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

우리는이 프로젝트와 함께 그의 계산 공헌에 대 한 후안 바스 케 즈 감사합니다. 우리는 바사 대학 학부 연구 여름 연구소 (URSI), 루시 Maynard 연어 연구 기금과 NSF 상 제 1058385의 지원에 대 한 감사.

1. 선 충 C. 성장 및 유지 보수 <ol><li>준비 선 충 문화 요리.
	<ol><li>Agar 솔루션 페 트리 접시를 두고 공고히 하 고, 그 후에 OP50의 대장균 문화 씨앗 스트레인 9 , 10.</li>
	</ol></li> <li>신선한 한 가득 접시는 대장균 패치를 여러 성인 벌레를 이동 하 여 각 접시에 성인 선 충의 시작 인구를 준비. 인큐베이터에 20 ° C에서 선 충 문화 유지. 
	참고: 선 충 류 종자는 꼬마 선 충 게놈 센터에서 얻어질 수 있다. 이 연구, 야생 타입, N2, 스트레인 및는 OH7547 (otls199 [고양이-2::GFP + rgel-1 (F25B3.3):: dsRed + rol-6(su1006)]) 스트레인, 롤러 형 전시, 활용 했다.</li>
	<li>전파 미래 문화에 대 한 웜.
	C. 선 충 및 사용 되지 않는 서식 지 온도 제어 인큐베이터에서 배양 접시를 포함 하는 <ol><li>제거는 페 트리 접시. 해 현미경의 단계에 그들을 배치.</li>
		<li>분 젠 버너를 점화 하 고 붉은 빛나는 때까지 불꽃으로 금속을 배치 하 여 백 금 선 충 선택 소독. 실내 온도에 냉각을 선택 하실 수 있습니다. 선택을 설정 하지 않거나 오염 물질 접촉 선택 하자.</li>
		<li>부드럽게 박테리아의 원의 가장자리에 선택의 팁을 터치합니다. 이 물질은 끈 적 및 개별 성인 nematodes을 쉽게 선택 하 게 됩니다.</li>
		<li>페 트리 접시를 한 가득 선 충 류 성장 매체 (NGM)에 최대 4 벗 nematodes을 전송 하 고 20 ° c.에 품 어 벌레는 알을 4 일에서 성숙 합니다.</li>
		<li>인큐베이터 4 성인 nematodes을 이동한 후 나머지 nematodes 돌아갑니다.</li>
	</ol></li></ol> 2. 광 설치 ( 그림 1) <ol><li>보안 헬륨-네온 레이저 광학 작업 대의 백-왼쪽 모서리와 전원에 연결. 
	참고: 레이저 &#39; s 빔 오버 샘플링에 대 한 요구 사항을 충족 해야 합니다. C. 선 충 약 1 m m 긴, 따라서 레이저 빔 회절 패턴은 어려운 찾을 수 있도록 선 충 류에 입사 하지만 5mm 보다 더 큰 하는 동안 2 m m 보다 큰 직경 있어야 한다.</li>
	<li>헬륨-네온 레이저와 샘플 사이 중립 밀도 필터는 레이저 빔 필터를 통해 샘플을 도달 하기 전에 여행 장소.</li>
	<li>사용 하 여 두 개의 전면 알루미늄 스티어링 거울, 중립 밀도 필터 후 첫 번째 미러를 보호 한 잠 망 경 구축. 두 번째 거울 레이저 빔을 조정 하 여 거울 사이 멧 삽입 공간을 제공 하는 첫 번째 미러 아래 약 10 ㎝를 확보. 레이저 빔은 베트를 통해 수직으로 이동 레이저 빔과 멧 맞춥니다. 
	참고: diffracting 유기 체에서 거리는 포토 다이오드를 유기 체 멀리 분야 회절을 달성 하기 위해 자체 보다 훨씬 더 큰 해야 합니다. 이 실험에서 광다이오드는 베트에서 거리는 20 cm.</li>
	<li>거울을 직면 하 고 그것의 센서와 두 번째 미러 맞은편 포토 다이오드 보호. 
	참고: 베트는 선 충 류를 포함 하는 화학 클램프를 사용 하 여 두 개의 거울 사이 놓일 것 이다. 4과 5을 참조 하십시오.</li>
	<li>는 스탠드에 물 가득 베트를 놓습니다. 스탠드의 높이 조정 합니다. 레이저 빔 베트 근처 하지만 광다이오드에 직접 목적을 통해 여행 높이 1 미러와 미러 2의 각도 조정.</li>
	<li>수준을 사용 하 여 보장 스탠드 형태는 멧에 대 한 수준별된 표면. 필요한 경우 추가 거울 조정.</li>
	<li>디지털 오실로스코프에와 함께 제공 된 USB 케이블을 사용 하 여 디지털 오실로스코프에는 포토 다이오드를 연결 합니다. 디지털 오실로스코프 컴퓨터에 연결을 기록 하 고 데이터를 저장 하는 데 사용 합니다.</li>
</ol> 3. 오실로스코프 설정 <ol><li>벌레의 탈 곡 주기를 충분히 해결 하기 위해 적어도 8 hz 샘플 속도 설정 하는 컴퓨터에 오실로스코프에 대 한 소프트웨어를 사용 하 여. 
	참고: 샘플 속도 이어야 한다 두 배 이상 많은 종의 예상된 탈 곡 주파수의 Nyquist 정리 11 충족 되도록.</li>
</ol> 4. 벌레와 베트 데이터 수집 준비 <ol><li>신선한 NGM 10 천 가득 페 트리 접시는 얇은, 평평 하 게 백 금 철사 선택 (섹션 1.3 참조)를 사용 하 여 4 개의 성인 nematodes 전송.</li>
	<li>하나 일회용 플라스틱 베트 등이 양쪽에 베트를 터치만 주의 되 고 그것의 패키지에서 제거.</li>
	<li>는 멧은 약 80%까지는 베트에 증류수를 플라스틱을 micropipette 가득 사용 증류수. 
	참고: 때 중요 하다 사용 증 류 물 또는 이온된 버퍼 M9 10 또는 인산 염 버퍼 식 염 수 (PBS) 같은 선 충, 처리 미생물 죽이 화합물을 포함 하는 수돗물으로.</li>
	<li>C. 선 충 해 범위에서 사용할 수를 포함 하는 페 트리 접시를 놓고.</li>
	<li>플래티넘 선택 사용 하 여, 페 트리 접시에서 한 성숙한 C. 선 충을 제거 하 고 선택 경우는 선 충 류를 꺼내 려 하는 데 필요한 원에 선택 이동 베트에 잠수함.</li>
	<li>베트에서 형성 하는 거품을 방지 하기 위해 물으로 베트 채우기 때까지 그것은 약간에 베트 bulges &#39; s 가기. 채우기는 베트 &#39; 다음에 물으로 완전히 s 모자는 베트에 신속 하 게 모자를 쓰고.</li>
	<li>광학 청소 헝겊을 사용 하 여 고 종이 어떤 작은 잔여 방울 청소를 청소 광학 쏟 았 있을 수 있습니다 물방울 제거.</li>
</ol> 5. 회절 패턴 강도 변화의 실시간 데이터 수집 <ol><li>에 헬륨-네온 레이저와 붉은 광선을 생산 하 고 있습니다. 주파수/색상 설정을 조정. 센서 설정. 
	주의: 632에서 낮은 에너지 빔 사용 nm, C. 선 충으로 방지 고주파 (파란) 빛 12.</li>
	<li>는 베트에 벌레를 찾습니다. 선 충 류는 베트의 부분 중앙에 약까지 베트 기울기 부드럽게 그것의 등이 양쪽에 베트를 들고. 
	참고: 동요 하거나 심하게는 베트를 기울이기는 베트의 벽과 충돌 웜을 발생 합니다. 이 선 충 류를 손상 수 있습니다.
	<li>장소 광학 시스템에 대기에 베트 레이저 내 벌레를 중심으로 <ol>&#39; s 빔 미러 2 미러 1에서 반영. 길 잃은 빛을 제거 하십시오.</li>
	</ol></li> <li>레이저 빔에 벌레 센터.
	<ol><li>광다이오드의 위치와 회절 패턴의 중앙 최대 일치 하지 않는 회절 패턴에는 포토 다이오드를 배치.</li>
		<li>는 광다이오드의 포화를 방지 하기 위해 중립 밀도 필터를 조정 합니다. 중립 밀도 필터 휠을 돌려 빛의 강도 조절.
		<li>중립 밀도 필터는 포토 다이오드에서 출력 전압을 증가 하는 회전 <ol>. 
			참고: 전압 출력 디지털 포토 다이오드를 위한 소프트웨어를 사용 하 여 관찰 됩니다. 포토 다이오드의 전압 변경 되지 않는 경우 포화입니다. 이 경우, 돌려 중립 밀도 필터는 전압 감소 최소 읽기에 병합 하지 않고. 전압 신호는 광다이오드의 채도 나타내는 피크 리딩에서 평평 하지 않습니다 확인 합니다. 채도 관찰 되는 경우 중립 밀도 필터 바퀴를 회전 하 여 빛의 강도 감소.</li>
		</ol></li> <li>이동 회절 패턴 벌레를 모니터링 하는 동안 오실로스코프를 제어 하는 소프트웨어에 있는 시작 버튼을 클릭 하 여 표시, 수집 데이터는 포토 다이오드를 일단 &#39; s 운동. 벌레 레이저 빔와 diffrac는 이동 될 때까지 측정을 계속합니다기 패턴 사라집니다, 일반적으로 약 20 소요 s.
		오실로스코프에 대 한 소프트웨어에 있는 중지 버튼을 클릭 하 여 <ol><li>중지 데이터 수집 프로세스. 각 시도 저장 &#39; s 데이터.csv 또는.txt 형식.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>각 표현 형에 대 한 데이터 세트를 적어도 50가 수집 될 때까지 단계 5.2 5.3를 반복. 재판 당 8 ~ 10 동물을 사용 하 여.</li>
	<li>는 베트 경우 그것은, 벌레 및 반복 단계 4의 dispose 긁힌. 경우 웜 전송에서 해 이다, 그것의 처분 하 고 동일한 cuvette을 사용 하 여 4 단계를 반복 하기 전에 증류수와 cuvette 린스.</li>
	<li>반복 단계 5는 OH7547를 사용 하 여 &#34; 롤러 &#34; 데이터를 웜 변형 표시를 주의 하는 스트레인.</li>
</ol> 6. 푸리에 스펙트럼 데이터 <ol><li>이산 푸리에 변환 3을 수행할 수 있는 데이터 분석 프로그램으로 수집한 데이터 가져오기.</li>
	<li>수행 푸리에 변환 소프트웨어의 고속 푸리에 변환 (FFT) 옵션을 사용 하 여 각 데이터 집합에.</li>
	<li>N2 야생 타입에 대 한 각 진폭 벌레에 대 한 FFT 결과에서 주파수를 평균.</li>
	<li>반복 단계 6.3는 OH7547에서 Fft를 사용 하 여 &#34; 롤러 &#34; 웜.</li>
</ol> 7. 푸리에 스펙트럼의 모델링 <ol><li>프로그램은 선 충 류의 이진 모델 운동 (보충 자료에 포함 된 프로그램을 참조). 
	참고:이 모델에서 처음 웜 모션의 두드러진 특성을 표시 하는 거친 근사치입니다. 결과 실제 웜 비교 모델 세련 된 될 수 있습니다. 웜 도형은 근사 현미경 이미지 13를 사용 하 여입니다.
	<li>만들기 순차적 프레임 두 개 이상 벌레 사이클 ( 그림 2a)을 통해 이동 하는 이진 모델의 <ol>. 보충 자료;에서 동영상 보기 C 웜 비디오 (CWorm.avi) 및 W 웜 비디오 (WWorm.avi).</li>
	</ol></li> <li>순차적 회절 패턴을 생산. 보충 자료에 동영상을 참조 하십시오. C 웜 회절 비디오 (CWormDiff.avi)와 W 웜 (WWormDiff.avi) 있습니다.
	벌레 이미지의 <ol><li>푸리에 변환 각 이진 프레임. 큰 패딩 웜 주위 프레임의 더 나은 회절 이미지의 해상도 됩니다. 
		참고: 각 푸리에 변환된 프레임의 절대값은 해당 회절 패턴 ( 그림 2b)에 비례.</li>
		<li>눈금에 회절 패턴의 농도 매핑하여 회절 패턴의 명암을 조정. 
		참고: 카메라와 눈 비 선형 가늠 자에 작동 하는 경향이. 로그 눈금은 어떻게 회절 패턴은 일반적으로 인간의 눈으로 인식 시뮬레이션할 수 있습니다.</li>
	</ol></li> <li>모델된 회절 신호를 추출.
	<ol><li>회절 패턴에 광다이오드의 위치에 해당 하는 중앙 위치를 선택.</li>
		<li>는 광다이오드의 크기 시뮬레이션 광다이오드의 위치를 둘러싼 인접 행렬 요소를 추가 합니다. 광다이오드의 크기는 일반적으로 모델링 된 회절 패턴의 0.1%.</li>
		<li>기록과 음모는 회절의 크기의 순서 신호. 신호는 합리적인 물리적으로 확인 (즉, 정기적인 탈 곡의 경우는 포토 다이오드에서 신호 해야 정기 뿐만).</li>
	</ol></li> <li>푸리에 7.3에서 얻은 회절 신호 변환 및 실험 데이터와 결과 비교.</li>
	<li>다양 한 웜 변종에 대 한 반복 및 비교.</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>

저자는 공개 없다.

비활성 데이터의 뻗 기를 포함 하 여 인공 낮은 주파수 결과 평균 것입니다 이후 결과 왜곡 됩니다. 광다이오드를 흠뻑 젖 게 하는 것은 편평한 봉우리 또는 원시 데이터에서 "차단" 봉우리 인식할 수 있습니다. 피크 농도 의해 각 원시 데이터 세트를 나누어 회계 변동 레이저 강도에 대 한 도움이 됩니다.
피크 주파수는 전체의 지표로 thrashing 주파수; 그러나, 복잡 한 모션 비트 주파수 간섭 회절 패턴에서 원인과 신중 하 게 검사 해야 합니다.
이 메서드는 다른 선 충의 운동을 조사를 사용할 수 있습니다. 환경 다른 매체를 변경할 수 있습니다. 파장은 또한 변경할 수 있습니다. 전자기 스펙트럼의 보이는 범위에서 일 하는 것은 쉽고 안전한입니다.
더 세련 된 모델 회절 스펙트럼을 미래에 더 현실적으로 시뮬레이션할 것 이다. 미래 모델 방향, 주파수 위치 하지만 상대 피크 높이는 영향을 미치지 것을 바꿀 수 있는 벌레를 포함할 수 있습니다. 보다 현실적인 모델 실험 데이터에서 봉우리를 넓힐 것이 탈 곡 주파수의 확률 분포에 대 한 수 있습니다. 주파수에서 확산 탈 곡 주파수 변화에 대 한 계정을 것입니다.
현재 웜 형태는 원유, 특히 머리와 꼬리, 지역에서 현재 모델에서 보다 더 테이퍼 되어야. 그것은 때문에 그것은 다른 돌연변이에 운동의 복잡성에 대 한 단서를 줄 수 있는 신호의 시계열의 상세한 분석을 실시 재미 있을 수 있습니다.
그것은 동시에 여러 선 충을 특성화로이 기술을 확대의 실용성을 고려 가치가 있다입니다. 이 방법은 전통적인 현미경을 사용 하 여 기존 방법에 보완적인 방법으로 이해 되어야 한다. 이 메서드는 벌레 초점 평면에서 이동 수 있습니다 데이터 수집 동안 현미경을 요구 하지 않기에 이점이 있다. 평균된 주파수 스펙트럼 웜 모션에서 명확한 차이 보여 고 널리 주파수 봉우리에 의해 양이 정해질 수는 웜 운동 측정에서 소설 방법입니다. 회절 서명의 데이터 분석 추가 개발 되며 잘하면 여러 돌연변이 개인의 자동된 식별 과정으로 이어질 것입니다.

이 메서드는 선 충 C. 두 종자를 사용 하 여 매우 다른 locomotory 패턴의 운동의 실험과 모델 주파수 스펙트럼을 비교 합니다. 결과는 주파수 스펙트럼 분명 현미경 이미지 분석에 대 한 필요 하지 않습니다 있도록 물 열에는 선 충 류 수영으로 시간 변화에 따라 보여 줍니다. 이 방법은 양적 실시간 분석 가능 하며 전통적인 현미경으로 얻은 이미지/동영상 무료 정보를 제공 합니다. 프라운호퍼 회절, 멀리 분야 회절 라고도 라이브 회절 데이터1,2를 얻기 위한 기초를 제공 합니다. 회절 패턴에서 모든 단일 지점에서 빛의 강도도 랑에 선 충3의 개요 모든 지점에서 빛의 결과 이다. 결과적으로, 시간 동안 수집 된 빛의 강도 선 충 류의는 운동에 대 한 정보를 포함 합니다. 시간에 따른 회절 신호 분석 전통적인 비디오 분석을 보완 하는 운동에 관련 된 모든 주파수를 분석 하는 이후 해당 돌연변이의 특성 모션을 식별할 수 있습니다. 이 경우에, "롤러"의 운동 및 야생 형식 C. 선 충 의 특성 차이 선 충 류의 두 개의 다른 긴장의 주파수 스펙트럼을 비교 하 여 확인 됩니다.
일부 이전 특성 주파수 분석 주파수2,4수영 같은 회절 신호를 사용 하 여 확인 되었습니다. 더 중요 한 것은,이 방법으로 데이터 수집 되는 컴퓨터 화면에 실시간으로에서 운동 관찰 하 전통적인 현미경 검사 법을 보완 한 방법으로 사용할 수 있습니다. 명백한 locomotory 본을 가진 벌레의 주파수 스펙트럼은 푸리에 변환 회절 신호는 신호를 고려 하 여 측정할 수 수 있습니다.
이 작품에서 푸리에 기반 회절의 여러 자연 생물학과 물리학의 분야를 포함 한다. 샘플링에 의해 회절 오래 생물학5 와 다른 분야에 크리스탈 구조를 조사 하기 위해 사용 되었습니다. 그러나이 실험에서,6,7 오버 샘플링 멀리 분야 회절 패턴을 있도록 만듭니다 유기 체는 레이저 빔에 중심 이다. 오버 샘플링 렌즈-덜 이미징8 단계 검색 알고리즘 원래 개체의 이미지를 재구성 하는와 함께에서 일반적으로 사용 됩니다. 단계 검색 때 scatterers의 경우는 선 충 류와 함께 달성 하기 어렵습니다. 일시적인 회절 서명 웜 모션의 핵심 주파수를 평가 하기 위해 충분 하다. 이 방법은 계산 부담 덜 며 운동을 계량 하는 광학 방법 제공 합니다. 이 기술은 쉽게 동작을 변경 하는 환경 조건이 나 돌연변이의 분석에 대 한 적응 수 있습니다.

<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

이 원고 시간적 멀리 분야 회절 서명을 사용 하 여 선 충을 분류 하는 방법을 설명 합니다. 단일 선 충 C. 광학 멧 내부 물 열에서 일시 중단 됩니다. 632 nm 연속파 HeNe 레이저는 전면 표면 거울을 사용 하 여 베트를 통해 이동 합니다. 20-30 cm 이상 빛은 베트 통과 후 여행 상당한 거리 유용한 멀리 필드 (프라운호퍼) 회절 패턴을 보장 합니다. 레이저 빔을 내는 선 충 류로 실시간으로에서 회절 패턴 변화 아무것도. 광다이오드는 회절 패턴에 오프 센터를 배치 됩니다. 전압 신호는 포토 다이오드를 실시간으로 관찰 하 고 디지털 오실로스코프를 사용 하 여 기록. 이 프로세스는 139 야생 유형 및 108 "롤러" C. 선 충에 대 한 반복 됩니다. 야생 타입 웜 솔루션에서 급속 한 진동 패턴을 전시 한다. "롤러" 벌레 표 피 부드러운 운동 방해의 핵심 구성 요소에는 돌연변이 있다. 채도 비활성의 무료 하지 않은 시간 간격 삭제 됩니다. 그것은 그것의 최대 상대 농도 비교 하 여 각 평균 분할 하입니다. 각 벌레에 대 한 신호는 푸리에 변환 각 벌레에 대 한 주파수 패턴 나온다. 벌레의 각 유형에 대 한 신호 평균 이다. 야생 유형 및 "롤러" C. 선 충 에 대 한 평균된 푸리에 스펙트럼 분명히 다른 고 공개 두 다른 웜 변종의 동적 벌레 모양 푸리에 분석을 사용 하 여 구분할 수 있습니다. 각 웜 스트레인의 푸리에 스펙트럼 locomotory 순간에 해당 하는 두 개의 다른 이진 웜 도형을 사용 하 여 대략적인 모델 일치. 실제 모델된 벌레에 대 한 평균된 주파수 분배의 봉투 모델에는 데이터와 일치 하는지를 확인 합니다. 이 방법은 모든 미생물의 독특한 푸리에 스펙트럼 있을 것입니다 많은 미세한 종에 대 한 푸리에 분석을 위한 기준으로 사용할 수 있습니다.

그림 1 에 표시 된 광학 실험 설정 초점 평면에 연결 되 고 없이 미생물의 연구에 대 한 수 있습니다. 포토 다이오드에서 탈 곡 신호 데이터 수집 컴퓨터 화면에 실시간으로에서 관찰할 수 있습니다. 특이 한 패턴 표시 됩니다 즉시 자세히 비디오 분석 하지 않고.
예제 모델된 순차적 웜 움직임과 해당 회절 패턴은 그림 2에 나와 있습니다. 모델링 된 회절 패턴을 질적 실험 패턴1 을 닮은 고 시뮬레이션 성공적으로 선 충 류 모델 초기 표시.
C. 선 충 여기 공부 두 가지 유형의 샘플 시간적 회절 서명 그림 3에 표시 됩니다. 그것은 각 선 충 류 다른 속도 진폭에 몸부림 품질로 볼 수 있습니다. 차이의 일부 이전 게시1에서 완료 했다 피팅 곡선을 통해 측정할 수 있습니다. 그러나 이산 푸리에 변환,, 포함 된 주파수에 관한 자세한 내용은 밝히지:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq1.jpg">(1)
변수 n 과 개별 주파수 가변 k. N의 총 수는 Fk 는 디지털 푸리에 변환 (FT) 및 fn 은 이산 시간 시간에 따라 원시 회절 신호 데이터 요소입니다. 평균 디지털 푸리에 변환의 회절 주파수 스펙트럼 (그림 4)의 진폭에 의해 식별 선 충 류 있습니다. 야생 타입 스펙트럼 롤러 모션 스펙트럼 보다 더 낮은 주파수에 의해 지배 된다.
롤러 선 충 C. 노트 대 야생 타입에 근접 하는 모델 야생 타입 롤러 진동 C 모양 ( 대략 유사한 한쪽을 선호 하는 경향이 있다 하는 동안 wavelike (W 또는 S 모양) 모션 (그림 2a)의 때리는 경향이 그림 5). 이 다른 스펙트럼에 대 한 몇 가지 설명을 제공합니다. 주로 롤러는 W 발진 C 움직임 반대 2로 생각 될 수 있다 하는 동안 1 개의 측에 C를 형성 합니다. 이러한 이유로 W 움직임은 더 복잡 한 C 모션 보다 더 많은 보조 낮은 주파수를 공개. 이 결과 전산 모델에서 확인 된다. W 모양을 C 모양 (그림 6) 보다 훨씬 높은 주파수 밀도 있다. 이것은 그림 4 동안 완전히 개별 롤러 주파수 더 클러스터 되어 있는 FFT에서 확인 된다. 롤러의 통계는 비뚤어진 롤러 야생 타입 운동으로 일시적으로 되돌릴 수 있기 때문 이다.
롤러 타입의 부드러운된 파워 스펙트럼 C. 선 충 은 광범위 한 피크 ~1.5 Hz, 수영 야생 타입 C. 선 충 복합 스펙트럼 (~1.0 Hz와 1.75 Hz에서 포함 한 봉우리)를 전시 하는 동안입니다. 포토 다이오드 (PD)는 유한 크기 여러 행렬 요소를 확산. 개별 매트릭스 요소 또는 회절 패턴에 포인트 다 강도 마다 다르므로 건설적인 그리고 파괴적인 방해; 그럼에도 불구 하 고, 주파수는 고 농도 다 같습니다 모든 매트릭스 요소, 그림 7에서 볼 수 있듯이. 시간 미분 식 1을 고려 하면 주파수 변동 위상 매트릭스에 하지만 원래 개체의 변동에만 의존 하지 않는 볼 수 있습니다.
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq2.jpg">(2)
PD는 여러 매트릭스 요소 확산, 피크 위치 일관 된 주파수 프로필에 평균. 일부 유사 예상 될 수 있다 고 벌레의 방향에 대 한 단서를 줄 수 있다. 주파수 분배 웜 변화의 걸음 걸이로 변경 됩니다. 현재 모델만 피크 위치 보다는 상대적인 피크 높이의 평가 대 한 허용 하는 간단한 모델이 이다. 다른 locomotory 패턴 다른 피크 위치에 평균 것입니다.

<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig1.jpg"> 
그림 1입니다. 실험적인 체제. 중립 밀도 필터를 통해 저전력 레이저 빔 여행은 미러 M1 M2, 미러와 포토 다이오드 쪽으로 여행에 벌레를 포함 하는 멧을 통해 아래로 반영 됩니다. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig2.jpg"> 
그림 2입니다. 순차적 웜 형태와 해당 회절 패턴. (한) 일부 모델된 W 모양 선 충 및 (b) 해당 순차적 회절 패턴의 순차적 바이너리 이미지를 선택 합니다. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig3.jpg"> 
그림 3입니다. 실험 샘플 회절 서명. (한) OH7547 "롤러" (b) N2 야생 타입 선 충 C. 회절 패턴. 에 하나의 포토 다이오드를 사용 하 여 회절 서명 수집 <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig4.jpg"> 
그림 4입니다. 실험 평균 롤러 및 야생 유형 프라운호퍼 회절 시리즈의 파워 스펙트럼. 스펙트럼 주파수 시계열의 평균된 푸리에 변환에서 현재 녹화 광다이오드와 함께. 가우스 필터 표준 편차의 3 표준 편차에서 잘린 0.075 Hz 부드럽게 사용 됩니다. Note (~1.0 및 1에서 봉우리를 포함 한 복합 마무리 야생 유형 스펙트럼에 비해 매끄러운된 롤러 스펙트럼에서 ~1.5 Hz에서 광범위 한 스펙트럼 피크.75 Hz)입니다. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig5.jpg"> 
그림 5입니다. 회절 대형 그림. 회절 패턴은 infinitesimally 작은 직선 (왼쪽)으로 각 선 세그먼트의 생각에 의해 모델링 될 수 있습니다. (오른쪽)이이 라인을도 랑 모양 선 충 류는 C에 의해 생성 된 멀리 분야 회절 패턴의 건설을 보여 줍니다. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig6.jpg"> 
그림 6입니다. 롤러 및 야생 유형 프라운호퍼 회절 시리즈의 파워 스펙트럼 시뮬레이션. (a) C 모양 및 (b) W 모양 웜 광다이오드와 200 (세로) 및 175 (수평) 매트릭스 요소에 중심으로. W 모양 더 복잡 한 운동으로 인해 주파수의 더 높은 조밀도 보여준다. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig7.jpg"> 
그림 7입니다. 롤러 및 다른 포토 다이오드 위치에서 야생 유형 프라운호퍼 회절 시리즈의 파워 스펙트럼 시뮬레이션. (한) W 모양 웜 그리고 광다이오드의 다양 한 위치를 시뮬레이션 하는 다양 한 위치에서 단일 매트릭스 요소 (b) C 모양 웜. 다양 한 위치;에 대 한 피크 높이 다 그러나, 피크 위치 특정 도형에 그대로 유지. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

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