우리는 바 사르 대학 학부 연구 여름 연구소 (URSI), 루시 메이 너드 연어 연구 기금, NASA 보너스 번호 NX09AU90A, 과학 기술 (NSF-CREST)​​의 우수 연구에 대한 국립 과학 재단 (National Science Foundation) 센터 보너스 번호의 지원에 대한 감사 0,630,388 및 NSF 보너스 번호 1,058,385.

1. C. 엘레 준비 <ol><li> 젊은 성인 C.의 페트리 접시를 준비합니다 C. 정지를 포함하는 이전의 실험에서 설명한대로 엘레 유체 못 베트 11 엘레. </li><li> 영상 분석 당일, 직접 2 단계에서 설명 된 백금 피크 갖고 탈 증류수로 채워진 큐벳으로 라이브 젊은 성인 선충 픽. </li><li> 죽은 C.에게 준비 클로로포름 노출 엘레. 단계 2에 기재된 라이브 선충 따기에 대해 기재된 절차에 따라 계속. </li></ol> 비디오 분석을위한 2. 광 설치 <ol><li> 도 1에 나타내는 바와 같이 그림자 이미지를 생성하는 실험 장치를 조립한다. 카메라로는, 화면의 정면 뷰를 캡처 할 수있는 그대로 화면에서 어떤 거리에 배치 될 수있다. 좋은 장소가 화면에 직면 베트 옆에 있습니다. <ol><li> 적어도 두 개의 거울을 사용하는빔은 12mm의 직경으로 확장되도록 갈릴레오 빔 익스팬더로 동조 헬륨 - 네온 레이저 출력을 조종. </li><li> 빔이 차단되지 않고 핀홀을 통과하도록 빔 경로에있는 하나 또는 두 개의 핀홀을 배치. 정렬이 유지 보장하기 위해 작은 구멍을 사용합니다. </li><li> 10mm 깊이 4 ㎝ 높이 10 mm 폭입니다 장착 된 석영 큐벳에 확장 된 빔을 연출합니다. </li><li> 75mm의 포지티브 초점 길이와 평 볼록 렌즈를 사용하는 빔을 확대. </li><li> 약 120 센티미터 렌즈에서 투사 화면을 놓습니다. 이보다 더 큰 거리가 그림자 이미지의 더 큰 배율을 얻을 것입니다. 그러나, 화상의 품질이 낮은 광 강도 및 회절 간섭의 증가 noticeability 함께 감소 할 것이다. </li><li> 오른쪽 옆 화면 대향 큐벳에, 적어도 60 프레임의 가능한 고속 카메라를 배치. </li></ol></li><li> 광학 세트 근처 해부 현미경을 놓고베트로 선충의 빠른 전송을위한 최대. </li><li> 일시적으로 확장 된 빔에 수직 큐벳 홀더의 중심에 mm 부서와 투명 눈금자를 고정되도록 빔 프로젝트 스크린에 통치자의 확대 이미지입니다. 비디오 분석을위한 길이 스케일을 설정합니다. <ol><li> 프로젝션 스크린에 투사를 방해하지 않도록하기 위해 투사 된 이미지에서 센터를 투명 눈금자를 사용하여 스케일의 거리를 표시합니다. <a href="Video_1_633nm.MOV" target="_blank">비디오 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 이 이미지를 기록하고 배율을 측정한다. 설정에서 통치자를 제거합니다. 때문에 색수차로 변화하는 렌즈를 통해 각 파장에 대한 빛의 굴절의 각도와 같은 다른 파장에 대해이 단계를 반복합니다. </li></ol></li><li> 큐벳을 교체하고 증류수로 테두리 1mm 범위를 채 웁니다. </li><li> 규모의 거리가 동일에 포함되도록 실내 조명이 켜져있는 상태에서 녹음을 시작합니다투사 된 이미지와 영상. 라이트를 끕니다. </li><li> 얇고 평평 백금 와이어 픽업을 사용하여 개별 젊은 성인 C. 이동 물 표면에 선택을 터치하여 큐벳에 한천 플레이트에서 한 번에 elegans의 하나. 이 때문에 산란광에 빔을 입력 할 때 선충은 물 란에 표시 될 것입니다. <a href="Video_2_CB678_633nm.mov" target="_blank">비디오 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 그들은 확장 된 레이저 빔을 통과 벌레의 투사 이미지를 필름. 이것은 투사 된 이미지가 반전되고 웜의 실제 움직임과 반대 방향으로 이동하도록 표시 할 것을주의하는 것이 중요하다. 중력으로 하강하는 웜 (그림 2)이 화면에 위쪽으로 움직이는 것처럼 보일 것입니다. </li></ol> 3. 비디오 데이터 준비 <ol><li> 영상 분석 프로그램으로 비디오를 가져옵니다. </li><li> 미리 정해진 배율을 사용하여 스케일을 설정한다. </li><li> TRACK 전체 경로를 통해 적어도 10 데이터 포인트와 함께 숨겨진 선충의 머리의 선형 변위는 촬영. </li><li> 유도체 ( &quot;Y&quot;, &quot;시간&quot;)을 취함으로써, 수직 방향의 속도를 검색하고, 단계 2.2에서 결정된 배율에 의해이 값을 나눈다. </li></ol> 4. 데이터 분석 <ol><li> C.의 선형 하강을 분석 엘레 : <ol><li> 시간 그래프 바로 수직 위치에 데이터 포인트는 일반적으로 직선을 형성하는 것을 보장하기 위해 확인한다. 일부 편차 인해 선충의 머리의 움직임을 무시할 수 있습니다. 데이터 포인트는 일반적으로 직선을 형성 4.1.2 단계를 계속하는 경우, 그렇지 않으면 하강은 비선형 및 분석은이 프로토콜의 단계 5.1을 사용하여 계속되어야한다. </li><li> 분석 메뉴에서 데이터에 직선 (12)을 맞춤으로써 선형 회귀 라인을 만듭니다. 이 선의 기울기는 C의 수직 속도이다.엘레. 기울기는 특정 간격으로 시간의 변화에​​ 의해 분할 위치의 변화이다. 이러한 방식으로 라이브 죽은 벌레의 하강 속도 (그림 3)를 확인합니다. </li><li> 선충에서 수직 수영 속도를 평균. 약 50 웜의 샘플 크기는 충분하다. 죽은 벌레 드리프트 속도와 살아있는 벌레의 수영 속도를 비교한다. </li></ol></li></ol> 5. C.의 비선형 동작을 분석 엘레 <ol><li> 제 3 절에서 물기둥 내에서 비선형 하강 (그림 4)를 보여줍니다 분석 비디오 파일을 선택합니다. 비선형 하강이 프로토콜의 단계 4.1.1을 사용하여 식별 할 수 있습니다. </li><li> 비디오 분석 소프트웨어의 &#39;분석&#39;메뉴에서 &#39;커브 피팅&#39;을 선택합니다. 2 차 (차) 다항식을 선택합니다. 곡선을 맞 춥니 다. </li><li> 관심 영역의 경우, 각 측면 O에서 브래킷을 밀어 그래프에 맞게 조정F 그래프에 맞는 곡선까지 맞는 내 및 / 또는 잘 오차 막대 내의 데이터 포인트에 매우 가깝습니다. 피팅 프로그램은 시간에 대한 수직 위치입니다 장착 곡선의 수학적 표현을 제공합니다. 물성과 연관된 프로그램 관련 맞춤형 커브 에러를 고려한다. 아래 15 %의 상대 오차는 일반적으로 허용됩니다. </li><li> 추가 더 많은 곡선은 데이터의 추가 섹션을 충당하기 위해 적합하다. 최적 적용을위한 13의 기능을 스플라인 : 곡선이 중첩에 맞는지 확인하고 인접한 곡선을 정렬하려고 있도록 중첩 지역에서 슬로프 경기. </li><li> 단계 5.1.3에서 얻어진 수학 식을 사용하여 장착 곡선의 유도체를 복용하여 관심 영역에 대한 속도를 얻습니다. 속도는 시간에 따라 다를 수 있습니다. 미분 함수의 기울기합니다. 파생 수학적 또는 그래픽을 얻을 수있다. 이 경우 관련 수학적 EXPR을 사용하는 실용적인ession. </li><li> 가속도를 구하는 맞춤형 커브의 이차 미분을 가라. 가속 시간이 다를 수 있습니다. </li><li> 웜 발휘 추력을 계산하는 웜 질량 가속을 곱한다. 합리적인 추정 질량은 웜이 물을 주로 구성되어 있다고 가정 3 μg이다. </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>

저자가 공개하는 게 없다.

SWSI 기술은 자유 생활 선충과 같은 미세한 미생물의 locomotory 기능을 이해하기 위해 또 다른 방법을 제공합니다. 이 기술로 우리는 중력이 죽은 선충에 운영을 활성화 운동 (수영) 및 수동 드리프트 사이에 구별했다. 자유 수영 선충 물에 운동하는 동안 방향을 변경하는 경우 또한, 우리는 선충에 운영 및 선충에 의해 작용하는 항력과 각도의 힘을 측정 할 수 있습니다. 선충은 토양 내의 다른 환경 조건을 발생합니다. 물 토양 내 주머니뿐만 아니라, 고체 입자와 다른 모양과 질감의 생물학적 물질이있다. 또, 선충들은 14에 응답 중력 환경에서 존재한다. 더욱이, 토양의 표면 근방 선충은 상이한 광 파장, 온도 및 습도의 변화뿐만 아니라 노출되는 생물학적박테리아, 약탈 버섯 및 기타 토양 생물과 같은 변수. 선충은, 모든 다른 변수에 수영과 다른 매체에 크롤링, 회전 및 탐색 전략을 변경을 응답해야합니다. 이러한 복잡한 계산 모두는 단지 302 뉴런, 운동에 관련되어있는 서브 세트 및 95 보디 벽 근육 세포에 의해 수행된다. SWSI 기술에 의해 기술 된 종류의 측정은 선충이 탐색 복잡성을 수행하는 방법에 중요한 통찰력을 제공합니다. 첫 번째 부분을 위해, 우리는 야생형 C.의 전체적인 하강 속도를 측정했다 633 nm의 빛 엘레. 이러한 측정을 사용하여, 우리는 항력에게 웜 만남을 추정 할 수있다. 가속 선충의 사례 연구, 힘 속도로 항력 변화하기 때문에 지속적으로 변화를하고있었습니다. 우리가 웜에 작용하는 힘에 대해 할 수있는 몇 가지 문이있다. 웜은 속도가 느려집니다 및 기타 sw하려고으로이 선충의 궤도의 낮은 지점에서 0에 도달 할 때까지 메신저 위쪽으로 드래그 힘의 수직 성분이 감소한다. 이 시점에서, 웜은 최대 수영을 상향 력이 있어야합니다. 이 방법은 여러 가지 방법으로 변형 될 수있다. 투명한 액체에 탐색 모든 미세한 종 SWSI를 사용하여 추적 할 수 있습니다. 연구는 디지털 카메라에 액세스 할 수있는 모든 파장을 실시 할 수있다. 디지털 카메라는 일반적으로 자외선에서 근적외선에 이르는 파장을 데리러 것입니다. 또, 수평 연구는 수직 상방으로 레이저를 연출하여 수행 될 수있다. 종은 현미경 슬라이드와 마찬가지로 수평 투명한 표면 상에 배치 될 수있다. 빔 확장기 후 빔 확장기 또는 확대 렌즈를 조정하면 흐릿한 이미지를 선명하게 할 수 있습니다. 사용자가 일관성 있고 쉽게 빔 정렬을 보장하기 위해 테이블​​에 모든 구성 요소를 고정해야한다. 이 방법은 사용 가능한 레이저 wavelengt에 의해 제한된다HS 해상도. 설치가 간단하기 때문에 본질적으로 방향 및 파장의 유연성이다 기존의 현미경을 통해이 방법의 장점은 또한 단점입니다. 레이저의 단순한 광학 및 얼룩 해상도를 제한 할 수 있습니다. 이러한 단점의 일부가 확실하게 공간 필터를 포함하고 CCD 카메라에 직접 화상을 투영함으로써 미래에 개선 될 수있다. 실험이 처음으로 수행되는 프로토콜에서 가장 중요한 단계는 쉽게 알게 할 수있다. 난류를 생성하지 않고 베트의 선충을 배치하는 것은 매우 중요합니다. 또한, 진동은 설치를 방해하고 웜의 동작을 변경할 수 있습니다. 이미지를 숨기는 데 사용되는 전원을 제한해야합니다. 직경 1mm 인 레이저 광에 대한 2 mW의 가열 효과를 피하기 위해 최대이어야한다. 설치는 증류수가 아닌 다른 액체를 사용하는 경우 산란 효과에 대한 검사를해야한다. 현재 대부분의 Microscopes은 파장 범위에 여전히 매우 광범위 흰색 조명이나 컬러 필터를 사용하여 수평면에서 작동합니다. 진정으로 하나의 파장을 사용하여 볼 시나리오의 유연성, 즉 수평 위치가 현미경은 일반적으로 하나의 장점 또는 다른 제한됩니다. 또한, 현미경의 이러한 유형은 일반적으로 매우 비싼 여전히 우리의 방법과는 달리 초점 비행기로 제한됩니다. 우리의 설치가 용이 매우 낮은 예산으로 구축 할 수 있습니다. 이 방법은 약간의 자금 운항 학교, 기업 환경뿐만 아니라, 다른 엔티티에 의해 사용될 준비이다. 장래에,이 방법은 운동력 현미경 종 mechanosensation 실시간으로 영향을 연구하기 위하여 매우 복잡한 설정에 사용될 수있다. 이 방법은 각도와 쉽게 사용할보기 깊이의 넓은 범위에서 단일 파장의 연구를합니다.

예쁜 꼬마 선충은 감각 생물학 및 행동을 이해하기위한 최근 유전자 조절, 개발 등의 메커니즘을 연구하기위한 강력한 모델 생물 인 독립 생활 유익한 토양 선충이다. 만 302 뉴런, C.에도 불구 엘레 복잡한 locomotory 패턴, 생식 행동, 탐색, 화성 및 다른 많은 행동 할 수있다. C. 엘레 기계적 수용기, chemoreceptors 심지어 빛의 파란색 파장 (구 등., 2008) 1 검출을 가지고있다. 대부분은 감각 기능의 신경 회로와 C. 일반 locomotory 패턴에 대한 알려져 있지만 엘레은 적은 여러 동시 자극이나 현미경으로 모델링 할 수있는 것보다 더 복잡한 환경 조건에 대한 응답에 대해 잘 알려져 있습니다. 몇 가지 연구는 매우 플라스틱 2,3,4 있습니다 더 복잡한 locomotory 패턴을 제시했습니다. 우리의 방법 론적 접근 방식은 NEM의 연구를 가능하게 할 것이다우리가 쉽게 동시에 여러 환경 조건을 제공 할 수있는 실시간 솔루션 atodes. 이 문제는, 종래의 현미경 이미징 기반 기법을 이용하여 해결하는 것이 어렵다. 우리는 우리가 locomotory 동작 검사뿐만 아니라, 다양한 환​​경 조건에 응답하여 운동을 변경하는 선충의 기능을 결정하기 위하여 수층 내의 선충을 배치 할 수 있도록 화상 기술을 개발했다. 단일 파장 그림자 영상 (SWSI)은 기존 현미경의 단점을 해결하기 위해 처음으로이 논문에서 제시된다. 기존의 현미경은 깊이 5,6에서 수평 초점면 몇 미크론에 종을 관찰 할 수 제한됩니다. 단파장 연구에 대하여, 가장 전통적인 현미경은 매우 광범위 전형적 50-100 nm의 백색광을 필터링하는 컬러 필터를 사용한다. 기호를 유지하면서 SWSI 위해 레이저를 사용하여 1 미만 nm의 파장 선택 좁아ificant 빛의 강도 7. 마찬가지로, 단일 파장의 C. 수영 주파수를 측정하기 위하여 사용되어왔다 실시간으로 8 엘레. 우리의 방법의 제 시연을 위해, 우리는 C. 자유롭게 수영의 수평 위치 x, 수직 위치 y를 모니터링 에 대한 센티미터의 거리에 물 열의 엘레. 중력은 또한 수직으로 작용 이후 특히, 수직 이동에 관심. 이 수층에 하강으로 수직으로 선형 피팅의 기울기는 선충류의 수직 속도 V의 Y를 준다 : <img alt="공식" fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq1.jpg" width="50" /> (1) 루트 의미 오류 (RMSE) 9의 광장은 적합의 품질을 표시하고 하강 속도는 일반적으로 일정한인지 여부를 나타냅니다. 수직 속도는 다음 EAC에 대한 평균을H 종과 죽은 벌레. 이러한 결과를 이용하여, 웜 경험이 추정 될 수 드래그. 우리의 방법의 두 번째 데모를 위해, 우리는 C를 선택 관찰 된 벌레의 대다수와는 달리 일정한 속도로 하강하지 않았다 엘레. 선택한 벌레는 돌아 서서 위쪽으로 수영이나 하강을 계속하기 전에 잠시 동안 공중 선회 하나. 물리적으로,이 사례 연구는 수영 미생물의 추력 계산 될 수 있음을 보여주고있다. 뉴턴의 법칙은 방향을 변경하는 몸이 순 힘을 의미하는 가속 것을 지시, <img alt="포뮬러 1" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq.jpg" width="25" /> 그 본체 (10)에 작용하는 것입니다 : <img alt="화학식 2" fo:content-width="0.7in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq2.jpg" width="70" /> (2) 어디에 <img alt="피" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51424/51424p.jpg" width="10" /> 입니다선형 모멘텀 t는 시간이다. 웜의 질량은 일정하게 유지 이후 웜의 가속도가 웜에 작용하는 힘에 직접 비례한다. 결과적으로, 수직 총 힘이다 : <img alt="화학식 3" fo:content-width=".8in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq3.jpg" width="70" /> (3) M은 웜의 질량이며, y는 수직 가속도를 나타냅니다. 수직 방향의 총 힘은 동일한 방향으로 웜 추력을 나타낸다. 전체 추력 고려 수평 성분을 취함으로써 계산 될 수있다.

<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

이 연구는 위치, 속도, 가속도와 빛의 단일 파장에 대한 응답으로 물기둥에 현탁 선충의 locomotory 행동에 관여 힘과 같은 물리적 특성의 측정을 수있는 저렴하고 간단한 기술을 보여줍니다. 우리는 두 가지 예를 이용하여 단일 파장 그림자 영상 (SWSI)를 사용하여 미세 유기체의 운동력을 평가하는 방법을 설명한다. 첫 번째 예는 C.의 평균 하강의 체계적이고 통계적으로 가능한 연구 결과입니다 물기둥의 엘레. 이 연구를 위해, 우리는 삶과 죽음 야생형 C를 사용 우리가 중력장 내에서 죽은 벌레의 수동 하강과 선충 활성 움직임의 속도와 방향을 비교했을 때 엘레.,이 연구는 하강 배의 차이를 보여 주었다. 평균 하강 일관된 파장 633 nm를 사용하여 두 라이브 죽은 벌레 0.1 mm / 초 ± 1.5 mm / 초였다빛. 두 번째 예는 일부 개별 C의 사례 연구입니다 엘레 수직 물기둥의 하강시 방향을 변경. 가속도와 힘이 예에서 분석된다. 이 사례 연구는 전통적인 현미경으로 액세스 할 수없는 환경에서 단일 파장을 사용하여 동작을 평가하는 동안 SWSI을 사용하여 평가 될 수있는 다른 물리적 특성의 범위를 보여준다. 우리가 각각의 선충을 잡은이 분석을 사용하여 28 윈 초과하는 힘으로 밀어 붙일 수있다. 우리의 연구 결과는 켜거나 중력장에 이동할 때 사는 선충 (28) 윈을 발휘 나타냅니다. 연구 결과는 또한 선충 수동적 물기둥에 내려하는 것이 좋습니다,하지만 적극적으로 주로 회전 방향으로 중력의 힘을 저항 할 수있다.

꾸준한 하강 첫 번째 조사는 C.의 하강 속도에 구별 할 수있는 차이를 보여줍니다 SWSI 633 nm ()을 사용하는 동안 엘레. 하강 속도는 살아있는 자와 죽은 C. 모두 0.1 mm / 초 ± 1.5 mm / s의 속도로 일정하게 발견되었다 엘레. 50 벌레의 표본 크기는 생활과 죽은 벌레 모두 7 %의 합리적인 분산을 생성합니다. 드래그 력이 중력 마이너스 부력 같도록 하강 속도가 일정하기 때문에 웜에 작용 제공된 가속은 없다. 이것은 웜의 밀도가 물보다 약간 더 큰 것을 의미한다; 그러나, 아래의 추정에 대한 선충의 밀도가 대략 그 물이라고 가정 여전히 실용적입니다. 변화 방향 두 번째 조사, 사례 연구, 선충 방향을 변경 할 수 있으며에 대해 위쪽으로 수영을 할 수 있음을 보여줍니다중력. 그 곡선의 두 번째 유도체는 시간에 대한 가속도 (그림 5)를 그래프로 스플라인 될 수 있도록 두 개의 곡선은 선충의 수직 변위에 장착되었다. &#160; 그것은 좋은 착용감을 유지하면서 가능한 한 낮은 다항식의 순서를 유지하는 것이 좋습니다. 낮은 다항식 차수는 시간이 지남에 따라 가속 적은 변화를 나타냅니다. 다항식의 순서가 너무 높은 경우에 더 높은 차수의 다항식 문구는 무시할, 따라서 불필요 할 것이다. 이 웜은 2 ± 0.002 mm / 초 2, 돌아 서서 곧 끝날 때까지 같은 속도 0.110 mm / 초 2 ± 0.002 mm / 초 2에 가속 0.110 mm / sec의 일정한 속도로 감속 돌아 오는 지점. C. 가속도가 제로로 떨어질 때까지 mm / 초 2 0.00708 t - 엘레는 1.252의 감소 가속 위쪽으로 이동하고 있습니다. 마음의 식에 유지. 3, 3 &amp; 위 잡은 웜 질량956, G, 웜은 곧 돌아 오는 지점이 끝날 때까지 0.33 PN의 수직 순 힘, F 뉴욕을 겪는다. 하강 : 중력, 드래그, 부력과 추력 (그림 6a) : 웜이 돌아 오는 지점에 도달 할 때까지 웜에 작용하는 힘의 세 가지 종류가 있습니다. 순 힘은 세 가지 힘의 벡터 합 같습니다. 여기에서 우리는 수직 구성 요소 만 고려 F 뉴욕 = F 다이 + F TY-F의 G + F B (4) F B는 부력이다. F G 크기가 동등하지만, 웜의 밀도가 물이 있다고 가정 부력에 대한 방향과 반대이다. 식. 도 4는 다음 방식으로 쓰여질 수있다 : F 뉴욕 = F 다이 + F 타이 (5) F 뉴욕 하강하는 동안 일정하게 유지된다. 이말의 의미는선충이 돌아 오는 지점에 도달 할 때까지 F 다이 + F 타이는 일정하게 유지된다. F 다이는 경로의 시작이다 상단에서 규모이고, 속도가 턴어라운드 점에서 제로가 될 때까지 점차적으로 제로로 감소하면서 F 타이 F 뉴욕 일정하게 유지하기 위해 증가해야합니다. 턴어라운드 : 수직 속도는 그 시점에서 0 인 이후 턴어라운드 점에서 연직 방향에 드래그 력은 없다. 도 6b에 도시 된 바와 같이, F의 g, 부력, F 및 B 수직 웜 추력 F 타이 - 수직 방향으로 작용하는 유일한 힘은 중력이다. 이때, C.의 추력 엘레가 결정될 수있다 : F = F 타이 뉴욕 (6) 궤도의 아래쪽에 추력은 웜의 무게의 약 0.001 %로 0.33 PN, 대략 동일하다. 고려해당 계정 예상 무게, C.의 F를 들어 엘레는 28 윈입니다 상승 : 마찬가지로, 상승, 드래그 증가하지만, 아래로 지적된다 (그림 6C) 중 : F 뉴욕 =-F 다이 + F 타이 (7) 웜에 의해 구현되는 추력은 이제 더 큰 수와 항력의 합 무게와 동일해야합니다. 이 웜은 최대 수영을 시작 후 감속된다. 웜이 내려와 같은 속도로 최대 수영을하기 위해, 웜은 두 배 이상 무게의 상향 추진력을 발휘해야 할 것입니다. 유혹 약 3 초간의 하강 속도가 느려 웜의 예는 그림 7에 제시되어있다. &#160; 3 차 다항식은 전체 경로에 대한 합리적인 적합합니다. 이 적합에서 가속 및 속도의 오차는 15 % 미만이다. 이 웜은 중요한 upwa 시작RD의 추력, 속도가 느려 68 초에 흑자 전환을 시작합니다; 그러나, 상승 가속이 계속 감소한다 (도 8) &#160; 그물 가속 제로 68.5 초 정도에 달할 때까지. 이것은 결국 속도의 또 다른 영점 다음에 아래 방향으로 그물 가속도로 연결합니다 (그림 9) &#160; 그리고 선충은 69 초에 다시 하강하기 시작한다. 또한이 경우의 최대 관찰 수직 가속도가 2.7 mm / 초 2 것이 흥미 롭다. 터닝 포인트의 가속 / 초 2 0.455 mm와 있습니다 - 각각 0.455 mm / 초 2; 돌아 서서까지 수영 선충의 경우보다 약 4 배 더. 식을 사용. 6, 그것은 상향 추력 제 전환점에서 약 1.32 PN임을 추정 할 수있다. 위쪽으로 추력이 1.32 PN되도록 제 전환점에서, 넷 가속도는 음이다. O : 유지 - together.within 페이지 = &quot;항상&quot;&gt; <img alt="그림 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1.jpg" /> 그림 1. 실험 설정. 레이저 빔 확장기, 렌즈와 화면이 실험 장치에 필수적이다. 조향 거울 및 핀홀은 생략 될 수도 있지만, 광 배향 덜 안정 할 것이다. <img alt="그림 2" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2.jpg" /> 그림 2. 단일 파장 그림자 이미지 (SWSI). 543 nm의 레이저 빛의 2 mW의 웜의 그림자를 사용하여이 화면에 투사됩니다. 선충은 위쪽으로 떨어 나타나도록 이미지가 반전됩니다. 424/51424fig3highres.jpg &quot;SRC =&quot;/ files/ftp_upload/51424/51424fig3.jpg &quot;/&gt; 하나의 야생형 C. 그림 3. 수직 하강 물 열에서 엘레는.이 선충은 633 nm의 일관된 빛에 의해 그림자가되었다. 선형 피팅의 기울기는 0.01 mm / 초 ± 1.09 mm / sec의 하향 속도를 나타냅니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig3highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4.jpg" /> 그림 4. 하나의 상향 수영 야생형 C.의 변위 그래프 엘레. 두 스플라인 적합은 선충의 전체 경로를 추적. 적합의 두 번째 유도체 가속을 보여준다. 0.110 mm : 최대 가속은 쉽게 첫 번째 맞는 결정된다<html> / 초 2 ± 0.002 mm / 초 2. 데이터 포인트와 맞게 계속 볼 수 있도록 단지 몇 오차 막대가 표시됩니다. 이 선충이 633 nm의 일관된 빛에 의해 그림자가되었다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 5" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5.jpg" /> 하나의 야생형 C.의 그림 5. 가속 그래프 엘레.이 선충은 천천히하고 위쪽으로 이동하는 원인이 0.110 mm / 초 2 ± 0.002 mm / 초 2의 지속적인 상승 가속을 유지합니다. 곧 턴어라운드 시점 이후의 가속은 꾸준히 감소하고 순 가속도 0으로 감소한다.<html> G &quot;대상 =&quot;_blank &quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 6" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6.jpg" /> 이러한 힘의 효과가 서로 상쇄되도록 포인트 상승. 부력과 중력을 선회 하강 그림 6. 강제 다이어그램, 방향 크기와 반대에서 동일하다. 그들은 따라서이 다이어그램에 표시되지 않습니다. () 웜은 드래그 앤 트러스트 가리키는으로 하강한다. (B) 웜은 드래그하지 않고 궤도의 낮은 지점에있다. 추력 가리키는입니다. (C) 웜은 추력 가리키는 동안 드래그 방향이 아래 오름차순입니다. &quot;SRC =&quot;/ files/ftp_upload/51424/51424fig7.jpg &quot;/&gt; 그림 7. 하나의 유혹 선충의 변위 그래프. 웜 속도가 느려 약 68 초에서 턴어라운드가 시작하지만 주변에 69 초를 내림차순으로 시작합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig7highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 8" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8.jpg" /> .. 그림 8 단일 유혹 선충의 가속 그래프이 웜은, 2.7 mm / 초 2의 상승 가속 시작 제로로 감소하고 궁극적으로의 가속도는가 -. 2.6 mm / 초 2 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" target="_blank">큰 적이있는를 보려면 여기를 클릭하세요</a>이 그림의 이온. <img alt="그림 9" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9.jpg" /> 그림 9. 하나의 유혹 선충의 속도 그래프.이 웜은 68 초에서 멈출 때 위쪽으로 머리를 시작하고, 속도가 느려집니다 및 하강에 따라 69 초에서 수직 방향으로 0의 속도에 도달합니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" target="_blank">를 보려면 여기를 클릭하세요 이 그림의 더 큰 버전.</a> <img alt="표 1" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424table1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424table1.jpg" width="400" /> N2 C. 표 1. 평균 하강 속도 엘레. 라이브 50 50 죽은 선충은 부엌이있다자신의 하강시 acked. 하강의 평균 속도는 살아있는 자와 죽은 벌레를 동일합니다 : 0.1 mm / 초 ± 1.5 mm / 초.

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Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

여기에 제시된 기술은 자유롭게 단일 파장의 노출을 사용하여 미세한 종 수영의 경로를 측정한다. C. 엘레은 비용이 많이 드는 현미경에 저렴한 대안으로 그림자 영상을 보여주기 위해 사용된다. 이 기술은 방향, 속도, 가속도 및 힘을 측정하기 위하여 다양한 방향, 환경 및 종을 수용하도록 구성 될 수있다.

단일 파장 그림자 영상<em&gt; 예쁜 꼬마 선충</em&gt; 로코 모션을 포함하여 강제 추정

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 조회수.  Vassar College.  여기에 제시된 기술은 자유롭게 단일 파장의 노출을 사용하여 미세한 종 수영의 경로를 측정한다. C. 엘레은 비용이 많이 드는 현미경에 저렴한 대안으로 그림자 영상을 보여주기 위해 사용된다. 이 기술은 방향, 속도, 가속도 및 힘을 측정하기 위하여 다양한 방향, 환경 및 종을 수용하도록 구성 될 수있다. 

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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.

단일 분자 이미징을위한 소형 양자 점

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

연구

공학

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 양적 나노 기계 대지 매핑을 사용하여 붉은 빛이 광수의 원자 힘 현미경

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.

고분자 브러쉬를 반대 섞이지의 준비 및 마찰 힘 현미경 측정,

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.

원자 힘 분광학에 의해 단일 ​​분자 접착 조사

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.

단일 플라즈몬 나노 입자에서 비선형 산란 측정

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.

과분극 자기 공명 에이전트의 연구 다중 구획 동적 단일 효소 팬텀의 사용

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.

액체의 진폭 변조 원자 힘 현미경과 서브 나노 미터 해상도 이미징

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.

실리콘 링 공진기 광자 소스에서 양자 간섭 측정

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.

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

Force-Clamp Rheometry for Characterizing Protein-based Hydrogels

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

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

단백질 기반 Hydrogels 대상이 힘-클램프 Rheometry

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