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

Juan Vasquez bu proje ile hesaplama yaptığı katkılarından dolayı teşekkür ediyoruz. Vassar Koleji lisans araştırma yaz Enstitüsü (URSI), Lucy Maynard somon Araştırma Fonu ve NSF Ödülü No 1058385 destek için sana şükrediyoruz.

1. C. elegans büyüme ve bakım <ol><li>hazırla nematodunun kültür yemekleri.
	<ol><li>Petri yemekler agar çözümünü ile doldurun ve sonra 9 , 10 OP50 bir E. coli kültürü ile tohum zorlanma kuvvetlendirmek için bırakın.</li>
	</ol></li> <li>Her plaka üzerinde yetişkin nematodlar başlangıç nüfusu birkaç yetişkin solucanlar taze agar dolu Petri yemekler bir E. coli yama ile taşıyarak hazırlamak. Bir kuluçka 20 ° C'de nematodunun kültürleri korumak. 
	Not: Nematodunun suşları Caenorhabditis elegans genom Merkezi'nden temin edilebilir. Bu çalışmada, vahşi türü, N2, zorlanma ve OH7547 (otls199 [kedi-2::GFP + rgel-1 (F25B3.3):: dsRed + bir silindir fenotip sergiler, rol-6(su1006)]) zorlanma kullanılan.</li>
	<li>Gelecek kültürler için Propagate solucanlar.
	C. elegans ve kullanılmayan bir habitat Petri kabına ısı kontrollü kuluçka makinesi üzerinden içeren <ol><li>Kaldır Petri tabağı. Onları diseksiyon mikroskop sahnesinde yerini.</li>
		<li>Bunsen burner ışık ve kırmızı renkte yanıyor kadar metal alevin içine yerleştirerek Platin nematodunun çekme sterilize. Oda sıcaklığında soğumaya çekme sağlar. Çekmeyi bırak veya kirletici maddeler ile temas gel çekme izin değil.</li>
		<li>Çekme bakteri çemberi kenarına ucu hafifçe dokun. Bu madde yapışkan ve bireysel yetişkin nematodlar daha kolay picking yapacak.</li>
		<li>4 gravid nematodlar bir yuvarlak solucanlar büyüme orta (NGM) agar dolu Petri tabağa aktarın ve 20 ° C'de kuluçkaya Solucanlar dört gün içinde olgun yumurta yatıyordu olacaktır.</li>
		<li>Dört yetişkin nematodlar taşıdıktan sonra da kuluçka için kalan nematodlar iade.</li>
	</ol></li></ol> 2. Optik kurulum ( şekil 1) <ol><li>güvenli helyum-neon lazer optik tezgah arka sol köşesine yakın ve bir güç kaynağına bağlayın. 
	Not: Lazer &#39; s eni deπiµtirebilme için gereksinimleri yerine getirmek gerekir. C. elegans yaklaşık 1 mm uzun, kırınım deseni bulmak zor değil bu nedenle lazer ışını bir çapı 2 mm Yuvarlak solucanlar üzerinde olay ama 5 mm daha büyük ise daha büyük olmalıdır.</li>
	<li>Lazer ışını örnek ulaşmadan önce filtre üzerinden geçecek şekilde bir nötr yoğunluk filtresi helyum-neon lazer ve örnek arasında yerleştirin.</li>
	<li>Kullanma açık yüzey alüminyum iki direksiyon aynalar, nötr yoğunluk filtresi sonra ilk ayna güvenlik altına alma bir Periskop kurmak. İkinci ayna yaklaşık 10 cm lazer ışını yönlendirmek ve küvet aynalar arasında eklemek için yer vermek için ilk ayna aşağıda güvenli. Lazer ışını, dikey olarak küvet geçecek şekilde lazer ışını ve küvet hizalayın. 
	Not: Diffracting organizma Uzaklik fotodiyot organizma kendisi uzakta-tarla kırınım elde etmek için çok daha büyük olması gerekir. Bu deneyde, küvet fotodiyot 20 cm mesafedir.</li>
	<li>Güvenli doğrudan ikinci ayna karşısında fotodiyot aynaya bakan onun sensörlü. 
	Not: Yuvarlak solucanlar içeren küvet kimya kelepçeler kullanılarak iki aynalar arasında yer alacak. Bölüm 4 ve 5 bkz.</li>
	<li>Su dolu bir küvet sandalyesine koyun. Stand yüksekliğini ayarlayın. Lazer ışını yakınındaki ama fotodiyot, doğrudan amaçlı küvet ile seyahat yükseklik ve açı ayna 1 ve 2 ayna ayarlayın.</li>
	<li>Standları formu küvet için düzeltilmiş bir yüzey sağlamak için bir seviyede kullanın. Gerekirse daha fazla aynaları ayarlayın.</li>
	<li>Dijital osiloskop ile verilen USB kablosunu kullanarak dijital osiloskop fotodiyot bağlayın. Dijital osiloskop kaydetmek veya verileri kaydetmek için kullanılan bilgisayara bağlayın.</li>
</ol> 3. Osiloskop kurulum <ol><li>en az 8 Hz için yeterince dayak döngüsü solucanın gidermek için ayarla örnek hızı için bilgisayardaki osiloskop yazılım kullanarak. 
	Not: Nyquist teoremi 11 memnun örnek hızı iki kat daha fazla bu türlerin beklenen dayak frekansların olmalıdır.</li>
</ol> 4. Solucan ve küvet veri toplama için hazırlanması <ol><li>bir ince, düzleştirilmiş Platin tel çekme (bakınız Bölüm 1.3) kullanarak bir taze NGM 10 agar dolu Petri tabağı için dört yetişkin nematodlar Transfer.</li>
	<li>Bir tek kullanımlık plastik küvet küvet onun ridged iki tarafta sadece dokunmak dikkatli olmak onun paketi kaldırmak.</li>
	<li>Kullanımı ile dolu küvet yaklaşık % 80'i kadar distile su küvet pipet için bir micropipette distile su. 
	Not: musluk suyu mikroorganizma-öldürme bileşikler içermektedir olarak nematodlar işlerken yalnızca kullanım distile su veya M9 10 veya fosfat tamponlu tuz çözeltisi (PBS) gibi iyonize arabellekleri önemlidir.</li>
	<li>C. elegans diseksiyon kapsamına kullanılmak üzere içeren Petri kabına yerleştirin.</li>
	<li>Platin pick kullanarak, bir olgun C. elegans Petri kabına kaldır ve pick pick çevrelerde Yuvarlak solucanlar çıkarmak gerekirse hareketli küvet daldırın.</li>
	Küvet içinde şekillendirme kabarcıklar önlemek için <li>biraz bu küvet üzerinde çıkıntı kadar su ile küvet doldurmak &#39; s üst. Küvet doldurmak &#39; s kap tamamen suyla sonra hızlı bir şekilde koymak kap küvet.</li>
	<li>Bitti ve optik kağıt herhangi bir küçük kalan damlacıkları temizlemeye temizliği dökülen Su damlacıkları kaldırmak için bir optik temizlik bezi kullanın.</li>
</ol> 5. Gerçek zamanlı veri-edinimi kırınım deseni yoğunluk değişiklikleri <ol><li>açmak helyum-neon lazer ve kırmızı bir ışın ürettiği frekans/renk ayarını ayarlayın. Sensör üzerinde açın. 
	Uyarı: Düşük enerjili ışın 632 kullanın nm, C. elegans kaçının yüksek frekanslı (mavi) ışık 12.</li>
	<li>Solucan küvet içinde bulun. Küvet ridged yanları üzerinde tutarak hafifçe eğimli küvet kadar Yuvarlak solucanlar küvet kısmını Merkezi'nde yaklaşık. 
	Not: Sallayarak veya küvet şiddetle devirme küvet duvarlar ile çarpıştığında solucan neden olur. Bu Yuvarlak solucanlar zarar verebilir.
	<ol><li>Lazer içinde solucan merkezleme yer küvet stand optik sistemi üzerine &#39; s eni yansıyan küçük 1 ayna 2'ye. Kaçak ışık ortadan kaldırmak emin olun.</li>
	</ol></li> <li>Lazer ışını solucan Merkezi.
	<ol><li>Fotodiyot konumunu ve merkezi en fazla kırınım deseninin denk değil fotodiyot kırınım deseni yerleştirin.</li>
		<li>Fotodiyot doygunluk önlemek için nötr yoğunluk filtresi ayarlayın. Nötr yoğunluk filtresi direksiyonu döndürme ışık yoğunluğunu düzenlemektedir.
		<ol><li>Nötr yoğunluk filtre fotodiyot çıkış voltajı artar döndür. 
			Not: Yazılım için dijital fotodiyot kullanma voltaj çıkışı görülmektedir. Eğer gerilim değişmez fotodiyot doymuş yağlardır. Bu durumda, en az bir okuma düzleştirme olmadan gerilim azaltır kadar nötr yoğunluk filtresi döndürün. Gerilim sinyali fotodiyot doygunluk gösteren en yüksek değerlere, dümdüz değil emin olun. Doygunluk gözlem yapılırsa nötr yoğunluk filtresi tekerlek döndürerek ışık yoğunluğunu azaltmak.</li>
		</ol></li> <li>Hareketli kırınım deseni fotodiyot görünür, ödemeli verilerle osiloskop solucan süre izleme kontrol yazılımı Başlat düğmesini bir kez &#39; s hareketi. Lazer ışını ve diffrac dışarı belgili tanımlık kurt taşır kadar ölçümler alarak devam ediyorTion desen kaybolur, hangi genellikle yaklaşık 20 sürer s.
		<ol><li>Veri toplamayı durdurmak osiloskop yazılımı stop butonuna tıklayarak işlemi. Her deneme kaydetmek &#39; s veri .csv veya .txt biçiminde.</li>
		</ol></li></ol></li> <li>En az 50 veri kümeleri için her fenotip toplayana kadar 5.2-5,3 adımları yineleyin. 8-10 hayvan başına deneme kullanın.</li>
	Küvet ise <li>Bu ve solucan ve adımı yineleyin 4 atmayın kaşıdı. Solucan aktarımda zarar gelirse, bertaraf ve önce 4 aynı küvet kullanarak yinelenen adım küvet distile su ile durulayın.</li>
	<li>Tekrarlama adım 5 OH7547 kullanarak &#34; silindir &#34; zorlanma, solucan zorlanma belirtmek için veri etiketi için dikkatli olmak.</li>
</ol> 6. Fourier spektrum veri <ol><li>bir veri analiz programı ayrık Fourier dönüşümleri 3 sahip alınan verileri alın.</li>
	<li>Gerçekleştirmek Fourier dönüşümleri veri yazılım Hızlı Fourier dönüşümü (FFT) seçeneğini kullanarak her sette.</li>
	<li>Her genlik N2 vahşi türü için solucanlar için frekansları FFT sonuçlarından ortalama.</li>
	<li>Tekrarlama adım 6.3 OH7547 üzerinden FFTs kullanarak &#34; silindir &#34; solucanlar.</li>
</ol> 7. Fourier spektrumu modelleme <ol><li>Program Yuvarlak solucanlar ikili bir model hareket (bkz. ek malzemeler programı). 
	Not: Bu model ilk solucan hareket belirgin özelliklerini görüntüler hangi kaba bir yaklaşım değildir. Sonuçları gerçek Kurtlarla karşılaştırılır model rafine olabilir. Solucan, mikroskop görüntüleri 13 kullanarak yaklaşımları şekillerdir.
	<ol><li>İkili modelinin en az iki kurt arasında geçiş yapar ( şekil 2a) taşıma oluştur ardışık çerçeveler. Ek malzemeler videoları görmek; C solucan video (CWorm.avi) ve W solucan video (WWorm.avi).</li>
	</ol></li> <li>Üretmek sıralı kırınım desenleri. Ek malzeme videolarını gör. C solucan kırınım video (CWormDiff.avi) ve W solucan video (WWormDiff.avi).
	<ol><li>Fourier dönüşümü her ikili çerçeve solucan görüntünün. Büyük doldurma solucan çevresinde çerçevesinde daha iyi kırınım görüntünün çözünürlüğünü olacak. 
		Not: Her Fourier dönüştürülmüş çerçeve mutlak değeri karşılık gelen kırınım deseni ( şekil 2b) ile doğru orantılıdır.</li>
		<li>Tune kırınım deseninin kontrast için Logaritmik ölçek kırınım deseninin yoğunluklarda eşleyerek. 
		Not: Fotoğraf makineleri ve gözleri doğrusal bir ölçek üzerinde çalışması eğilimindedir. Logaritmik ölçek nasıl bir kırınım deseni genellikle insan gözü tarafından algılanan benzetilebilir.</li>
	</ol></li> <li>Modellenmiş kırınım sinyal ayıklayın.
	<ol><li>Kırınım deseni fotodiyot konumuna karşılık gelen bir kapalı Merkezi konumu seçin.</li>
		<li>Fotodiyot boyutunu benzetimini yapmak için fotodiyot konumunu çevreleyen komşu matris öğelerini ekleyin. Fotodiyot genellikle %0,1 modellenmiş kırınım deseninin boyutudur.</li>
		<li>Kayıt ve arsa kırınım büyüklüğü dizisi sinyalleri. Sinyal fiziksel olarak makul olup olmadığını kontrol edin (Yani, periyodik dayak, söz konusu olduğunda fotodiyot sinyalini olmalıdır periyodik de).</li>
	</ol></li> <li>Fourier 7.3 içinde elde kırınım sinyal dönüşümü ve deneysel veriler ile karşılaştırılması.</li>
	<li>Çeşitli solucan suşlar için yineleyin ve karşılaştırmak.</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>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Beri yapay düşük frekanslar sonuçlara ortalama veri menziller hareketsizlik ile dahil sonuçları çarpık. Fotodiyot doyurarak düz tepeler veya "kes" tepeler ham veri olarak kabul edilebilir. Her ham veri kümesi tarafından en yüksek yoğunluklarda bölen lazer şiddeti dalgalanmalar için muhasebe ile yardımcı olacaktır.
En yüksek frekansları genel bir göstergesidir dayak frekansı; Ancak, karmaşık hareket girişim beat frekanslarda kırınım deseni neden olur ve dikkatli bir şekilde incelenmesi gerekir.
Bu yöntem diğer nematodlar gezisidir araştırmak için kullanılabilir. Çevre başka bir orta olarak değiştirilebilir. Dalga boyu de değiştirilebilir. Elektromanyetik spektrum görünür aralığında çalışma en kolay ve en güvenli olduğunu.
Daha rafine bir model kırınım spectra gelecekte daha gerçekçi benzetimini yapmak. Gelecekteki manken frekans yerlerde ama göreli tepe yükseklikleri etkilemeyeceği yönlendirmeleri değiştirebilirsiniz bir solucan içerebilir. Daha gerçekçi bir model doruklarına deneysel veriler gibi genişletmek dayak Frekanslar, olasılıkçı dağıtımı için izin verecek. Formaya frekanslarda dayak frekanslarda çeşitleri için hesap olacaktır.
Geçerli solucan geçerli modelde daha konik olması gereken özellikle kafa ve kuyruk bölgesinde, ham, şekildir. Bu farklı mutantlar gezisidir karmaşıklığı hakkında ipuçları verebilir beri sinyal zaman dizi ayrıntılı bir analizini yapmak ilginç olabilir.
Sanki aynı anda birden fazla nematodlar karakterize içine bu teknik genişletme pratiklik dikkate değer. Bu yöntem mevcut yöntemler geleneksel mikroskoplar kullanarak için tamamlayıcı bir yöntem olarak anlaşılmalıdır. Bu yöntem solucan odak düzlem dışında hareket edebilir böylece mikroskop veri toplama sırasında gerektirmeyen bir avantajı vardır. Solucan hareket miktarının içinde bir roman yöntemi olan ortalama frekans spectra solucan hareket net farklılıklar gösterir ve yaygın frekans doruklarına tarafından sayılabilir. Veri analizi kırınım imzaları daha fazla geliştirme ve umut verici bir biçimde birden fazla mutantlar ve bireyler için bir Otomatik tanımlama süreci yol açacaktır.

Bu yöntem iki suşları ile çok farklı locomotory desen kullanarak C. elegans gezisidir deneysel ve modellenmiş frekans spectra karşılaştırır. Sonuçlar net mikroskobik görüntüleri analiz için gerekli değildir böylece su sütununda Yuvarlak solucanlar yüzer gibi frekans spektrumu geçici değişiklikler üzerinde bağlıdır gösterir. Bu yöntem için nicel gerçek zamanlı analiz sağlar ve fotoğraf/videoları ile geleneksel mikroskoplar elde tamamlayıcı bilgiler sağlar. Fraunhofer bükülmesi, uzakta-tarla kırınım, olarak da adlandırılan canlı kırınım veri1,2almak için temel sağlar. Kırınım deseni herhangi bir tek noktada ışık şiddeti nematodunun3ana hatları her noktasına gelen ışık superimposing sonucudur. Sonuç olarak, zaman içinde toplanan ışık şiddeti Yuvarlak solucanlar hareket hakkında bilgi taşır. Hareket içinde yer alan tüm frekanslarda analiz geleneksel video analiz tamamlar bu yana saat-bağımlı kırınım sinyal analiz karşılık gelen mutant karakteristik hareket tanımlayabilirsiniz. Bu durumda, "roller" hareket ve vahşi türü C. elegans karakteristik farklılıkları Yuvarlak solucanlar iki farklı soyu frekans spectra karşılaştırarak onaylanır.
Önceki bazı özellikleri frekans analizi kırınım sinyallerin frekansları2,4yüzme gibi kullanarak teyit edilmiştir. Daha da önemlisi, bu yöntem geleneksel mikroskopi için tamamlayıcı bir yöntem olarak hareket bir bilgisayar ekranında gerçek zamanlı verilerin toplanmakta olan olarak gözlemlemek için kullanılabilir. Frekans spektrumu Worms ayrı locomotory desenleri ile sinyal kırınım sinyal Fourier dönüşüm göz önünde bulundurarak sayılabilir.
Fourier tabanlı kırınım bu çalışmada multidisipliner doğa Biyoloji ve fizik alanlarında içerir. Örnekleme altında tarafından kırınım uzun kristal yapıları Biyoloji5 ve diğer alanları araştırmak için kullanılmıştır. Organizma lazer ışını ortalanacak şekilde bu deneyde, ancak,6,7 oversampling uzakta-tarla kırınım deseni oluşturur. Deπiµtirebilme genellikle objektif-az görüntüleme8 orijinal nesnenin görüntüsünü yeniden yapılandırır bir faz alma algoritması ile birlikte kullanılır. Faz alma bir yuvarlak solucanlar modelinde olduğu gibi scatterers bulunduğunda elde etmek zordur. Zamansal kırınım imza solucan hareket anahtar frekansları değerlendirmek için yeterli olacaktır. Bu yöntem daha az hesaplama açısından vergi ve hareket ölçmek için optik bir yol sağlar. Bu teknik kolayca mutasyonlar veya davranış değiştirme çevre koşulları analiz için adapte olabilir.

<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

Bu el yazması nematodlar zamansal uzakta-tarla kırınım imza kullanma sınıflandırmak açıklar. Tek C. elegans su sütunu bir optik küvet içinde bekletilir. 632 nm sürekli dalga Helene lazer açık yüzey aynalar kullanarak küvet yönlendirilir. Önemli bir mesafe en az 20-30 cm küvet ışık geçtikten sonra seyahat bir yararlı uzakta-tarla (Fraunhofer) kırınım deseni sağlar. Kırınım deseni değişiklikleri gerçek zamanlı olarak Yuvarlak solucanlar lazer ışını içinde yüzüyor. Fotodiyot Merkezi kapalı kırınım deseni içinde yer alıyor. Fotodiyot voltaj sinyalini gerçek zamanlı olarak görülmektedir ve dijital osiloskop kullanarak kaydedilen. Bu işlem 139 vahşi türü ve 108 "roller" C. elegansiçin yinelenir. Vahşi türü solucanlar çözüm hızlı salınım desende sergi. "Roller" solucanlar ile düzgün hareket engelleyen kütikül önemli bir bileşeni bir mutasyon var. Doygunluk ve hareketsizlik ücretsiz değildir zaman aralıkları atılır. Her ortalama göreli yoğunluklarda karşılaştırmak için maksimum tarafından bölmek pratiktir. Her solucan için dönüştürülmüş Fourier frekans desen her solucan için ortaya çıkıyor böylece sinyaldir. Sinyal solucan her türü için ortalama. Vahşi türü ve "roller" C. elegans için ortalama Fourier spectra belirgin farklı ve dinamik solucan şekillerin iki farklı solucan suşlarının Fourier analizi ile seçkin ortaya koyuyor. Fourier spectra her solucan baskı locomotory anları için karşılık gelen iki farklı ikili solucan şekilleri kullanarak yaklaşık bir modeli aynı. Ortalama frekans dağılımı gerçek ve modellenmiş solucanlar için zarf modeli eşleşen verileri doğruluyor. Her mikroorganizma kendi benzersiz Fourier spektrum olacak gibi bu yöntem birçok mikroskobik türler için Fourier analizi için bir temel olarak hizmet verebilir.

Şekil 1 ' de gösterilen optik deneysel Kur ezelî varlık bağlı bir odak düzlemi mikroorganizmaların incelenmesi için sağlar. Verileri toplanır gibi fotodiyot dayak sinyalini bilgisayar ekranında gerçek zamanlı olarak görülebilir. Sıradışı desen hemen bir video ayrıntılı çözümlemek zorunda kalmadan görünür.
Örnekler modellenmiş sıralı solucan hareket ve karşılık gelen kırınım desenleri Şekil 2' de gösterilmiştir. Modellenmiş kırınım desen niteliksel deneysel desenler1 benzer ve simülasyonlar başarıyla Yuvarlak solucanlar model ilk bir gösterge vardır.
Örnek zamansal kırınım imza burada okudu C. elegans iki tür şekil 3' te gösterilmiştir. Niteliksel her yuvarlak solucanlar farklı fiyatlar ve genlikleri de Fires görülebilir. Bazı farklılıklar bir önceki yayın1' olduğu gibi uygun eğrisi aracılığıyla sayısal. Ayrık Fourier dönüşümü, ancak, katıştırılmış frekansları ile ilgili daha fazla bilgi ortaya koymaktadır:
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq1.jpg">, (1)
Burada Fk dijital Fourier dönüşümü (FT), fn zamana bağımlı ham kırınım sinyal ayrık zamanla değişken n ayrı frekans değişken k. N ise toplam sayısı veri noktaları. Onun kırınım frekans spektrumu (şekil 4) genlik tarafından belirlenecek Yuvarlak solucanlar için ortalama dijital Fourier dönüşümü sağlar. Vahşi tipi spektrum silindiri hareket spektrum daha düşük frekanslar hakimdir.
Silindir C. elegans notlar karşı vahşi türü tahmini olarak gösteren bir model vahşi türü silindir kabaca bir salınım C şekil ( benzer bir tarafı lehine eğilimi ise wavelike (W veya S şekli) çekimde (şekil 2a) thrash eğilimi Şekil 5). Bu farklı spectra bir açıklaması bulunmaktadır. W salınım, iki C hareketleri karşıt düşünülebilir ise silindir çoğunlukla C bir yana oluşturacak. Bu nedenle, W hareket daha ortaya daha fazla ikincil düşük frekanslarda C hareket daha karmaşıktır. Bu sonuç hesaplama modelinde doğrulanır. W şekil C şekli (şekil 6) daha bir çok daha yüksek bir frekans yoğunluğu vardır. Bu şekil 4 nerede silindir frekansları daha tamamen ayrı iken kümelenir FFT doğruladı. Silindir vahşi türü hareket için geçici olarak dönebilirsiniz beri silindir istatistikler çarpık.
Yüzme vahşi türü C. elegans multimodal spektrum (dahil doruklarına ~1.0 Hz ve 1,75 Hz) sergiler Ise düzgünleştirilmiş güç spectra silindir türü C. elegans ~1.5 Hz, geniş bir pik gösterir. Fotodiyot (PD) birkaç matris öğe üzerinde yayılan sonlu kaplıyor. Yapıcı ve yıkıcı girişim değişir bu yana bireysel matris öğeleri veya kırınım deseni noktalarında şiddeti değişir; Yine de, hangi farklı yoğunluklarda Frekanslar tüm matris öğeler için aynı Şekil 7' de görüldüğü gibi bulunmaktadır. Zaman türev EQ 1 göz önüne alındığında, bu frekans dalgalanmaları faz matris ama sadece orijinal nesnenin dalgalanmaları güvenmeyin görülebilir:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56154/56154eq2.jpg">, (2).
PD birkaç matris öğe üzerinde yayılır gibi en yüksek yerleri tutarlı frekans profilini bir ortalama. Bazı varyasyon beklenebilir ve solucan yönünü hakkında ipuçları verebilir. Frekans dağılımı solucan değişiklikler yürüyüş değişecektir. Geçerli modeli yalnızca göreli tepe yükseklikleri yerine en yüksek yerleri değerlendirilmesi için sağlar basit bir modeldir. Locomotory desenleri farklı farklı en yüksek konumlara ortalamasını alır.

<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig1.jpg"> 
Şekil 1. Deneysel Kur. Düşük güç lazer ışını seyahatleri nötr yoğunluk filtresi ile yansıtılır ayna M1 tarafından aşağı ayna M2 ve seyahat doğru fotodiyot üzerine solucan içeren küvet ile. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig2.jpg"> 
Şekil 2. Sıralı solucan şekiller ve karşılık gelen kırınım desenler. (bir) bazı modellenmiş W şekil nematodlar ve (b) karşılık gelen Sıralı kırınım desen sıralı ikili görüntüler'i seçin. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig3.jpg"> 
Şekil 3. Deneysel örnek kırınım imza. (Bir) OH7547 "merdane" ve (b) N2 vahşi türü için tek bir fotodiyot kırınım deseni. kullanarak C. elegans kırınım imzalar toplanan <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig4.jpg"> 
Şekil 4. Güç Spectra Roller ve vahşi tip Fraunhofer bükülmesi serisi deneysel ortalama. Frekansları saat serisi ortalama Fourier dönüşümü içinde mevcut spectra gösteri ile fotodiyot kaydetti. Gauss filtre standart sapması 0.075 Hz, 3 standart sapmalar kesilmiş yumuşatma için kullanılır. ~1.5 Hz (tepeler ~1.0 ve 1 de dahil olmak üzere multimodal düzgünleştirilmiş vahşi tipi spektrum ile karşılaştırıldığında düzgünleştirilmiş silindir spektrumda geniş tayf zirvesinde Not.75 Hz). <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig5.jpg"> 
Şekil 5. Kırınım oluşumu illüstrasyon. Kırınım desenleri düşünerek her çizgi parçasının infinitesimally küçük bir düz çizgi (solda) olarak modellenebilir. Bu satırları (sağda) superimposing inşaat uzakta-tarla kırınım desen C Yuvarlak solucanlar şeklinde tarafından oluşturulan gösterir. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig6.jpg"> 
Şekil 6. Roller ve vahşi tip Fraunhofer bükülmesi serisi güç Spectra simüle. (bir) C şekli ve (b) W şekil Kurtlarla fotodiyot matris öğeleri 200 (dikey) ve 175 (yatay) merkezli. W şekil frekansları daha karmaşık hareket nedeniyle yüksek yoğunluklu gösterir. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56154/56154fig7.jpg"> 
Şekil 7. Güç Spectra Roller ve vahşi tip Fraunhofer bükülmesi serisi farklı fotodiyot yerlerde simüle. (bir) W şekil solucan ve (b) C şekil solucan tek matris öğeler çeşitli yerlerinde çeşitli yerleri fotodiyot simüle için. Tepe yükseklikleri için çeşitli yerlerde farklı; Ancak, en yüksek yerlerde belirli şekiller için aynı kalır. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56154/56154fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</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

Bu makale farklı nematodlar uzakta-tarla kırınım imza kullanma ayırmak nasıl açıklar. Biz hareket 139 vahşi türü ve 108 "Roller" C. elegans frekansları sürekli dalga bir lazer kullanarak tek bir yerde geçici Fraunhofer bükülmesi imzayla ilişkili sayı ortalaması alınarak karşılaştırın.

Kırınım Analizi hayatın Caenorhabditis elegans Fourier tabanlı

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

Tek GaN Nanotel Cihazlar İletişim arabirimleri Analizi

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

Tek Dalgaboyu Gölge Görüntüleme<em&gt; Caenorhabditis elegans</em&gt; Locomotion dahil Kuvvetleri Tahminleri

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

Yerinde Nötron Toz Kırınım olarak Ismarlama Lityum-iyon Piller kullanma

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

Sinkrotron merkezli Sert X-ışını Microtomography kullanılması Akü Arıza Analizi

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

Nükleer Reaksiyon Analizi Derinlik Profiling yoluyla Yüzey ve Arayüz Katmanlar ve Dökme Malzeme Hidrojen Konsantrasyonları miktar tayini

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

Çok ölçekli Üç boyutlu Mikroelektronik paketleri Soruşturma Sinkrotron Radyasyon Microtomography kullanma

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

Lazer difraksiyonu kullanılarak tarım memelerden Ölçüm Sprey damlacık boyutu

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

İletim Kikuchi difraksiyonu kullanılarak ultra-ince taneli ve Nanokristal Malzemelerin Karakterizasyonu

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

Femtosecond lazer filamentler alt Diffraction sınırlı görüntüleme ve Uzaktan algılama kullanmak için

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