Name: fourier-based diffraction analysis of live caenorhabditis elegans
Uploaded: 2017-09-13T14:00:00
Duration: 8 min 24 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans at JoVE.com

ونحن نشكر خوان فاسكيز لإسهاماته الحسابية مع هذا المشروع. ونحن ممتنون للدعم لكلية فاسار الجامعية البحثية الصيفية معهد (URSI)، وصندوق البحوث السلمون ماينارد لوسي وجبهة الخلاص الوطني جائزة رقم 1058385.

1-C. ايليجانس النمو والصيانة <ol><li>تحضير أطباق الثقافة السلكية.
	<ol><li>ملء أطباق بيتري مع حلاً أجار وتركهم يصلب، ثم سلالة البذور مع ثقافة كولاي OP50 9 ، 10-</li>
	</ol></li> <li>إعداد سكان بدءاً من الديدان الخيطية الكبار في كل لوح بنقل العديد من الديدان الكبار إلى أطباق بيتري مملوءة أجار جديدة مع تصحيح كولاي. الحفاظ على ثقافات السلكية في 20 درجة مئوية في حاضنة. 
	ملاحظة: يمكن الحصول على سلالات السلكية من مركز الجينوم ايليجانس كاينورهابديتيس. لهذه الدراسة، ونوع البرية، N2، والسلالة وفي OH7547 (otls199 [القط-2::GFP + رجيل-1 (F25B3.3):: دسريد + سلالة rol-6(su1006)])، الذي يسلك النمط الظاهري اسطوانة، واستخدمت-</li>
	<li>الديدان Propagate للثقافات المقبلة.
	طبق <ol><li>بيتري إزالة تتضمن C. ايليجانس وموئل غير مستخدمة طبق بيتري من حاضنة التحكم في درجة الحرارة. مكان لهم في مرحلة مجهر تشريح.</li>
		<li>الضوء على موقد بنسن وتعقيم انتقاء السلكية البلاتين بوضع المعدن في اللهب حتى أنه يضيء الأحمر. السماح باختيار لتبرد بدرجة حرارة الغرفة. لا يحدد اختيار أو انتقاء تتلامس مع الملوثات واسمحوا.</li>
		<li>برفق لمس غيض انتقاء إلى حافة دائرة البكتيريا. هذه المادة لزجة وسيجعل الانتقاء الحبليات الكبار الفردية أسهل.</li>
		<li>نقل الحبليات جرابيد تصل إلى 4 إلى طبق بتري مملوءة أجار متوسطة نمو ديدان أسطوانية (NGM) واحتضانها في 20 درجة مئوية. الديدان سوف تضع بيضها الذي سوف تنضج في أربعة أيام-</li>
		<li>العودة للخيطيات المتبقية للحاضنة بعد نقل الأربعة الكبار الحبليات.</li>
	</ol></li></ol> 2. إعداد البصرية ( الشكل 1) <ol><li>آمنة الهيليوم-النيون الليزر قرب الزاوية اليسرى العودة لطاولة العمل البصري وتوصيله بمصدر لطاقة- 
	ملاحظة: الليزر &#39; شعاع s يجب أن تلبي متطلبات للإفراط. C. ايليجانس حوالي 1 مم طويل، ولذلك ينبغي أن يكون شعاع الليزر قطرها أكبر من 2 مم مع الحادث على ديدان أسطوانية، ولكن ليس أكبر من 5 مم حتى لا يصعب تحديد نمط حيود.</li>
	<li>وضع مرشح كثافة محايدة بين ليزر الهيليوم نيون والعينة مثل أن يسافر شعاع الليزر من خلال عامل التصفية قبل أن تصل إلى العينة.</li>
	<li>التوجيهي الألومنيوم السطحية الجبهة اثنين استخدام المرايا، بناء الناظور بتأمين المرأة الأولى بعد مرشح الكثافة محايدة. تأمين مرآة الثانية حوالي 10 سم تحت مرآة الأولى لإعطاء غرفة لتوجيه شعاع الليزر وإدراج ومبومو بين المرايا. محاذاة شعاع الليزر وومبومو حيث أن شعاع الليزر يسافر عمودياً من خلال ومبومو. 
	ملاحظة: يجب أن تكون المسافة بين الكائنات الحية ديفراكتينج الضوئي أكبر بكثير من الحي نفسها لتحقيق حيود المتطرف الحقل. في هذه التجربة، المسافة من ومبومو إلى الضوئي 20 سم.</li>
	تأمين <li>الضوئي مباشرة قبالة مرآة الثانية مع الاستشعار التي تواجه المرأة. 
	ملاحظة: سيتم وضع ومبومو تحتوي على ديدان أسطوانية بين اثنين من المرايا باستخدام المشابك الكيمياء. انظر القسمين 4 و 5.</li>
	ضع <li>ومبومو مملوءة بالمياه على الوقوف. ضبط ارتفاع الحامل. ضبط ارتفاعات وزوايا مرآة 1 ومرآة 2 حيث أن شعاع الليزر ينتقل عن طريق ومبومو تهدف إلى قرب بل لا مباشرة الضوئي.</li>
	<li>استخدام مستوى لضمان شكل تقف على سطح تعادل ومبومو. ضبط المرايا إضافية إذا لزم الأمر.</li>
	الاتصال <li>الضوئي الذبذبات الرقمية باستخدام كبل USB المقدمة مع الذبذبات الرقمية. توصيل الذبذبات الرقمية إلى الكمبيوتر الذي سيتم استخدامه لتسجيل وحفظ البيانات-</li>
</ol> 3. الإعداد الذبذبات <ol><li>باستخدام البرمجيات للذبذبات على الكمبيوتر، تعيين معدل العينة إلى مالا يقل عن 8 هرتز إلى حل دورة سحق الدودة بما فيه الكفاية- 
	ملاحظة: معدل العينة ينبغي أن يكون أكثر من مرتين من الترددات سحق المتوقعة من الأنواع حتى أنه مقتنع بأن نظرية نايكست 11-</li>
</ol> 4. إعداد دودة وومبومو "جمع البيانات" <ol><li>نقل الأربعة الكبار الحبليات طازجة NGM 10 مملوءة أجار بيتري لوح باستخدام اختيار سلك البلاتين رقيقة، والأرض (انظر الفرع 1-3)-</li>
	<li>إزالة أحد ومبومو البلاستيك القابل للصرف من مجموعتها، مع الحرص على اتصال فقط ومبومو في الجانبين مخدد.</li>
	<li>استخدام مليئة ميكروبيبيتي "الماصة؛" الماء المقطر إلى ومبومو حتى ومبومو هو ما يقرب من 80% ماء مقطر. 
	ملاحظة: من المهم أن الماء المقطر استخدام أو المخازن المؤقتة المتأينة مثل M9 10 أو مخزنة الفوسفات المالحة (PBS) فقط عند التعامل مع الديدان الخيطية، كما تحتوي مياه الحنفية على المركبات القاتلة للكائنات الدقيقة-</li>
	<li>وضع طبق بتري يحتوي على C. ايليجانس استخدامها ضمن نطاق تشريح.</li>
	<li>استخدام انتقاء البلاتين، إزالة واحدة ناضجة C. ايليجانس من طبق بيتري وتغرق الانتقاء إلى ومبومو، تتحرك الانتقاء في الدوائر إذا لزم الأمر لإزاحة ديدان أسطوانية.</li>
	<li>إلى منع فقاعات تشكيل في ومبومو، ملء ومبومو مع الماء حتى أنه الانتفاخات قليلاً على ومبومو &#39; s أعلى. ملء ومبومو &#39; كاب s كلياً بالماء ثم وضعت بسرعة الغطاء على ومبومو.</li>
	<li>استخدام قماش تنظيف ضوئية لإزالة قطرات الماء التي ربما قد انسكب أكثر والبصرية تنظيف الورق لتنظيف أي قطيرات المتبقية صغيرة.</li>
</ol> 5. الحصول على البيانات "الوقت الحقيقي" "تغيرات كثافة نمط الحيود" <ol><li>بدوره على الهيليوم-النيون بالليزر وضبط الإعداد التردد واللون بحيث أنها تنتج شعاع أحمر. قم بتشغيل جهاز استشعار. 
	تنبيه: استخدام شعاع الطاقة المنخفضة في 632 نانومتر، ك C. ايليجانس تجنب الخفيفة عالية التردد (أزرق) 12-</li>
	<li>تحديد موقع الدودة في ومبومو. عقد ومبومو في الجانبين مخدد، إمالة ومبومو في بلطف حتى ديدان أسطوانية تقريبا في وسط الجزء ومبومو. 
	ملاحظة: الهز أو إمالة ومبومو عنف يسبب الدودة تصطدم بجدران ومبومو. وهذا يمكن أن تلحق الضرر ديدان أسطوانية.
	<ol><li>مكان ومبومو على الوقوف في النظام البصري، توسيط الدودة داخل الليزر &#39; s الشعاع المنعكس من مرآة 1 إلى 2 مرآة. ومن المؤكد أن القضاء على ضوء شارد.</li>
	</ol></li> <li>مركز الدودة في شعاع الليزر.
	<ol><li>مكان الضوئي في نمط حيود حتى لا تتوافق وموقع الضوئي وأقصى نمط حيود وسط-</li>
		<li>ضبط كثافة محايد تصفية لمنع تشبع الضوئي. وينظم شدة الضوء تدوير العجلة مرشح الكثافة محايدة.
		<ol><li>تدوير محايدة الكثافة تصفية بحيث يزيد من الجهد الناتج من الضوئي. 
			ملاحظة: يلاحظ إخراج الجهد باستخدام البرمجيات الضوئي الرقمية. الضوئي مشبعة إذا لم تغير الجهد. في هذه الحالة، قم بتدوير مرشح الكثافة محايدة حتى يقلل من الجهد دون تسطيح في قراءة الحد أدنى. تأكد من أن إشارة الجهد لا تتسطح في قراءات الذروة، تشير إلى تشبع الضوئي. تقليل شدة الضوء بتدوير العجلة مرشح الكثافة محايدة إذا لوحظ تشبع.</li>
		</ol></li> <li>مرة واحدة هو نمط حيود تتحرك البيانات مرئية، وجمع مع الضوئي عن طريق النقر فوق الزر ابدأ على برنامج مراقبة الذبذبات أثناء مراقبة الدودة &#39; حركة s. مواصلة أخذ القياسات حتى الدودة يتحرك خارج شعاع الليزر وديفراكيختفي نمط نشوئها، التي عادة ما يستغرق حوالي 20 ثانية.
		عملية <ol><li>إيقاف تجميع البيانات عن طريق النقر فوق الزر "إيقاف" في البرنامج للذبذبات. حفظ كل محاكمة &#39; s البيانات بتنسيق.csv أو.txt.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>كرر الخطوتين 5.2 5.3 حتى 50 على الأقل من مجموعات البيانات قد جمعت لكل النمط الظاهري. استخدام الحيوانات ثمانية كل محاكمة.</li>
	<li>إذا كان ومبومو خدش التخلص من دودة، وكرر الخطوة 4. إذا كان هو الأذى الدودة في النقل، التخلص منها وشطف ومبومو مع الماء المقطر قبل تكرار الخطوة 4 باستخدام ومبومو نفسه.</li>
	<li>كرر الخطوة 5 في OH7547 باستخدام &#34; بكرة &#34; السلالة، مع الحرص على تسمية البيانات للإشارة إلى أن سلالة دودة.</li>
</ol> 6. طيف فورييه للبيانات <ol><li>استيراد البيانات المكتسبة في برنامج تحليل بيانات قادرة على أداء تحويلات "فورييه المنفصل" 3-</li>
	<li>تحول "فورييه أداء" في كل مجموعة بيانات باستخدام خيار التحويل (FFT) فورييه السريع من البرنامج-</li>
	<li>متوسط الترددات من نتائج الاتحاد الفرنسي للتنس للديدان كل السعة لنوع البرية N2.</li>
	<li>كرر الخطوة 6.3 استخدام فتس من OH7547 &#34; بكرة &#34; الديدان.</li>
</ol> 7. النمذجة طيف فورييه <ol><li>البرنامج نموذج ثنائي لديدان أسطوانية الحركة (انظر البرنامج المضمن في مواد تكميلية). 
	ملاحظة: هذا النموذج هو تقريب، التي كانت في أول عرض خصائص بارزة من الحركة دودة. يمكن أن يكون النموذج المكرر كما تتم مقارنة النتائج مع الديدان الفعلية. دودة الأشكال تقريبية استخدام مجهر الصور 13.
	<ol><li>إنشاء إطارات متتالية نموذج ثنائي تتحرك من خلال دورات دودة اثنين على الأقل ( الشكل 2a). مشاهدة أشرطة الفيديو في مواد تكميلية؛ فيديو "دودة ج" (CWorm.avi) والدودة W الفيديو (WWorm.avi)-</li>
	</ol></li> <li>إنتاج أنماط الحيود متسلسلة. مشاهدة أشرطة الفيديو في مواد تكميلية. ج دودة حيود الفيديو (CWormDiff.avi) والدودة W الفيديو (WWormDiff.avi).
	<ol><li>تحويل فورييه الإطار الثنائي الصورة دودة. أكبر الحشو الإطار حول الفيروس المتنقل، كلما كان ذلك أفضل دقة صورة الحيود ستكون. 
		ملاحظة: القيمة المطلقة لكل إطار تحويل فورييه يتناسب مع نمط حيود المقابلة ( الشكل 2)-</li>
		<li>لحن على النقيض نمط الحيود عن طريق تعيين الكثافة نمط الحيود لمقياس لوغاريتمي. 
		ملاحظة: الكاميرات وعيون تميل إلى العمل على نطاق غير خطية. يمكن لمقياس لوغاريتمي محاكاة كيف ينظر عادة إلى نمط حيود بالعين البشرية.</li>
	</ol></li> <li>استخراج إشارة على غرار الحيود.
	<ol><li>اختر موقعا خارج المركز الذي يتوافق مع موقع الضوئي في نمط حيود.</li>
		<li>إضافة عناصر المصفوفة المجاورة المحيطة بموقع الضوئي لمحاكاة حجم الضوئي. حجم الضوئي عادة ما يكون هو 0.1% نمط الحيود على غرار-</li>
		<li>سجل وارسم تسلسل حجم الحيود الإشارات. تأكد من أن الإشارة معقولة ماديا (أي، في حالة إتلاف الدوري، الإشارة من الضوئي ينبغي الدوري كذلك)-</li>
	</ol></li> <li>فورييه تحويل الإشارات الحيود التي تم الحصول عليها في 7.3 ومقارنة النتائج مع البيانات التجريبية.</li>
	<li>كرر لسلالات مختلفة من الفيروس المتنقل ومقارنة-</li>
</ol>

<ol>
	<li>Magnes, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+Freely+Swimming+C.+elegans+Using+Laser+Diffraction.">Analysis of Freely Swimming C. elegans Using Laser Diffraction.</a> Open J. Biophys. 2, 101-107 (2012).</li><li>Magnes, J., Raley-Susman, K. M., Eells, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Locomotion+Study+of+Freely+Swimming+Micro-organisms+Using+Laser+Diffraction.">Quantitative Locomotion Study of Freely Swimming Micro-organisms Using Laser Diffraction.</a> J. Vis. Exp. (68), (2012).</li><li>James, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> A Student's Guide to Fourier Transforms with Applications in Physics and Engineering. , (1995).</li><li>Korta, J., Clark, D. A., Gabel, C. V., Mahadevan, L., Samuel, A. D. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanosensation+and+mechanical+load+modulate+the+locomotory+gait+of+swimming+C.+elegans.">Mechanosensation and mechanical load modulate the locomotory gait of swimming C. elegans.</a> J. Exp. Biol. 210, (2007).</li><li>Martin-Garcia, J. M., Conrad, C. E., Coe, J., Roy-Chowdhury, S., Fromme, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Serial+femtosecond+crystallography:+A+revolution+in+structural+biology.">Serial femtosecond crystallography: A revolution in structural biology.</a> Arch. Biochem. Biophys. 602, 32-47 (2016).</li><li>Thibault, P., Rankenburg, I. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+diffraction+microscopy+in+a+teaching+laboratory.">Optical diffraction microscopy in a teaching laboratory.</a> Amer. J. Phys. 75 (9), 827-832 (2007).</li><li>Miao, J., Ishikawa, T., Anderson, E. H., Hodgson, K. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+retrieval+of+diffraction+patterns+from+non+crystalline+samples+using+the+oversampling+method.">Phase retrieval of diffraction patterns from non crystalline samples using the oversampling method.</a> Phys. Rev. B. 67, 174104 (2003).</li><li>Zhang, Y. P., Zhang, J. Q., Xu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Method+for+eliminating+zero-order+diffraction+in+lensless+Fourier+transform+digital+holography.">Method for eliminating zero-order diffraction in lensless Fourier transform digital holography.</a> Optik - International Journal for Light and Electron Optics. 124 (21), 4873-4875 (2013).</li><li>Brody, A. H., Chou, E., Gray, J. M., Pokrywka, N. J., Raley-Susman, K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mancozeb-induced+behavioral+deficits+precede+structural+neural+degeneration.">Mancozeb-induced behavioral deficits precede structural neural degeneration.</a> NeuroToxicology. 34, 74-81 (2013).</li><li>Stiernagle, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintenance+of+C.+elegans.">Maintenance of C. elegans.</a> WormBook. , (2006).</li><li>Dasalukunte, D., &#214;wall, V., Rusek, F., Anderson, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Faster than Nyquist Signaling. Algorithms to Silicon. , (2014).</li><li>Edwards, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+molecular+solution+for+ultraviolet+light+detection+in+Caenorhabditis+elegans.">A novel molecular solution for ultraviolet light detection in Caenorhabditis elegans.</a> PLoS Biol. 6 (8), e198 (2008).</li><li>Bilbao, A., Wajnryb, E., Vanapalli, S. A., Blawzdziewicz, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nematode+Locomotion+in+Confined+and+Unconfined+Fluids.">Nematode Locomotion in Confined and Unconfined Fluids.</a> Phys. Fluids. 25, 081902 (2013).</li></ol>

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

بما في ذلك مساحات من البيانات مع الخمول سوف تحرف النتائج حيث سيكون متوسط ترددات أقل مصطنعة إلى النتائج. يمكن التعرف على تشبع الضوئي قمم مسطحة أو "قطع" قمم في البيانات الخام. تقسيم كل مجموعة البيانات الخام بشدة الذروة سوف يساعد مع المحاسبة للتقلبات في كثافة الليزر.
ترددات الذروة مؤشر لمجمل سحق التردد؛ بيد أن الحركة المعقدة يؤدي التدخل في ترددات فاز في نمط حيود وتحتاج إلى أن تدرس بعناية.
يمكن استخدام هذا الأسلوب للتحقيق في الحركة من الديدان الخيطية الأخرى. يمكن تغيير البيئة بأية وسيلة أخرى. قد يتم تغيير الأطوال الموجية كذلك. وتعمل في النطاق المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي أسهل وأكثر أماناً.
وسوف محاكاة نموذج أكثر دقة الأطياف الحيود أكثر واقعية في المستقبل. قد يتضمن نموذج مستقبلي دودة التي يمكن تغيير التوجهات، التي لن تؤثر على مواقع الترددات ولكن مرتفعات الذروة النسبية. يسمح نموذج أكثر واقعية لتوزيع احتمالي لسحق الترددات، التي من شأنها أن توسع على قمم كما هو الحال في البيانات التجريبية. وستمثل حيز في ترددات الاختلافات في ترددات سحق.
شكل دودة الحالي النفط الخام، خاصة في منطقة الرأس والذيل، الذي ينبغي أن يكون مدبب أكثر مما في الطراز الحالي. قد يكون من المثير للاهتمام أن إجراء تحليل مفصل للسلسلة الزمنية للإشارات نظراً لأنها يمكن أن تعطي أدلة حول الطابع المعقد للحركة في طفرات مختلفة.
يجدر النظر في إمكانية التطبيق العملي لتوسيع نطاق هذا الأسلوب في وصف الديدان الخيطية متعددة في وقت واحد. ينبغي أن يفهم هذا الأسلوب كطريقة مكملة للطرق القائمة باستخدام المجاهر التقليدية. يحتوي هذا الأسلوب ميزة في عدم اشتراط مجهر خلال--الحصول على البيانات حيث أن الدودة يمكن الخروج من الطائرة التنسيق. تظهر اختلافات واضحة في الحركة دودة أطياف التردد المتوسط ويمكن قياسها كمياً بقمم التردد السائدة، وهو أسلوب رواية في التحديد الكمي لانتقال الفيروس المتنقل. تحليل بيانات التواقيع حيود في مزيد من التنمية ونأمل أن تؤدي إلى عملية تحديد هوية الآلي عدة طفرات والأفراد.

ويقارن هذا الأسلوب أطياف التردد التجريبية وعلى غرار الحركة من ايليجانس جيم- استخدام سلالات اثنين مع أنماط مرضوا مختلفة جداً. وتبين النتائج أن الطيف الترددي يعتمد على التغيرات الزمنية كما ديدان أسطوانية تسبح في عمود الماء حيث أن الصور المجهرية واضحة ليست هناك حاجة لتحليل. هذا الأسلوب يسمح للتحليل الكمي في الوقت الحقيقي ويوفر معلومات مكملة للصور/الفيديو التي تم الحصول عليها مع المجاهر التقليدية. حيود فراونهوفر، كما دعا حيود المتطرف الميدانية، يوفر الأساس للحصول على الحيود يعيش البيانات1،2. شدة الضوء في أي نقطة واحدة في نمط حيود هو نتيجة لفرض الضوء من كل نقطة في مخطط السلكية3. نتيجة لذلك شدة الضوء التي تم جمعها على مر الزمن يحمل معلومات عن الحركة ديدان أسطوانية. تحليل الإشارات حيود تعتمد على الوقت يمكن تحديد الحركة المميزة للمسخ المقابلة نظراً لتحليل جميع الترددات تشارك في الحركة ويكمل التحليل الفيديو التقليدية. وفي هذه الحالة، تأكدت الفروق المميزة بين الحركة من "الاسطوانة" والبرية نوع C. ايليجانس بمقارنة الأطياف تردد اثنين من سلالات مختلفة من ديدان أسطوانية.
وقد أكد بعض الخصائص السابقة استخدام تردد تحليل الإشارات حيود مثل السباحة الترددات2،4. الأهم من ذلك، يمكن استخدام هذا الأسلوب كوسيلة تكميلية للفحص المجهري التقليدي لمراقبة الحركة في الوقت الحقيقي على شاشة كمبيوتر، ويتم جمع البيانات. يمكن قياس الطيف الترددي من الديدان مع أنماط مرضوا متميزة بالنظر في تحويل فورييه إشارة الإشارات الحيود.
طبيعة متعددة التخصصات على أساس فورييه حيود في هذا العمل ينطوي على ميادين البيولوجيا والفيزياء. طالما استخدمت الحيود بإطار أخذ العينات للتحقيق في هياكل الكريستال في البيولوجيا5 وغيرها من المجالات. في هذه التجربة، بيد الإفراط6،7 ينشئ نمط حيود المتطرف الحقل حيث يتم توسيط الكائنات الحية في شعاع الليزر. الإفراط يستخدم عادة لأقل عدسة التصوير8 بالاقتران مع خوارزمية استرداد مرحلة التي يعيد بناء صورة للكائن الأصلي. استرجاع المرحلة من الصعب تحقيق عند عدسات موجودة كما الحال بالنسبة ديدان أسطوانية. توقيع حيود الزمانية ما يكفي لتقييم الترددات الرئيسية للاقتراح دودة. هذا الأسلوب هو أقل ضرائب حسابياً ويوفر وسيلة بصرية للتحديد الكمي للحركة. هذا الأسلوب يمكن سهولة تكييفها وفقا لتحليل الطفرات أو الظروف البيئية التي تغير السلوك.

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

fourier-based diffraction analysis of live caenorhabditis elegans

هذه المخطوطة يصف كيفية تصنيف الديدان الخيطية استخدام التواقيع الزمني الأقصى حقل الحيود. هو تعليق واحد C. ايليجانس في عمود مياه داخل ومبومو ضوئية. يتم توجيه 632 نانومتر ليزر زناد موجات مستمرة من خلال ومبومو استخدام المرايا سطح الجبهة. ويضمن مسافة كبيرة من 20-30 سم على الأقل سافر بعد الضوء يمر عبر ومبومو نمط حيود (فراونهوفر) أقصى ميدان مفيدة. التغييرات نمط حيود في الوقت الحقيقي كما ديدان أسطوانية تسبح ضمن شعاع الليزر. الضوئي يوضع خارج المركز في نمط الحيود. إشارة الجهد من الضوئي ويلاحظ في الوقت الحقيقي وتسجيلها باستخدام الذبذبات رقمية. يتم تكرار هذه العملية لنوع البرية 139 و 108 "الاسطوانة" C. ايليجانس. الديدان نوع البرية يحمل نمط التذبذب سريع في الحل. وقد الديدان "الاسطوانة" طفرة في أحد مكونات رئيسية لبشرة الذي يتداخل مع انتقال سلس. يتم تجاهل الفواصل الزمنية التي لا تخلو من التشبع والخمول. أنها عملية قسمة كل المتوسط إلى الحد الأقصى لمقارنة الكثافات النسبية. الإشارة لكل دودة من تحويل فورييه حتى أن يظهر نمط التكرار لكل دودة. إشارة لكل نوع من الفيروس المتنقل هو في المتوسط. متوسط الأطياف فورييه لنوع البرية و "الاسطوانة" C. ايليجانس تختلف اختلافاً واضحا وتكشف عن أنه يمكن التمييز بين الأشكال دودة دينامية من سلالات مختلفة من دودة اثنين استخدام تحليل فورييه. طيف فورييه لكل سلالة دودة مطابقة نموذج تقريبي باستخدام اثنين من الأشكال دودة ثنائية مختلفة تتوافق مع لحظات مرضوا. ويؤكد المغلف لتوزيع تردد متوسط للديدان الفعلية وعلى غرار النموذج مطابقة البيانات. يمكن هذا الأسلوب بمثابة أساس لتحليل فورييه لكثير من الأنواع المجهرية، كما كل الكائنات الدقيقة سيكون لها طيف فورييه فريدة من نوعها.

يسمح الإعداد التجريبية الضوئية هو مبين في الشكل 1 لدراسة الكائنات الحية الدقيقة دون أن تكون مرتبطة بطائرة تنسيق. ويمكن ملاحظة إشارة سحق من الضوئي في الوقت الحقيقي على شاشة الكمبيوتر كما البيانات التي يتم جمعها. سوف تظهر أنماط غير عادية فورا دون الحاجة إلى تحليل شريط فيديو بالتفصيل.
أمثلة على دودة متسلسلة على غرار حركة والمقابلة حيود أنماط مبينة في الشكل 2. أنماط الحيود على غرار نوعيا تشبه أنماط التجريبية1 ومؤشرا أولياً أن عمليات المحاكاة النموذجية بنجاح ديدان أسطوانية.
توقيع حيود الزمانية عينة من هذين النوعين من C. ايليجانس درس هنا يظهر في الشكل 3. يمكن أن تعتبر نوعيا أن كل ديدان أسطوانية ثراشيس في معدلات مختلفة والاتساع. بعض الاختلافات يمكن قياسها كمياً من خلال المنحنى المناسب كما حدث في منشور سابق1. ومع ذلك، يكشف تحويل فورييه المنفصل، مزيد من التفاصيل فيما يتعلق بالترددات المضمنة:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq1.jpg">، (1)
حيث وك تحويل فورييه الرقمية (قدم) و وn هو إشارة حيود الخام تعتمد على الوقت مع الوقت منفصلة المتغير n و متغير التردد منفصلة ك. ن هو مجموع عدد نقاط البيانات. تحويل فوريي الرقمية متوسط يسمح لديدان أسطوانية تحديد السعة طيف الترددات الحيود (الشكل 4). الطيف النوع المتوحش تسيطر على ترددات أقل من الطيف الحركة الدوارة.
نموذج يقارب نوع البرية مقابل تلاحظ C. ايليجانس الاسطوانة نوع البرية يميل إلى التهيج في حركة (شكل W أو S) وافيليكي (الشكل 2a) بينما الاسطوانة يميل لصالح جانب واحد يشبه تقريبا على شكل ج تتأرجح ( الشكل 5). وهذا يوفر بعض التفسير لمختلف الأطياف. معظمهم ستشكل الاسطوانة C إلى جانب واحد بينما يمكن اعتبار التذبذب ث كاثنين معارضة الاقتراحات ج. ولهذا السبب، اقتراح ث أكثر تعقيداً من الكشف عن مزيد من الترددات المنخفضة الثانوية من الحركة ج. ويؤكد هذه النتيجة في النموذج الحسابي. وقد شكل ث كثافة تواتر أعلى كثيرا من هذا الشكل C (الشكل 6). هذا ما أكدته في الاتحاد الفرنسي للتنس في الشكل 4 حيث الترددات الاسطوانة تتجمع أكثر حين لا منفصلة تماما. إحصائيات الاسطوانة هي منحرفة منذ الاسطوانة يمكن أن تعود إلى الحركة البرية نوع مؤقتاً.
أطياف الطاقة متجانسة من نوع الاسطوانة C. ايليجانس يظهر ذروتها واسعة في ~1.5 هرتز، بينما يسلك نوع البرية السباحة C. ايليجانس طائفة المتعدد الوسائط (بما في ذلك قمم في ~1.0 هرتز وهرتز 1.75). الضوئي (PD) يحتوي على حجم محدود ينتشر عبر عدة عناصر المصفوفة. تختلف عناصر المصفوفة الفردية أو النقاط على نمط حيود في كثافة منذ التدخل البناءة والهدامة ويختلف؛ ومع ذلك، الترددات التي تختلف الشدة هي نفسها بالنسبة لجميع عناصر المصفوفة، كما يتبين في الشكل 7. وبالنظر على الوقت مشتق مكافئ. 1، يمكن أن نرى أن تواتر التقلبات التي لا تعتمد على المصفوفة المرحلة ولكن فقط على تقلبات الكائن الأصلي:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq2.jpg">، (2).
كما PD ينتشر عبر عدة عناصر المصفوفة، متوسط مواقع الذروة إلى ملف تعريف تردد متسق. ويمكن توقع بعض الاختلاف ويمكن إعطاء أدلة حول التوجه للدودة. سيتم تغيير توزيع الترددات كمشية التغييرات الدودة. النموذج الحالي هو نموذج بسيط يسمح فقط لتقييم المواقع الذروة بدلاً من مرتفعات الذروة النسبية. سيكون متوسط مختلف أنماط مرضوا إلى مواقع مختلفة من الذروة.

<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig1.jpg"> 
رقم 1. الإعداد التجريبية. يتجلى يسافر شعاع الليزر منخفضة الطاقة من خلال مرشح الكثافة محايدة، مرآة M1 أسفل من خلال ومبومو يحتوي على الدودة على مرآة M2، ويسافر نحو الضوئي. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig2.jpg"> 
رقم 2. دودة متسلسلة أشكال وأنماط الحيود المقابلة. () بعض حدد صور ثنائية متتابعة من ث على غرار الشكل الديدان الخيطية وأنماط الحيود متسلسلة المقابلة (ب). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig2large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig3.jpg"> 
الشكل 3. تواقيع حيود العينة التجريبية. جمع التوقيعات الحيود () OH7547 "الاسطوانة" و (ب) N2 البرية نوع C. ايليجانس استخدام الضوئي وحيد في نمط الحيود. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig4.jpg"> 
الشكل 4. التجريبية في المتوسط أطياف الطاقة للأسطوانة ونوع البرية سلسلة حيود فراونهوفر. تسجيل العرض أطياف الترددات موجودة في متوسط تحويل فورييه للسلاسل الزمنية، مع الضوئي. عامل تصفية ضبابي للانحراف المعياري 0.075 هرتز، اقتطاع في 3 الانحرافات المعيارية، يستخدم لتنعيم. ملاحظة واسعة النطاق الطيفي الذروة في ~1.5 هرتز في الطيف الاسطوانة متجانسة، بالمقارنة مع الطيف المتعدد الوسائط من النوع المتوحش متجانسة (بما في ذلك قمم في ~1.0 و 1.75 هرتز). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig5.jpg"> 
الرقم 5. حيود تشكيل الرسم التوضيحي. يمكن أن تكون على غرار أنماط الحيود بالتفكير في كل مقطع الخط كخط مستقيم الحظوة صغيرة (إلى اليسار). فرض هذه الخطوط (يمين) يوضح بناء أنماط الحيود المتطرف الميدانية التي تم إنشاؤها بواسطة C على شكل ديدان أسطوانية. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig6.jpg"> 
الشكل 6. محاكاة أطياف الطاقة للأسطوانة ونوع البرية سلسلة حيود فراونهوفر. () ج الشكل و (ب) ث الديدان الشكل مع الضوئي تركزت في عناصر المصفوفة 200 (عمودي) و 175 (أفقي). ويبين الشكل ث كثافة أعلى من الترددات بسبب الحركة أكثر تعقيداً. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig7.jpg"> 
رقم 7. محاكاة أطياف الطاقة للأسطوانة وسلسلة حيود فراونهوفر نوع البرية في مواقع مختلفة الضوئي. () ث دودة الشكل والدودة الشكل (ب) ج لعناصر مصفوفة واحدة في مواقع شتى من محاكاة مواقع مختلفة الضوئي. تختلف مستويات الذروة لمواقع مختلفة؛ ومع ذلك، ذروة مواقع لا تزال هي نفسها لأشكال معينة. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig7large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-</a>

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

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

هذه المخطوطة يصف كيفية التمييز بين الحبليات مختلفة استخدام التواقيع حيود المتطرف الميدانية. قارنا الحركة من 139 من نوع البرية و 108 "الاسطوانة" C. ايليجانس بحساب متوسط ترددات المقترنة بالتوقيع حيود فراونهوفر الزمانية في مكان واحد باستخدام ليزر موجات مستمرة.

"تحليل حيود من العيش" على أساس فورييه ايليجانس كاينورهابديتيس

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

تحليل الاتصال واجهات لأجهزة أسلاك متناهية الصغر واحدة الجاليوم

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

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

واحد الطول الموجي الظل التصوير من<em&gt; انواع معينة ايليجانس</em&gt; تقديرات تنقل القوة بما في ذلك

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

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

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

في الموقع النيوتروني مسحوق حيود عن طريق تفصيل بطاريات ليثيوم أيون

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

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

تحليل فشل بطاريات عن طريق استنادا السنكروترون-مجهري الصلب X-راي

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

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

الكمي لتركيز الهيدروجين في المياه السطحية واجهة الطبقات والمواد السائبة من خلال التنميط العمق مع تحليل التفاعلات النووية

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

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

باستخدام السنكروترون الإشعاع مجهري المعنية بالتحقيق في نطاق متعدد الحزم الإلكترونية الدقيقة ثلاثي الأبعاد

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

Measuring Spray Droplet Size from Agricultural Nozzles Using Laser Diffraction

قياس بخاخ الرذاذ الحجم من الفوهات الزراعية عن طريق الليزر حيود

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

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

توصيف محبب غاية في الدقة وNanocrystalline المواد عن طريق نقل كيكوتشي حيود

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

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

خيوط ليزر Femtosecond لاستخدامها في تصوير شبه Diffraction محدودة زمنياً، والاستشعار عن بعد

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