Name: quantifying microorganisms at low concentrations using digital holographic microscopy (dhm)
Uploaded: 2017-11-01T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy DHM at JoVE.com

저자는 고 든과 베티 무어 재단 보조금 4037 4038 자금이 작품에 대 한 캘리포니아 기술 연구소를 인정 합니다.

1. 성장과 열거형의 박테리아 참고: 이것은 적절 한 매체 36에서 자란 거의 모든 세균성 긴장에 적용 됩니다. 우리의 예제에서 우리는 세 사용: Serratia marcescens 일반적인, 쉽게 식별 연구소 스트레인;로 그리고 작은, 높게 운동 환경 부담, Shewanella oneidensis 미스터-1. 비교의 비 운동 세포, 비 운동 Shewanella 돌연변이, Δ 대 운동 FlgM, 또한 사용 ?...

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홀로그램의 수치 재건: 홀로그램의 숫자 재건, 각도 스펙트럼 방법 (ASM) 사용 됩니다. 이 DHM의 그린의 기능으로 홀로그램의 회선을 포함 한다. 특정 초점면에서 이미지의 복잡 한 wavefront 푸리에 회선 정리를 다음과 같이 채용 하 여 계산할 수 있다:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56343/56343eq2.jpg">(1)
어디 <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56343/...

매우 희석 샘플에 정확한 세균의 결정은 많은 응용 프로그램에서 중요 한: 몇 가지 예는 물과 식품 품질 분석1,,23; 혈액, 중추 신 경계, 또는 래4,5;에 병원 균의 검출 메 마른 물6;를 포함 하 여 제약 제품의 생산 그리고 오픈 바다와 퇴적 물7,,89같은 oligotrophic 환경에서 환경 지역 사회 분석. 또한 목성과 토성, 특히 유로 파10,11 , Enceladus12,13, 의 얼음 위성에 가능한 현존 미생물 생명의 검출에 대 한 관심 증가 14, 표면 액체 바다를 알려져 있습니다. 1978 년에서 바이킹 이후 아무 미션이 다른 행성에 현존 생활을 찾을 하려고, 때문에 기술 및 세균성 식별 및 공간 임무15동안 계산을 위한 계기의 한정 된 개발이 되었습니다.
판 수의 전통적인 방법의 찾을 culturable 셀만, 때로는 환경 긴장에 종의 소수를 표현할 수 있는 &#60; 116. 플레이트 일 또는 외피의 주 변형에 따라 최대 성공을 위해 필요 합니다. Epifluorescence 현미경 검사 법은 신속 하 고 정확한 미생물 열거형에 대 한 황금 표준으로 크게 접시 계산을 대체 했다. 핵 산 라벨 형광 염료 4, 6-diamidino-2-phenylindole dihydrochloride (DAPI), SYBR 녹색 또는 acridine 오렌지 같은 핵 산을 바인딩하는 일반적인 염료 사용17,,1819 하지만 많은 연구를 사용 하 여 그램의 형광 표시기 서명20,,2122,,2324. ML 당 10 ~5 셀의 검출 (Lod)의 한계를 이끌어 전 농도 단계 없이 이러한 방법을 사용 하 여. LoD 향상 된 여과 사용 하 여 가능 하다입니다. 액체 샘플 막, 일반적으로 폴 리 카보 네이트를 이상적으로 줄이기 위해 배경 검정에 진공 필터링입니다. 저 배경 염료와 같은 위에서 언급 한 DNA 얼룩 필터25에 직접 적용할 수 있습니다. 눈으로 정확한 계산에 대 한 10 ~5 셀 필터, mL 당 10 ~5 셀 보다 더 희석 샘플에 대 한 즉 당 필요한, 중요 한 샘플 볼륨을 수집 하 고 필터링 해야 합니다. 레이저 검사 장치 필터의 모든 영역을 체계적으로 탐구 하 고 따라서 mL26당 10 ~2 셀 아래로 탐지의 한계를 밀고, 계산에 필요한 셀의 수를 줄이기 위해 개발 되었습니다. 그러나, 이들은 대부분 실험실에서 사용할 수 있습니다 그리고 정교한 하드웨어 뿐 아니라 소프트웨어 전문가 확인 입자를 관찰 하는 허용 하 고 박테리아와 파편 하지.
참고로, 패 혈 증으로 성인 보통 시작에서 증상을 보여주는 &#60; 셀/100ml의 혈액, 및에서 유아 &#60; 10 셀/mL. 성인에서 혈액 무승부 소요 10 mL, 유아, 1 mL에서. PCR 기반 방법 인간과 비 병원 성 식물 DNA의 존재에 의해 및 혈액27,28구성 요소 PCR 억제 저해 됩니다. 다양 한 새로운 기술에도 불구 하 고 문화 전원 지역 또는 개발 도상 국가에서 특히 혈 류 감염의 진단에 대 한 황금 표준 남아 있습니다. 다른 행성에 생활의 탐지, 열역학 계산 생활을 따라서 예상된 가능한 바이오 매스 에너지 예산을 추정할 수 있다. 1-100 셀/mL 유로 파29에 열역학으로 합리적인 것으로 예상 된다. 그것은 쉽게 이러한 숫자에서 볼는 수성 해결책의 다량에 있는 세포의 아주 작은 숫자의 발견은 중요 한 미해결된 문제를 수 있습니다.
이 논문에서는, 10의 농도에서 Serratia marcescens 및 Shewanella oneidensis (야생 형 및 비 운동 돌연변이)의 탐지 설명5, 104, 103및 꺼짐-축을 사용 하 여 100 셀/mL 디지털 홀로그램 현미경 (DHM) DHM의 주요 장점은 전통적인 가벼운 현미경 검사 법은 높은 해상도에서 두꺼운 샘플 볼륨의 동시 영상-이 구현에서 샘플 챔버는 0.8 m m 두께. 이러한 샘플 챔버는 소프트-리소 그래피입니다 (PDMS) 정밀 가공 알루미늄 몰드에서의 허용 오차는 ± 50 µ m에 의해 건설 되었다. 이 고 전력 가벼운 현미경 검사 법을 통해 필드의 깊이에 약 100 개선을 나타냅니다. 또한 DHM 광학 경로 길이 (굴절률과 두께의 제품)의 측정에 대 한 허용 하 양적 위상 정보를 제공 합니다. DHM와 유사한 기술을 사용 되었습니다 모니터링 박테리아와 효 모 세포 주기 및 세균 건조 질량30,,3132;의 계산 산란 차이점도 세균성 긴장33을 차별화 하는 데 사용할 수 있습니다.
우리가 사용 하는 악기 이전 게시34,35, 미생물와 함께 사용 사용자 이며 그것의 디자인 및 건축 시연 및 설명. 수성 솔루션 통해 주사기 펌프; 0.25 µ L 볼륨 샘플 챔버에 지속적으로 공급 된다 흐름 율은 전체 샘플 볼륨의 이미지를 보장 하기 위해 카메라 프레임 속도 의해 결정 됩니다. 통계 계산 주어진된 농도에서 세포의 상당수를 탐지 하기 위해 몇 군데 해야 합니다 샘플 볼륨의 수를 예측 합니다.
셀-감지 응용 프로그램 진폭 및 위상 이미지에 홀로그램의 재건은 필요; 분석은 원시 홀로그램에서 수행 되었다. 이 저장 계산 리소스 및 디스크 공간: 500mb 홀로그램 비디오 1-2 결핵 때 재건 될 것입니다. 그러나, 우리는 홀로그램 원하는 종 나타내는 확인 하는 샘플의 깊이 통해 재건 논의 할. DHM의 중요 한 기능 강도 및 이미지의 단계를 모니터링 하는 기능입니다. 강도 (예: 대부분의 생물 세포)에 거의 투명 한 유기 단계에서 명확 하 게 표시 됩니다. 그것은 레이블 없는 기술, 아니 염료 사용 됩니다. 이 한가능한 우주 비행 용, 염료는 임무의 조건을 살아날 수 있습니다 이후 dvantage 및-더 중요 한 것은-외계 생물, 인코딩에 대 한 DNA 또는 RNA를 사용 하지 않을 수 있습니다 작업으로 간주 될 수 없습니다. 북극과 남극, 염료 원격 위치를 데 려 어려울 수 있습니다 및 저장 시 저하 될 수 있습니다 같은 극한 환경에서 작업에 대 한 장점 이기도 합니다. 위상 및 진폭으로 이미지의 개조는 우리가 만든 사용할 수 GitHub (샴푸)에 오픈 소스 소프트웨어 패키지를 사용 하 여 또는 ImageJ를 사용 하 여 수행 됩니다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Bacto Yeast</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>212750</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacto Tryptone</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>211705</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7710</td>
			<td>Many options for purchase</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bacto Agar</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>214010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 cm Petri dishes</td>
			<td>VWR</td>
			<td>10053-704</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL culture tubes</td>
			<td>Falcon (Corning Life Sciences)</td>
			<td>352002</td>
			<td>Loose-capped</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petroff-Hauser chamber</td>
			<td>Electron Microscopy Sciences</td>
			<td>3920</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 mL syringes</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>309604</td>
			<td>Luer-Lok tip not necessary</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Male Luer to 1/16&#8221; barbed fitting</td>
			<td>McMaster-Carr</td>
			<td>51525K291</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autoclavable 1/16&#8221; ID PVC tubing for flow</td>
			<td>Nalgene</td>
			<td>8000-0004</td>
			<td>Sold by length, purchase accordingly</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe pump</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>PHD 2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sample Chamber</td>
			<td>Custom</td>
			<td>n/a</td>
			<td>See Materials Section</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Holographic Microscope</td>
			<td>Custom</td>
			<td>n/a</td>
			<td>See Wallace et al.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Open-source software</td>
			<td>Custom</td>
			<td>https://github.com/bmorris3/shampoo</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

quantifying microorganisms at low concentrations using digital holographic microscopy (dhm)

정확 하 게 감지 하 고 스파스 세균 샘플 세 의료 진단, 및 로봇 식 임무를 다른 행 성과 태양계의 위성에 의해 생활 탐지에 대 한 음식, 음료, 제약 공업, 많은 응용 프로그램 있다. 현재, 스파스 세균 샘플은 문화 도금 또는 epifluorescence 현미경 검사 법에 의해 계산 됩니다. 문화 접시 필요 오래 부 화 시간 (주 일) 하며 epifluorescence 현미경 광범위 한 얼룩 및 샘플의 농도. 여기, 꺼짐-축 디지털 홀로그램 현미경 (DHM)를 사용 하 여 매우 희석 문화 (100-104 셀/mL)에 박테리아를 열거 하는 방법을 보여 줍니다. 첫째, 사용자 지정 DHM의 건설 건물 저가 악기에 자세한 지침과 함께 설명 되어 있습니다. 홀로 그래피의 원리를 설명 하 고 통계 모델 동영상 해야 얼마나 오래 추정 하는 데 사용은 악기의 광학 성능 특성 및 세균 솔루션 (표 2)의 농도에 따라 셀을 검출 하 . 10 셀의 비디오 검색5, 104, 103및 100 셀/mL 유엔 재건된 홀로그램을 사용 하 여 실시간으로에서 설명 된다. 진폭 및 위상 이미지의 개조는 오픈 소스 소프트웨어 패키지를 사용 하 여 보여 줍니다.

결과 DHM로 매우 낮은 수준에서 생활 하 고 죽은 박테리아를 감지 하는 능력을 표시 해야 합니다. 계산 하는 박테리아의 수는 Petroff 하우저 세 실과 접시 수를 사용 하 여 얻은 결과와 일관 되어야 합니다. 표준 통계 방법을 다양 한 세균성 농도에서 다른 검출 방법의 정확성에 대 한 정보를 제공합니다.
그림 1</str...

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Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy DHM

디지털 홀로그램 현미경 (DHM) 이미징 샘플 50-100 X 초점 비교 해상도, 명시 야 현미경 보다 두꺼운 수행 후 처리를 허용 하는 체적 기술입니다. 여기 DHM 사용 됩니다 식별, 계산, 그리고 미생물에서 매우 낮은 밀도 추적과 광학 밀도 측정, 판 수, 및 직접 카운트와 비교.

디지털 홀로그램 현미경 (DHM)를 사용 하 여 낮은 농도에서 미생물 측정

Accurately detecting and counting sparse bacterial samples has many applications in the food, beverage, and pharmaceutical processing industries, in ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Quantifying Microorganisms at Low Concentrations Using Digital Holographic Microscopy (DHM)

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