다음 프로토콜은 메릴랜드 대학 기관 동물 관리 및 사용 위원회로 기관 검토 위원회에서 허용 됩니다. 프로토콜에 따라 연방, 주 및 지역 표준, 그리고 Biosafety에 메릴랜드 대학 정책에 의해 밖으로 설정 하는 지침.
1입니다. 눈 샘플의 해 부
<ol><li>
로컬 도살 또는 조직 은행에서 눈 샘플을 가져옵니다. 전체 눈 글로브 얻은 경우은 즉시 렌즈, 연결 된 zonules 및 유리에 압축을 풉니다. 참고: 아래에서 설명 하는 구체적인 내용을 돼지와 인간의 눈에 관련이 있습니다.<ol>
<li>소독된 수술가 위, 집게를 사용 하 여 잘라내어는 sclera를 둘러싼 모든 과잉 조직을 제거.</li>
		<li>단단히의 측면에 눈을 보유 하 고, 눈 각 막에서 3 mm의 측면을 따라 작은 절 개를 만들 면도칼 블레이드를 사용 하 여. 눈 안의 유리 체에 도달 했습니다 컷된 깊은 충분히 확인 합니다.</li>
		<li>가 위를 사용 하 여 신중 하 게 눈의 둘레 주위 절 개를 따라 잘라. 렌즈를 puncturing 하지 마십시오. 대표 이미지 그림 2A에 표시 됩니다.</li>
		<li>일단 눈의 외부 둘레를 잘라 집게를 사용 하 여 눈의 후부 조직을 제거 합니다. 집게와 렌즈 zonules, 속눈썹, 몸과 연결 된 유리를 격리 합니다. 대표 이미지 그림 2B에 표시 됩니다.</li>
		<li>집게와가 위를 사용 하면, 그래서 렌즈는 MLS에 평평 하다 수 초과 유리 제거할. 참고: 각 막 이식의 경우, 각 막 버튼 사용 됩니다 수술에서 그리고 세계의 나머지는 연구 목적으로 사용할 수 있습니다. 그러나,이 부분 글로브 렌즈 들 것 설치 프로그램의 조직 준비에 여전히 사용할 수 있습니다. 뒷부분을 취득 하는 경우에 단계 1.1.4–1.1.5 수행할.</li>
	</ol>
</li>
	<li>30 분 동안 15%의 표 백제 솔루션에서 모든 장비를 사용된 후 해 부를 소독.</li>
</ol>2. 수동 렌즈 들 것의 재판 어셈블리
<ol><li>거기 남아 신발 들여쓰기의 뒤 벽과 신발 자체 사이의 5mm 간격 10mm 신발 바닥 및 해당 신발 상판 MLS의 바닥판에 삽입 합니다.</li>
	<li>위쪽 및 아래쪽 접시, 접시를 함께; 물리기 정렬 장치 스트레치 위치에 지금 있다입니다.</li>
	<li>플레이트 케이스와 아래 접시의 측면에 있는 구멍에 마 개 나사에 격판덮개를 삽입 합니다.</li>
	<li>접시 경우 베이스에 삽입 고 렌치 정렬된 들여쓰기 합니다.</li>
	<li>신발, 계약 하 고 다시 시계 반대 방향으로 스트레치 원위치에 신발을 반환할 중지 나사에 도달할 때까지 렌치를 시계 방향으로 트위스트.</li>
</ol>3. 렌즈의 장착
<ol><li>삽입 10 m m 신발 바닥 MLS에 바닥판에는 5mm 차이 남아 사이 신발 들여쓰기 및 신발 자체의 뒷면.</li>
	<li>곡선된 겸 자 사용 하 여, 장소 추출된 렌즈 얼굴 아래 접시의 중앙에 있도록 신발 중앙 구멍에 렌즈를 지원 하.</li>
	<li>신발 상단의 해당 클리핑만 zonules 및 유리 체에 스냅 합니다. 시각적으로 확인할 것 렌즈 중심으로 하단 플레이트에 가능한.</li>
	<li>2.3-2.4 단계를 반복 합니다.</li>
</ol>4입니다. 렌즈의 측정
<ol><li>기지개 과정의 사진과 비디오를 캡처하기 위해 바로 위에 장치 이미징 시스템을 배치. 후 처리에서 정확 하 게 크기와 스케일 이미지 그림의 프레임에 통치자를 포함 해야 합니다. 참고: 어떤 적합 한 이미징 시스템은이 단계;에 대 한 충분 한 여기 우리는 12 메가 픽셀, autofocusing 스마트폰 샘플에서 한 발을 사용합니다.</li>
	<li>단단히 아직 원활 하 게, 렌즈를 기지개 하는 시계 방향에 렌치를 회전 합니다. 그림 3 스트레치와 연장 된 상태에서 대표 이미지를 보여준다.</li>
	<li>뻗어 렌즈 촬영, 후 렌치 샘플 휴식 상태로 복원 하려면 시계 반대 방향에서 회전 합니다. 참고: 렌즈의 측정 렌즈의 탈수를 최소화 하기 위해 적시에 수행은 필수적 이다.</li>
	<li>명확 하 게 사진 렌즈의 최종 휴식 상태.</li>
</ol>5. 데이터 분석
<ol><li>ImageJ로 이미지를 업로드 하 고, "포인트" 기능을 사용 하 여 그림 4와 같이 렌즈의 둘레 40 포인트 이상 선택. 각 선택 된 포인트의 위치를 "분석" → "측정" 옵션을 사용 합니다.</li>
	<li>적합 (사용 하 여 소프트웨어 예: MATLAB) 위치 포인트 반경 및 카이 맞는 그림 4B의 순서. 픽셀 반경 및 오류 통계 촬영된 눈금자를 사용 하 여 변환.</li>
	<li>쌍을 이루는 두 꼬리 t-검정 MLS에서 스트레칭 전후 개별 렌즈 비교를 수행 합니다.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Von Helmholtz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uber+die+akkommodation+des+auges.">Uber die akkommodation des auges.</a> Arch Ophthal. 1, 1-74 (1855).</li><li>Schachar, R. A., Black, T. D., Kash, R. L., Cudmore, D. P., Schanzlin, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanism+of+accommodation+and+presbyopia+in+the+primate.">The mechanism of accommodation and presbyopia in the primate.</a> Ann Ophthalmol. 27, 58-67 (1995).</li><li>Glasser, A., Campbell, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presbyopia+and+the+optical+changes+in+the+human+crystalline+lens+with+age.">Presbyopia and the optical changes in the human crystalline lens with age.</a> Vision Res. 38 (2), 209-229 (1998).</li><li>Reilly, M. A., Hamilton, P. D., Perry, G., Ravi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+behavior+and+natural+and+refilled+porcine+lenses+in+a+robotic+lens+stretcher.">Comparison of the behavior and natural and refilled porcine lenses in a robotic lens stretcher.</a> Exp Eye Res. 88, 483-494 (2009).</li><li>Langenbucher, A., Huber, S., Nguyen, N. X., Seitz, B., Gusek-Schneider, G. C., K&#252;chle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+accommodation+after+implantation+of+an+accommodating+posterior+chamber+intraocular+lens.">Measurement of accommodation after implantation of an accommodating posterior chamber intraocular lens.</a> J Cataract Refract Surg. 29 (4), 677-685 (2003).</li><li>Ehrmann, K., Ho, A., Parel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+analysis+of+the+accommodative+apparatus+in+primates.">Biomechanical analysis of the accommodative apparatus in primates.</a> Clin Exp Optom. 91 (4), 411 (2008).</li><li>Pinilla Cort&#233;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=Experimental+Protocols+for+Ex+Vivo+Lens+Stretching+Tests+to+Investigate+the+Biomechanics+of+the+Human+Accommodation+Apparatus.">Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926 (2015).</li><li>Fisher, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+elastic+constants+of+the+human+lens.">The elastic constants of the human lens.</a> J Physiol. 212 (1), 147-180 (1971).</li><li>Eppig, T., 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=Biomechanical+eye+model+and+measurement+setup+for+investigating+accommodating+intraocular+lenses.">Biomechanical eye model and measurement setup for investigating accommodating intraocular lenses.</a> Z Med Ohys. 23 (2), 144-152 (2013).</li><li>Manns, F., Parel, , 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=Response+of+Human+and+Monkey+Lenses+in+a+Lens+Stretcher.">Response of Human and Monkey Lenses in a Lens Stretcher.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 48 (7), 3260 (2007).</li><li>Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+measurement+of+age-related+stiffening+in+the+crystalline+lens+by+Brillouin+optical+microscopy.">In vivo measurement of age-related stiffening in the crystalline lens by Brillouin optical microscopy.</a> Biophys J. 101 (6), 1539-1545 (2011).</li><li>Besner, S., Scarcelli, G., Pineda, R., Yun, S. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vivo+Brillouin+Analysis+of+the+Aging+Crystalline+Lens.">In Vivo Brillouin Analysis of the Aging Crystalline Lens.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 57 (13), 5093 (2016).</li><li>Cortes, 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=Experimental+Protocols+for+Ex+Vivo+Lens+Stretching+Tests+to+Investigate+the+Biomechanics+of+the+Human+Accommodation+Apparatus.">Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926-2932 (2015).</li><li>Bernal, A., Parel, J. -. M., Manns, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+Posterior+Zonular+Fiber+Attachment+on+the+Anterior+Hyaloid+Membrane.">Evidence for Posterior Zonular Fiber Attachment on the Anterior Hyaloid Membrane.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 47 (11), 4708 (2006).</li><li>Kammel, R., Ackermann, R., Mai, T., Damm, C., Nolte, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pig+Lenses+in+a+Lens+Stretcher.">Pig Lenses in a Lens Stretcher.</a> Optom Vis Sci. 89 (6), 908-915 (2012).</li><li>Hahn, 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=Measurement+of+Ex+Vivo+Porcine+Lens+Shape+During+Simulated+Accommodation,+Before+and+After+fs-Laser+Treatment.">Measurement of Ex Vivo Porcine Lens Shape During Simulated Accommodation, Before and After fs-Laser Treatment.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (9), 5332-5343 (2015).</li><li>D'Antin, J. C., Cortes, L. P., Montenegro, G. A., Barraquer, R. I., Michael, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+portable+manual+stretching+device+to+simulate+accommodation.">Evaluation of a portable manual stretching device to simulate accommodation.</a> Acta Ophthalmol. 93 (255), (2015).</li><li>Pierscionek, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-related+response+of+human+lenses+to+stretching+forces.">Age-related response of human lenses to stretching forces.</a> Exp Eye Res. 60 (3), 325-332 (1995).</li><li>Marussich, 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=Measurement+of+Crystalline+Lens+Volume+During+Accommodation+in+a+Lens+Stretcher.">Measurement of Crystalline Lens Volume During Accommodation in a Lens Stretcher.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (8), 4239 (2015).</li><li>Martinez-Enriquez, E., P&#233;rez-Merino, P., Velasco-Ocana, M., Marcos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OCT-based+full+crystalline+lens+shape+change+during+accommodation+in+vivo.">OCT-based full crystalline lens shape change during accommodation in vivo.</a> Biomed Opt Exp. 8 (2), 918-933 (2017).</li></ol>

AB은 Bioniko 컨설팅 LLC에 소유권 관심이 있다.

우리는 방법을 제공 하는 정확 하 고 효율적인 듀얼 조각 클램핑 메커니즘을 이용 하 여 렌즈의 숙박 능력을 공부 하는 샘플 들 것 새로운 방법을 고안 했다. 숙박 시설, 동안 렌즈 이완, 그리고 직경 감소 zonular 섬유1,2,,419의 이완에 대 한 응답. 메서드는 클램핑 및 zonular 섬유의 장력을 제어 하 여이 현...

숙박 시설에는 인간의 눈을 수 동적으로 날카로운 초점에서 멀리 또는 가까운 거리에서 개체를 참조 하는 크리스탈 렌즈의 모양을 조정 하는 프로세스입니다. 숙박 시설에는 본질적으로 biomechanical 과정이 있습니다. 신경 자극 시 속눈썹 근육 ciliary 시체와 zonule 섬유는 렌즈 캡슐1,2의 둘레에 연결 하는 힘을 생성 합니다. 숙박의 역학에 뒤에 여러 가지 이론이 있지만, 가장 널리 통용 되는 헬름홀츠 가설입니다. 가설에 따르면 렌즈에 해당 하는 먼 물체의 초점에 대 한 최적의 렌즈의 얇은 모양 자연 연장 된 상태에서입니다. Ciliary 근육 계약 가까이 개체에 포커스를 변경 하려면과 zonular 섬유 완화 됩니다. 앞쪽 및 후부 표면 곡률을 증가, 렌즈 복잡 합니다. 이 비전, 따라서, 짧은 초점 거리1근처에 필요한 시도 힘 증가에 해당 합니다.
능력에 맞게 노 라는 조건을 통해 시간이 지남에 따라 손상 됩니다. 에 영향을 미치는 모든 사람 나이 50에 의해, 노 안은 눈 거리3을 멀리에서 포커스를 동적으로 변경할 수 없습니다. 노 안 방지 하기 위해 현재 메서드는 수동 교정 렌즈와 촛점을 포함 하 여. 몇 가지 평면에 가까운 물체에 초점을 하나의 능력을 증가 하는 동안 이러한 수동 치료 렌즈4,5의 동적 초점 능력을 복원할 수 없습니다. 효율적으로 노 안을 치료 하거나 가능 하 게 그것을 방지 하는 것, 더 나은 숙박 시설을 이해 하는 지속적인 필요가 있다.
공부 하 고 렌즈 숙박, 장치 수 현상 비보 전4,6,7,,89를 시뮬레이션 하기 위해 개발 되었습니다. 회전 디스크 처음 원심력8통해 렌즈의 스트레칭 모니터를 소개 했다. 현상은으로 더 충실 하 게 복제 하기 위해 렌즈 스트레칭 장치 점차적으로 도입 되었고 혁신. 렌즈 들 것, Manns 외에 사용 하 여. 렌즈 전원 및 적도 직경9등을 상호 연결 하는 동안 렌즈를 수용 하는 데 필요한 힘이 특징. 현재 이해는 렌즈 자나 나이, 렌즈 모양 모양 바디3,10,,1112동등한 힘에 대 한 응답에서에서 감소 변경 결과입니다.
현재 렌즈 들 종종 전자 제품 및 프로그래밍 가능한 스트레칭 속도, 복잡 한 설치 프로그램을 포함 하며 전체 시신 안구6,7,10,13. 이 요구 사항은 실험 눈 당 $500.00 이상 당 비용을 증가 하 고 샘플 가용성을 감소. 여기 우리 후부 눈 합계 약 $200.00으로 저렴 한 비용으로 숙박 시설 렌즈를 복제 하는 방법을 제시. 동안 많은 장치 오늘, 보다 적게 정교한 기술은 이다 훨씬 더 비용 효과적이 고 adoptable 결과 없이. 이 메서드는 그림 1에 묘사 된 수동 렌즈 들 (MLS)를 중심 하 고 zonular 섬유 및 방사형 트위스트 방법에 독특한 클램핑 시스템을 사용 하 여 렌즈의 직경을 확장 하. 프로토콜의 생리 정확도 베 외의 결과 의해 유효성이 검사 됩니다., 누가 공부는 앞쪽에 및 사후 zonular 섬유 렌즈 캡슐14에 연결 하는 통로. 사용자 지정 신발만 렌즈, zonule, 및 ciliary 시체를 요구 하는 디자인을 사용 하 여, 우리 생리 숙박을 복제 하 여 렌즈 역학을 연구 목적.

<table><tbody><tr><td>Manual Lens Stretcher</td><td>Bioniko</td><td>MLS</td><td>Different animal species will require different shoe sizes</td></tr><tr><td>Porcine Eye Samples</td><td>George G. Ruppersberger; slaughterhouse</td><td>N/A</td><td>Whole eyeballs were obtained</td></tr><tr><td>Human Eye Samples</td><td>The National Disease Research Interchange</td><td>N/A</td><td>Posterior poles without corneas were ordered</td></tr><tr><td>Dissecting Scissors (5 1/2&#039;&#039; Straight)</td><td>Electron Microsopy Sciences</td><td>72960</td><td></td></tr><tr><td>Tissue Forceps (4 1/2&#039;&#039;)</td><td>Electron Microsopy Sciences</td><td>72960</td><td></td></tr><tr><td>iPhone 6s</td><td>Apple</td><td>N/A</td><td>Any imaging system with ~0.1 mm resolution will work</td></tr><tr><td>Sodium Hypochorite</td><td>Clorox</td><td>Clorox Regular-Bleach</td><td>Any disinfectant will work</td></tr></tbody></table>

simulating the mechanics of lens accommodation via a manual lens stretcher

이 프로토콜의 목표 비용 효율적이 고 실용적인 방식으로 생리 숙박의 역학을 모방 하는 것입니다. 숙박 모양 체의 수축과 비전 근처에 필요한 렌즈의 두껍게 귀착되는 zonule 섬유의 이완을 통해 이루어집니다. 여기, 우리 소설, 숙박 긴장 풀어 zonules 수동 렌즈 들 것 (MLS)를 통해 렌즈 캡슐에 연결 하 여 복제 하는 간단한 방법을 제시. 이 메서드는 방사형 스트레칭 렌즈 때 일관 된 힘에 의해 달성 모니터링 하 고 렌즈, 비 수용 렌즈를 신축 할 수 없습니다를 기지개 할 수 있는 수용의 비교에 대 한 허용. 중요 한 것은, 들 것만 백업은 렌즈, zonules, 및 전체 세계 샘플 보다는 오히려 모양 몸, 눈의 공 막 아니라 직접 zonules에 커플. 이 차이가 크게 인수는 전체 세계에 비해 약 62%를 취득 하는 기증 시신 렌즈의 비용을 줄일 수 있습니다.

돼지 눈, 노 안 렌즈4,15, 스트레칭을 통해 공부에 대 한 일반적인 샘플 획득 했다 (n = 10) 로컬 도살이이 프로토콜에서 렌즈의 숙박 능력을 관찰 하기 위해 사용 되었다. 그림 5 MLS를 통해 스트레칭 전후 A 돼지 렌즈의 비교를 보여줍니다. 렌즈의 반경 기지개 하는 때에 평균 0.19 ± 0.07 m m 증가 (...

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Simulating the Mechanics of Lens Accommodation via a Manual Lens Stretcher

수동 렌즈 들을 통해 렌즈 숙박의 역학을 시뮬레이션

우리는 수동 렌즈 들을 사용 하 여 렌즈 숙박을 공부 하는 효율적인 방법을 제시. 프로토콜 모방은 zonules를 당겨서 생리 숙박 연결 주위 렌즈 캡슐, 렌즈를 스트레칭 합니다.

The goal of this protocol is to mimic the biomechanics of physiological accommodation in a cost-efficient, practical manner. Accommodation is achieved ...

simulating-mechanics-lens-accommodation-via-manual-lens

Research

JoVE Journal

Bioengineering

6.7K 조회수.  University of Maryland. 우리는 수동 렌즈 들을 사용 하 여 렌즈 숙박을 공부 하는 효율적인 방법을 제시. 프로토콜 모방은 zonules를 당겨서 생리 숙박 연결 주위 렌즈 캡슐, 렌즈를 스트레칭 합니다.

비디오: Simulating the Mechanics of Lens Accommodation via a Manual Lens Stretcher

Stretching Short Sequences of DNA with Constant Force Axial Optical Tweezers

Single-molecule techniques for stretching DNA of contour lengths less than a kilobase are fraught with experimental difficulties. However, many interesting biological events such as histone binding and protein-mediated looping of DNA1,2, occur on this length scale. In recent years, the mechanical properties of DNA have been shown to play a significant role in fundamental cellular processes like the packaging of DNA into compact nucleosomes and chromatin fibers3,4. Clearly, it is then important to understand the mechanical properties of short stretches of DNA. In this paper, we provide a practical guide to a single-molecule optical tweezing technique that we have developed to study the mechanical behavior of DNA with contour lengths as short as a few hundred basepairs.
The major hurdle in stretching short segments of DNA is that conventional optical tweezers are generally designed to apply force in a direction lateral to the stage5,6, (see Fig. 1). In this geometry, the angle between the bead and the coverslip, to which the DNA is tethered, becomes very steep for submicron length DNA. The axial position must now be accounted for, which can be a challenge, and, since the extension drags the microsphere closer to the coverslip, steric effects are enhanced. Furthermore, as a result of the asymmetry of the microspheres, lateral extensions will generate varying levels of torque due to rotation of the microsphere within the optical trap since the direction of the reactive force changes during the extension.
Alternate methods for stretching submicron DNA run up against their own unique hurdles. For instance, a dual-beam optical trap is limited to stretching DNA of around a wavelength, at which point interference effects between the two traps and from light scattering between the microspheres begin to pose a significant problem. Replacing one of the traps with a micropipette would most likely suffer from similar challenges. While one could directly use the axial potential to stretch the DNA, an active feedback scheme would be needed to apply a constant force and the bandwidth of this will be quite limited, especially at low forces.
We circumvent these fundamental problems by directly pulling the DNA away from the coverslip by using a constant force axial optical tweezers7,8. This is achieved by trapping the bead in a linear region of the optical potential, where the optical force is constant-the strength of which can be tuned by adjusting the laser power. Trapping within the linear region also serves as an all optical force-clamp on the DNA that extends for nearly 350 nm in the axial direction. We simultaneously compensate for thermal and mechanical drift by finely adjusting the position of the stage so that a reference microsphere stuck to the coverslip remains at the same position and focus, allowing for a virtually limitless observation period.

We illustrate the use of a constant force axial optical tweezers to explore the mechanical properties of short DNA molecules. By stretching DNA axially, we minimize steric hindrances and artifacts arising in conventional lateral manipulation, allowing us to study DNA molecules as short as ~100 nm.

상수 강제 축 방향 광학 족집게로 DNA의 짧은 시퀀스를 스트레칭

Single-molecule techniques for stretching DNA of contour lengths  less than a kilobase are fraught with experimental difficulties. However, many ...

연구

생체공학

Stretching Micropatterned Cells on a PDMS Membrane

Mechanical forces exerted on cells and/or tissues play a major role in numerous processes. We have developed a device to stretch cells plated on a PolyDiMethylSiloxane (PDMS) membrane, compatible with imaging. This technique is reproducible and versatile. The PDMS membrane can be micropatterned in order to confine cells or tissues to a specific geometry. The first step is to print micropatterns onto the PDMS membrane with a deep UV technique. The PDMS membrane is then mounted on a mechanical stretcher. A chamber is bound on top of the membrane with biocompatible grease to allow gliding during the stretch. The cells are seeded and allowed to spread for several hours on the micropatterns. The sample can be stretched and unstretched multiple times with the use of a micrometric screw. It takes less than a minute to apply the stretch to its full extent (around 30%). The technique presented here does not include a motorized device, which is necessary for applying repeated stretch cycles quickly and/or computer controlled stretching, but this can be implemented. Stretching of cells or tissue can be of interest for questions related to cell forces, cell response to mechanical stress or tissue morphogenesis. This video presentation will show how to avoid typical problems that might arise when doing this type of seemingly simple experiment.

This manuscript presents a technique to apply or release forces on adherent cells or tissues using unidirectional stretching.

PDMS 막에 마이크로 패턴 세포를 스트레칭

Mechanical forces exerted on cells and/or tissues  play a major role in numerous processes. We have developed a device to stretch  cells plated on a ...

A Novel Stretching Platform for Applications in Cell and Tissue Mechanobiology

Tools that allow the application of mechanical forces to cells and tissues or that can quantify the mechanical properties of biological tissues have contributed dramatically to the understanding of basic mechanobiology. These techniques have been extensively used to demonstrate how the onset and progression of various diseases are heavily influenced by mechanical cues. This article presents a multi-functional biaxial stretching (BAXS) platform that can either mechanically stimulate single cells or quantify the mechanical stiffness of tissues. The BAXS platform consists of four voice coil motors that can be controlled independently. Single cells can be cultured on a flexible substrate that can be attached to the motors allowing one to expose the cells to complex, dynamic, and spatially varying strain fields. Conversely, by incorporating a force load cell, one can also quantify the mechanical properties of primary tissues as they are exposed to deformation cycles. In both cases, a proper set of clamps must be designed and mounted to the BAXS platform motors in order to firmly hold the flexible substrate or the tissue of interest. The BAXS platform can be mounted on an inverted microscope to perform simultaneous transmitted light and/or fluorescence imaging to examine the structural or biochemical response of the sample during stretching experiments. This article provides experimental details of the design and usage of the BAXS platform and presents results for single cell and whole tissue studies. The BAXS platform was used to measure the deformation of nuclei in single mouse myoblast cells in response to substrate strain and to measure the stiffness of isolated mouse aortas. The BAXS platform is a versatile tool that can be combined with various optical microscopies in order to provide novel mechanobiological insights at the sub-cellular, cellular and whole tissue levels.

We present in this article a novel stretching platform that can be used to investigate single cell responses to complex anisotropic biaxial mechanical deformation and quantify the mechanical properties of biological tissues.

세포와 조직 Mechanobiology의 응용 프로그램에 대한 새로운 스트레칭 플랫폼

Tools that allow the application of mechanical forces to cells and tissues or that can quantify the mechanical properties of biological tissues have ...

Live Cell Imaging during Mechanical Stretch

There is currently a significant interest in understanding how cells and tissues respond to mechanical stimuli, but current approaches are limited in their capability for measuring responses in real time in live cells or viable tissue. A protocol was developed with the use of a cell actuator to distend live cells grown on or tissues attached to an elastic substrate while imaging with confocal and atomic force microscopy (AFM). Preliminary studies show that tonic stretching of human bronchial epithelial cells caused a significant increase in the production of mitochondrial superoxide. Moreover, using this protocol, alveolar epithelial cells were stretched and imaged, which showed direct damage to the epithelial cells by overdistention simulating one form of lung injury in vitro. A protocol to conduct AFM nano-indentation on stretched cells is also provided.

A novel imaging protocol was developed using a custom motor-driven mechanical actuator to allow the measurement of real time responses to mechanical strain in live cells. Relevant to mechanobiology, the system can apply strains up to 20% while allowing near real-time imaging with confocal or atomic force microscopy.

기계 스트레치 동안 라이브 세포 이미징

There is currently a significant interest in understanding how cells and tissues respond to mechanical stimuli, but current approaches are limited in ...

Synthesis of Soft Polysiloxane-urea Elastomers for Intraocular Lens Application

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses (a-IOLs). Aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes (PDMS) were previously prepared via the ring-chain equilibration of the cyclic siloxane octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS). Phenyl groups were introduced into the siloxane backbone via the copolymerization of D4 and 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetraphenyl-cyclotetrasiloxane (D4Me,Ph). These polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers were synthesized for increasing the refractive indices of polysiloxanes. For applications as an a-IOL, the refractive index of the polysiloxanes must be equivalent to that of a young human eye lens. The polysiloxane molecular weight is controlled by the ratio of the cyclic siloxane to the endblocker APTMDS. The transparency of the PSU elastomers is examined by the transmittance measurement of films between 200 and 750 nm, using a UV-Vis spectrophotometer. Transmittance values at 750 nm (upper end of the visible spectrum) are plotted against the PDMS molecular weight, and &#62; 90% of the transmittance is observed until a molecular weight of 18,000 g&#183;mol&#8722;1. Mechanical properties of the PSU elastomers are investigated using stress-strain tests on die-cut dog-bone-shaped specimens. For evaluating mechanical stability, mechanical hysteresis is measured by repeatedly stretching (10x) the specimens to 5% and 100% elongation. Hysteresis considerably decreases with the increase in the PDMS molecular weight. In vitro cytotoxicity of some selected PSU elastomers is evaluated using an MTS cell viability assay. The methods described herein permit the synthesis of a soft, transparent, and noncytotoxic PSU elastomer with a refractive index approximately equal to that of a young human eye lens.

This study describes synthetic routes for aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes and polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers and for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers. It presents the application of PSUs as accommodating an intraocular lens. An evaluation method for in vitro cytotoxicity is also described.

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This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses ...

화학

Production of a Strain-Measuring Device with an Improved 3D Printer

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in the analog electrical signal in a traditional strain gauge operation, a new strain measurement method is presented here. It uses a photographic technique to display the strain change by amplifying the change of the pointer displacement of the mechanism. A visual polydimethylsiloxane (PDMS) lens with a focal length of 7.16 mm was added to a smartphone camera to generate a lens group acting as a microscope to capture images. It had an equivalent focal length of 5.74 mm. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and nylon amplifiers were used to test the influence of different materials on the sensor performance. The production of the amplifiers and PDMS lens is based on improved 3D printing technology. The data obtained were compared with the results from finite element analysis (FEA) to verify their validity. The sensitivity of the ABS amplifier was 36.03 &plusmn; 1.34 &#181;&epsilon;/&#181;m, and the sensitivity of the nylon amplifier was 36.55 &plusmn; 0.53 &#181;&epsilon;/&#181;m.

This work presents a strain measurement sensor consisting of an amplification mechanism and a polydimethylsiloxane microscope manufactured using an improved 3D printer.

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in ...

공학

Controlled Strain of 3D Hydrogels under Live Microscopy Imaging

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized in vitro stretching methods. Various available systems use 2D substrate-based stretchers, while the accessibility of 3D techniques to strain soft hydrogels, is more restricted. Here, we describe a method that allows external stretching of soft hydrogels from their circumference, using an elastic silicone strip as the sample carrier. The stretching system utilized in this protocol is constructed from 3D-printed parts and low-cost electronics, making it simple and easy to replicate in other labs. The experimental process begins with polymerizing thick (&#62;100 &#956;m) soft fibrin hydrogels (Elastic Modulus of ~100 Pa) in a cut-out at the center of a silicone strip. Silicone-gel constructs are then attached to the printed-stretching device and placed on the confocal microscope stage. Under live microscopy the stretching device is activated, and the gels are imaged at various stretch magnitudes. Image processing is then used to quantify the resulting gel deformations, demonstrating relatively homogenous strains and fiber alignment throughout the gel&#8217;s 3D thickness (Z-axis). Advantages of this method include the ability to strain extremely soft hydrogels in 3D while executing in situ microscopy, and the freedom to manipulate the geometry and size of the sample according to the user&#8217;s needs. Additionally, with proper adaptation, this method can be used to stretch other types of hydrogels (e.g., collagen, polyacrylamide or polyethylene glycol) and can allow for analysis of cells and tissue response to external forces under more biomimetic 3D conditions.

The presented method involves uniaxial stretching of 3D soft hydrogels embedded in silicone rubber while allowing live confocal microscopy. Characterization of the external and internal hydrogel strains as well as fiber alignment are demonstrated. The device and protocol developed can assess the response of cells to various strain regimes.

라이브 현미경 이미징 에서 3D 하이드로겔의 제어 변형

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized ...

Biomechanical Characterization of Porcine Ocular Lens with Automated Compression(자동 압축을 이용한 돼지 접안 수정체의 생체역학적 특성화)

Automated Compression Testing of the Ocular Lens

The biomechanical properties of the ocular lens are essential to its function as a variable power optical element. These properties change dramatically with age in the human lens, resulting in a loss of near vision called presbyopia. However, the mechanisms of these changes remain unknown. Lens compression offers a relatively simple method for assessing the lens' biomechanical stiffness in a qualitative sense and, when coupled with appropriate analytical techniques, can help quantify biomechanical properties. A variety of lens compression tests have been performed to date, including both manual and automated, but these methods inconsistently apply key aspects of biomechanical testing such as preconditioning, loading rates, and time between measurements. This paper describes a fully automated lens compression test wherein a motorized stage is synchronized with a camera to capture the force, displacement, and shape of the lens throughout a preprogrammed loading protocol. A characteristic elastic modulus may then be calculated from these data. While demonstrated here using porcine lenses, the approach is appropriate for the compression of lenses of any species.

저자 스포트라이트: 노화 관련 렌즈 강성 변화에 대한 이해 증진 

We present an automated method for characterizing the effective elastic modulus of an ocular lens using a compression test.

접안 수정체의 자동 압축 검사

The biomechanical properties of the ocular lens are essential to its function as a variable power optical element. These properties change dramatically ...

수동 렌즈 들을 통해 렌즈 숙박의 역학을 시뮬레이션

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