は、すべての3つの力のベクトル和に等しい。ここでは、垂直成分のみを考慮してください。 F はNy = F のDy + F TY-F G + F B（4） ここで、F Bは、浮力である。 F G ワームの密度が水のそれであると仮定浮力方向に大きさが等しいが反対である。式4次に、以下のように記述できま​​す。 F はNy = F のDy + F のTy（5） F Nyが降下中一定に保たれる。これが意味すること線虫は、ターンアラウンド·ポイントに到達するまで、F のDy + F Tyが一定に保たれる。 F Dyが 、パスの先頭にある最上部に最も大きく、速度が方向転換点でゼロになるまで、徐々にゼロに減らすが、F のTy F ニューヨーク一定に保つために増加しなければならない。 ターンアラウンド：垂直速度がその時点でゼロに等しいので、折り返し点での垂直方向には抵抗力がありません。 図6bに示すように、F gは 、浮力、F B及び垂直ウォーム推力F のTy -垂直方向に作用する唯一の力は重力である。この時点で、Cの推力虫を決定することができる。 F のTy = F ニューヨーク（6） 軌道の下部の推力はその後、ワームの重量の約0.001％である0.33 PN、ほぼ等しい。を考慮そのアカウント予想重量、 温度のF G 虫は、28 nnとなり アセント：同様に、上昇中、ドラッグは増加するが（ 図6c）ダウン指摘されている。 F ニーオルスン =-F のDy + F のTy（7） ワームによって実装推力は今でも大きいことと、抵抗力と重量の合計に等しくなければならない。このワームは、最大泳ぎ始めた後に減速している。ワームが降りと同じ速度で泳ぐことを、このワームは、少なくとも2倍の重さの上向きの推力を発揮しなければならない。 ホバリング約3秒間の降下を遅くするワームの例が図7に示されている。 &#160; 第3次多項式は、全体のパスのための合理的なフィット感です。このフィットからの加速度と速度の誤差は15％未満である。ワームは、重要なupwaで始まるRDの推力は、遅くなり、68秒で好転し始め;しかし、上向きの加速度が連続的に減少した（ 図8） &#160; NET加速するまで68.5秒を中心にゼロに等しい。これは、最終的には、速度の別の零点に続く下方向の正味の加速につながる（ 図9） &#160;線虫は、69秒で再び下降し始める。 なお、この場合の最大の観察された垂直加速度が2.7ミリメートル/秒2であることは興味深い。転換点での加速度は0.455ミリメートル/秒2とある-それぞれ100mm /秒2 0.455;向きを変えてまで泳ぐ線虫の場合よりも約4倍大きい。式を使用した。図6には、上方への推力​​が第転機において約1.32 pNであると推定できる。上向きの推力は1.32 pNであるように、第2の転換点に、正味の加速度が負である。 O：キープtogether.withinページ= &quot;常に&quot;&gt; <img alt="図1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1.jpg" /> 図1。実験装置。レーザービームエキスパンダ、レンズとスクリーンに実験に不可欠である。ステアリングミラーおよびピンホールが省略されてもよいが、光学的位置合わせはあまり安定します。 <img alt="図2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2.jpg" /> 図2。単一波長影像（SWSI）。543 nmのレーザー光の2 mWのワームの影を使用して、スクリーンに投影される。線虫が上向きに落ちるように見えるように画像を反転します。 424/51424fig3highres.jpg &quot;SRC =&quot; / files/ftp_upload/51424/51424fig3.jpg &quot;/&gt; 図3。シングル野生型Cの垂直降下水柱内の虫はこの線虫は、633 nmのコヒーレント光の影にした。線形近似の傾きが0.01ミリメートル/秒±1.09ミリメートル/秒の下方への速度を示します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig3highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4.jpg" /> 図4。単一の上向きの水泳野生型Cの変位グラフ虫 。二つのスプラインフィットは、線虫の全体的なパスをトレースします。フィットの二次導関数は、加速を明らかにしている。 0.110ミリメートル：最大加速度を簡単に最初のフィットから決定され<html> /秒2±0.002ミリメートル/秒2。データポイントとフィットが表示されたままになるようにわずか数エラーバーが表示されます。この線虫は、633 nmのコヒーレント光の影にした。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5.jpg" /> 図5。シングル野生型での加速グラフ虫 。この線虫は、スローダウンして、上方に移動させる0.110ミリメートル/秒2±0.002ミリメートル/秒2の一定の上向きの加速度を維持します。まもなくターンアラウンド·ポイントの後に加速度が徐々に減少し、正味加速度がゼロに減少する。<html> G &quot;ターゲット=&quot; _blank &quot;&gt;この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。 <img alt="図6" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6.jpg" /> これらの力の影響は互いに打ち消し合うように、 点と上昇。浮力と重力旋回下降するための図6フォース図は、大きさおよび方向の反対で等しい。したがって、これらは、これらの図に示されていない。（A）ワームは上向きドラッグ＆推力で下降している。（B）ワームは、ドラッグすることなく弾道の低い点にある。推力は上を向いている。（C）ワームは推力が上を向いている、一方、ドラッグが下を向いて昇順です。 &quot;SRC =&quot; / files/ftp_upload/51424/51424fig7.jpg &quot;/&gt; 図7。シングルホバリング虫の変位グラフ。ワームは遅くなり、約68秒で好転し始めたが周りに69秒降順が開始されます。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig7highres.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、こちらをクリックしてください。</a> <img alt="図8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8.jpg" /> 図8つのホバリング虫の加速グラフこのワームは、2.7ミリメートル/秒2の上向きの加速度で始まるゼロに減少し、最終的に下方への加速がある- 。2.6ミリメートル/秒2を <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" target="_blank">大きくVERSを表示するには、こちらをクリックしてください。</a>この図のイオン。 <img alt="図9" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9.jpg" /> 図9。シングルホバリング虫の速度グラフ。このワームは、68秒で停止すると上方向に向かうことに始まり、遅くなり、下降が続く69秒で垂直方向にゼロ速度に到達した。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" target="_blank">見るにはこちらをクリックしてくださいこの図の拡大版。</a> <img alt="表1" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424table1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424table1.jpg" width="400" /> 表1。N2 での平均下降速度虫 。ライブ50および50死んだ線虫はtRているその降下中に肯定応答。下り坂の平均速度は、生死のワームでも同じです。0.1ミリメートル/秒±1.5ミリメートル/秒。

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Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

ここで紹介するテクニックは自由に単一波長露光を用いて微細な種を泳ぐのパスを測定します。 でエレガンスは、高価な顕微鏡の安価な代替としてシャドウイメージを示すために使用される。この技術は、方向、速度、加速度、力を測定するために様々な向き、環境および化学種を収容するように適合させることができる。

の単一波長シャドウイメージング<em&gt;線虫（Caenorhabditis elegans）</emフォース予測など&gt;ロコモーション

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

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9.0K ビュー.  Vassar College. ここで紹介するテクニックは自由に単一波長露光を用いて微細な種を泳ぐのパスを測定します。 でエレガンスは、高価な顕微鏡の安価な代替としてシャドウイメージを示すために使用される。この技術は、方向、速度、加速度、力を測定するために様々な向き、環境および化学種を収容するように適合させることができる。 

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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.

1分子蛍光イメージングのためのコンパクトな量子ドット

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

工学

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.

シングルGaNナノ細線デバイスのための接触界面の解析

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

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.

PeakForce定量的ナノメカニカルプロパティマッピングを使用した赤色光光受容体の原子間力顕微鏡

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.

ポリマーブラシに反対非混和性の調製と摩擦力顕微鏡の測定、

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.

原子間力分光法による単一分子の接着性を調査

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.

シングルプラズモニックナノ粒子からの散乱非線形性の測定

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.

過分極磁気共鳴剤の研究のための多区画動的単一酵素ファントムの使用

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.

液体中の振幅変調原子間力顕微鏡でのサブナノメートル分解能イメージング

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.

シリコンリング共振器光子源における量子干渉の測定

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.

フーリエ ベース回折分析のライブの線虫

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