Optik Koherens Elastografi Kullanılarak Çevresel Biyofilmlerin Elastik Özelliklerinin Ölçülmesi

Özet

Bu makale, optik koherens elastografi (OCE) tekniğinin biyofilm elastik özelliklerini hızlı ve tahribatsız bir şekilde karakterize etmedeki etkinliğini vurgulamaktadır. Doğru ölçümler için kritik OCE uygulama prosedürlerini açıklıyoruz ve iki granüler biyofilm için Young modül değerlerini sunuyoruz.

Özet

Biyofilmler, kendi ürettiği hücre dışı polimerik maddelerle (EPS) kaplı, iyi organize edilmiş bir mikrobiyal hücre ağı içeren karmaşık biyomalzemelerdir. Bu makale, biyofilmlerin elastik karakterizasyonu için uyarlanmış optik koherens elastografi (OCE) ölçümlerinin uygulanmasının ayrıntılı bir açıklamasını sunmaktadır. OCE, kısmen saydam yumuşak malzemelerin mikro yapısının, morfolojisinin ve viskoelastik özelliklerinin yüksek uzamsal ve zamansal çözünürlükle yerel olarak haritalanmasını sağlayan tahribatsız bir optik tekniktir. Bu tekniğin doğru uygulanması için gerekli prosedürleri detaylandıran kapsamlı bir kılavuzun yanı sıra, toplanan ölçümlerden granüler biyofilmlerin toplu Young modülünü tahmin etmek için bir metodoloji sunuyoruz. Bunlar sistem kurulumu, veri toplama ve son işlemden oluşur. Tartışmada, OCE'de kullanılan sensörlerin altında yatan fiziği inceliyoruz ve OCE ölçümlerinin uzamsal ve zamansal ölçekleriyle ilgili temel sınırlamaları keşfediyoruz. Çevresel biyofilmlerin elastik ölçümlerini kolaylaştırmak için OCE tekniğini ilerletmek için gelecekteki potansiyel yönlerle sonuçlandırıyoruz.

Giriş

Atık su arıtımında ve su kaynaklarının geri kazanılmasında, mikropların organik madde, nitrojen ve fosfat gibi istenmeyen kirleticileri sudan kolayca çıkarılabilen stabilize formlara dönüştürmesini sağlamak için bağlı büyüme reaktörlerindeki faydalı biyofilmler giderek daha fazla kullanılmaktadır¹. Bu sistemlerde biyofilmin ortaya çıkan işlevi, yani biyokimyasal dönüşümler, içinde bulunan mikropların çeşitliliği ve bu mikropların aldığı besinlerle yakından ilişkilidir². Buna göre, devam eden biyofilm büyümesi, tutarlı reaktör işlevselliğini sürdürmek için bir zorluk oluşturabilir, çünkü yeni biyofilm büyümesi biyofilmin ....

Protokol

1. Sistem kurulumu

1. Ticari OCT sistemini (ana ünite, stand, görüntüleme kafası ve bilgisayar), dalga formu üreteci, dönüştürücü, gecikme/darbe üreteci, BNC bağlantılı bir anahtar, BNC kabloları ve adaptörleri, optik direkler ve kelepçeleri içeren sistem bileşenlerini toplayın.
2. İşlev oluşturucudan gelen senkronizasyon sinyalini bir anahtara bağlayın. Anahtarın diğer bağlantı noktasını gecikme üretecine bağlayın.
3. Fonksiyon üretecinin çıkışını dönüştürücü uçlarına bağlayın.
4. Gecikme üretecinin çıkışlarını OCT ana ünitesinin arkasındaki tetikleme kanalına bağlayın. Gecikme üretecinden gelen çıkış sinyali, OCT sistemin....

Tartışmalar

OCT sisteminde ulaşılabilir görüntüleme derinliği, kaynağın dalga boyuna bağlı olarak ışık kaynağından gelen ışığın penetrasyon derecesi ile belirlenir. Ayrıca, dalga boyu eksenel çözünürlüğü belirler. Daha uzun dalga boyları numuneye daha derinden nüfuz edebilir, ancak daha kısa dalga boylarına kıyasla daha düşük eksenel çözünürlük pahasına. Öte yandan enine çözünürlük, hem sistemin sayısal açıklığına hem de dalga boyuna bağlıdır ve daha kısa dalga boyları daha .......

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
3D printed sample holder
3D printed wedge tip			3 mm width
BNC cables	Any brand
Delay generator	Stanford Research Systems	DG535	DG535 Digital delay/ Pulse Generator
Function generator	Agilent Technologies		33250A 80 MHz Function / Arbitrary Waveform Generator
Granular biofilm	Aqua-Aerobic Systems		Obtained from an Aerobic Granular Sludge reactor (Aqua-Aerobic Systems, Inc.)
MATLAB	MathWorks		Release 2022a (MATLAB 9.12)
Piezoelectric transducer	Thorlabs	PK2JUP1	Discrete Piezo Stack, 75 V, 30.0 µm Displacement
SD-OCT System	Thorlabs		Ganymede II, LSM03 scan lens
ThorImageOCT	Thorlabs		Version: 5.5.5