Name: measuring the shape and size of activated sludge particles immobilized in agar with an open source software pipeline
Uploaded: 2019-01-30T14:45:00
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1. 粒子解析のためのサンプルを収集します。
<ol><li>統計分析10の十分な粒子が生成されます特定の原子炉のサンプル ボリュームを決定 (> 500) 粒子の重複を回避しながら。<ol>
<li>混合液のサンプルあたり 0.5 ~ 2 mL の範囲が 250 と 5,000 mg/L の間中断された混合液固体 (MLSS) と汚泥サンプルのために十分であると仮定します。</li>
		<li>それ以外の場合、0.5、2、および 5 mL のサンプ...

<ol>
	<li>Show, K. Y., Lee, D. J., Tay, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerobic+granulation:+Advances+and+challenges.">Aerobic granulation: Advances and challenges.</a> Applied Biochemistry and Biotechnology. 167 (6), 1622-1640 (2012).</li><li>Adav, S. S., Lee, D. -. J., Show, K. -. Y., Tay, J. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aerobic+granular+sludge:+Recent+advances.">Aerobic granular sludge: Recent advances.</a> Biotechnology Advances. 26 (5), 411-423 (2008).</li><li>Initial Investigations of Aerobic Granulation in an Annular Gap Bioreactor. North Carolina State University Available from: <a target="_blank" href="https://repository.lib.ncsu.edu/handle/1840.16/2162">https://repository.lib.ncsu.edu/handle/1840.16/2162</a> (2004)</li><li>. 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画像解析システムはかなり堅牢な QC の手続きして、悪いイメージを削除、サンプリング、プレートの準備、および画像の取得の固有の問題に適切な注意ができる両方のデータの精度との割合品質管理を通過した画像。
サンプル濃度 代表的なサンプルを撮影されていると仮定すると、最も重要なステップは、十分な粒子が粒子が重なってないので集中し、?...

このメソッドの目的は、バイオリアクター、活性汚泥フロックと好気性顆粒1を含む特にそれらの粒子のサイズと形状の分布を決定する明確で反復利用と部分的に自動化された方法を提供するには,2この方法の後ろの理論的根拠は、手頃な価格、シンプルさ、スループットを高めると、既存社内プロトコルの3、4、再現性、他の粒子計測を容易にし共有を容易にすると。データの比較。
粒子測定分析 - の 2 つの広範なカテゴリ、光散乱5としてそのような資質を使用して直接撮像および推論の方法があります。推論方法を自動化し、スループットが大きく、装置は高価です。さらに、推論方法は粒子6の同等のサイズを正確に判断できます中、に、彼らは、形状詳細情報7を行いません。
図形データのための必要性、我々 は直接画像に本手法を基づいています。いくつかの高速イメージング メソッドが存在する場合、高価な商用ハードウェアまたはカスタム ビルド ソリューション8,9が伝統的に彼ら必要。一般的な手頃な価格のハードウェアと、スループットの低下に苦しんでいるが多くの分析10に必要な最小値よりもはるかに多くの粒子画像を生成するソフトウェアを採用する私たちの法を開発しました。
既存のプロトコルでは、重要なサンプリングおよび画像取得手順を指定できません。他のプロトコルは、(アドホック閾値11) などの主観的なバイアスを導入する手動の手順を指定できます。自由に利用できる解析ソフトウェアと組み合わせてサンプリング、固定化、イメージの取得手順を指定する明確に定義されたメソッドには、ラボ内で画像解析と実験室間の比較を強化します。このプロトコルの主要な目的は、ワークフローと同じサンプルの別の研究室から再現可能な結果につながる必要がありますツールを提供することです。
画像解析処理を正規化し、離れて使用に適した明確に定義された、適切にフォーマットされたファイル12にこのパイプラインで生成されるデータを記録人気データ分析パッケージ13,で14実験を緩和(カスタム図生成) などの特定の分析と実験室間の共有促進のデータ。
このプロトコルは、粒子形状データを必要とする、推論のメソッドへのアクセスを持っていない、独自の画像解析パイプラインを開発し、他のユーザーとデータを簡単に共有したいしたくない人のため特に勧め

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>10% Bleach solution</td>
			<td>Chlorox</td>
			<td>31009</td>
			<td>For workspace disinfection.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15 mL centrifuge tube with cap</td>
			<td>Corning</td>
			<td>430790</td>
			<td>Per sample.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL Erlenmeyer flask</td>
			<td>Corning</td>
			<td>4980-50</td>
			<td>Other vessels are suitable so long as they can contain &#62; 40 mL of sample and allow mixing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>500 mL Kimax Bottle</td>
			<td>Kimble-Chase</td>
			<td>14395-50</td>
			<td>Or otherwise sufficient for agar handling</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agar</td>
			<td>BD</td>
			<td>214010</td>
			<td>Solid, to prepare 7.5% gel. 7 mL per sample.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data analysis software</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>R or Python are suggested</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Sufficient to prepare stain and agar. If unavailable, tap should be fine.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desktop computer</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Image analysis is not CPU intensive, any &#39;ordinary&#39; desktop computer circa 2017 should be sufficient.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>External hard drive</td>
			<td>Seagate</td>
			<td>STEB5000100</td>
			<td>Not fully required, but extremely useful given the number an size of images. 2 or more TB of storage suggested.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FIJI</td>
			<td>NIH</td>
			<td>version 1.51d</td>
			<td>Version is ImageJ core. Plugins are updated as of writing. Available at: https://imagej.net/Fiji/Downloads</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GIT</td>
			<td>Open Source</td>
			<td>version 2.19.1 or later</td>
			<td>Available at: https://git-scm.com/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Image capture software</td>
			<td>ToupView</td>
			<td>version 3.7.5177</td>
			<td>Any compatible with camera, may come with camera. Should allow saving TIFF images with spatial calibration data.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mechanical (X/Y) Stage</td>
			<td>OMAX</td>
			<td>A512</td>
			<td>Not fully required, but greatly aids image acquisition.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methylene blue</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>M291-100</td>
			<td>Solid, to prepare 1% w/v solution. 5 uL solution per sample.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope camera</td>
			<td>OMAX</td>
			<td>A35140U</td>
			<td>Any digitial camera compatible with microscope. Resolution providing at least 5 um per pixel at 10x magnification and a dynamic range of at least 8 bits per pixel per color channel is suggested.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Stage Micrometer</td>
			<td>OMAX</td>
			<td>A36CALM1</td>
			<td>Or otherwise sufficient for spatial calibration.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish, 100 mm</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>FB0875712</td>
			<td>1 per sample.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PPE</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Standard lab coat, gloves, and eyewear.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sparmoria macro</td>
			<td>NCSU</td>
			<td>version 0.2.1</td>
			<td>Available at github repository : https://github.com/joeweaver/SParMorIA-Sludge-Particle-Morphological-Image-Analysis</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereo/dissecting microscope</td>
			<td>Nikon</td>
			<td>SMZ-2T</td>
			<td>Should provide 10 to 20x magnficiation and allow digital photos either with a buit-in camera or profide a mounting point for a CCD.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring the shape and size of activated sludge particles immobilized in agar with an open source software pipeline

それらの治療の排水などの実験的バイオリアクターには、粒子サイズと形状は、重要なパラメーターにはが含まれています。たとえば、サイズおよび活性汚泥フロックの形、マイクロ スケールでの条件が指定でき、浄水汚泥のどれだけ定着にも直接影響します。
粒子のサイズと形状は、両方の 'シンプルな' 誤解の測定値です。多くの微妙な問題、頻繁に非公式なプロトコルと放置は、サンプリング、イメージング、および粒子を分析するときに発生します。サンプリング メソッドは、バイアスされることがあります。 または統計的十分な電力が供給されません。サンプルそのものでは不十分な維持可能性があります。 または固定中に変更を受けます。十分な品質のイメージができない場合があります。重なり合った粒子像、被写し界深度、倍率、様々 な騒音がすべて悪い結果を生みます。不十分な指定された分析は、手動閾値処理と領域分割によって生成されるよう、バイアスを導入できます。
手頃な価格とスループットが再現性と望ましいです。手頃な価格、高スループット方法がより頻繁に粒子計測、粒子の数千人を含む多くの画像を生成できます。安価な試薬、共通の解剖顕微鏡および自由に利用できるオープン ソースの解析ソフトウェアを使用するメソッドでは、反復可能なアクセス可能な再現できる、部分的に自動化の実験結果をことができます。さらに、このようなメソッドの製品は整形済み、ラボ内で解析と実験室間のデータ共有の両方を緩和、データ分析ソフトウェアで容易に理解できる、明確に定義をすることができます。
このような製品を生産するために必要な手順を詳しく説明するプロトコルを提案するなど: サンプリング, 試料調製及び寒天、デジタル画像集録、デジタル画像解析および実験固有図生成の例で固定、分析結果。我々 はまた、このプロトコルをサポートするオープン ソースのデータ解析パイプラインを含まれています。

生成されたファイル 図 1に示すプロセス分析画像ごとの 2 つのファイルが生成されます。最初のファイルはコンマ区切り値 (CSV) テキスト ファイル個々 の粒子に対応するそれぞれの行、列エリア、真円度、堅牢性など様々 な粒子のメトリックを記述して ImageJ マニュアル17で定義されています。例/データ ディレ?...

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Measuring the Shape and Size of Activated Sludge Particles Immobilized in Agar with an Open Source Software Pipeline

サイズと活性汚泥粒子の形状は、さまざまな方法を用いて測定される重要なパラメーターです。代表でないサンプリング、最適イメージ、および主観的な解析パラメーターの不確かさが生じる。これらのエラーを最小限に抑えるため、測定を容易にするオープン ソース ソフトウェア パイプラインを含むすべての手順を指定するプロトコルを提案します。

オープン ソース ソフトウェア パイプラインによる寒天培地に固定化活性汚泥粒子径・形状を測定

Experimental bioreactors, such as those treating wastewater, contain particles whose size and shape are important parameters. For example, the size and ...

活性汚泥粒子の大きさと形状は、排水処理の効率に不可欠です。しかし、彼らの測定はしばしばアドホックです。このプロトコルは、測定のための反復可能な、明確に定義された、半自動マブル測定を提供する。このプロトコルの主な利点は、主観的かつ体系的なバイアスを低減しながら、幅広い形態に渡って大量の粒子を測定できることです。この技術は活性汚泥に焦点を当てていますが、技術的にはマイクロプラスチックのような同じ粒子形態を有するものは、この方法で測定することができます。初めてこのテクニックを試すときは、一度に1枚ずつプレートを作って、その1つのプレートを作る物理的な動きを練習してみてください。また、顕微鏡で時間を取ってください。サンプリングとプレートの準備には、視覚的に最もよく伝達される多くの小さなテクニックが必要なため、この記事のビデオ版は重要です。また、再現性を確保するためには、プレートの良い写真を見せて見ることが重要です。今日、このプロトコルを実証しているのは、私の研究室の博士候補生であるジョセフ・ウィーバーです。まず、反応器のよく混合された部分から代表的なサンプルを取得する。サンプルを軽く混ぜ、決定したサンプル量を15ミリリットルの遠心分離管にすぐに注ぎます。次に、各サンプルに1%メチレンブルーの5マイクロリットルを加えます。キャップをキャップし、少なくとも3回チューブをそっと反転してサンプルを混合します。サンプルを少なくとも5分間、室温で30分以下に染色します。染色したら、6.5~9ミリリットルの間にチューブの総体積を持って来るために、十分な量の7.5%の寒天と脱イオン水を遠心管に移します。その後、遠心分離管を要約し、少なくとも3回はそっと反転してサンプルを寒天に混ぜます。キャップを自分から離したまま、キャップを開きます。各チューブのチューブの内容物を100ミリリットルのプラスチックシャーレに注ぎ、皿を優しく揺らし、完全で滑らかなコーティングと視覚的に均一な粒子の分布を達成します。寒天が固まるまで、プレートを室温で少なくとも5分間冷却します。10~20倍の倍率が可能なステレオ顕微鏡の顕微鏡ステージ上に、覆い隠されたプレートの表面を上に置きます。LED照明器スタンドやライトプレートなどの機器を使用して、拡散光でも下からサンプルを照らします。画像キャプチャソフトウェアを開き、顕微鏡の光路が写真に設定されていることを確認します。次に、カメラリストから適切なカメラを選択します。大きく、明確に定義されたエッジを持つ焦点面に複数の粒子が現れるように、顕微鏡を調整します。比較的深い焦点面を維持しながら、粒子を測定するために10〜20倍の倍率を使用してください。寒天プレートを一時的に取り外し、マイクロメーターをステージ上に置きます。マイクロメーターの卒業が画像キャプチャソフトウェアに鋭く焦点を当てて表示されるまで、細かい焦点を調整します。そして、ミクロン比にピクセルを較正する。次に、ビューをクリックして実際のサイズを選択して、ズームを 100% に設定します。次に、オプションを選択し、キャリブレーションに移動します。ここでは、マイクロメーターの長い軸に沿ってメインビューポートの赤いキャリブレーションバーを位置合わせします。垂直バーは、ゼロと200ミクロンの卒業を中心に。[キャリブレーション]ダイアログボックスで、現在の倍率と実際の長さ200ミクロンを入力します。すでにキャリブレーションされている場合は、メニューバーから倍率を選択し、現在の倍率レベルを選択してキャリブレーションを確定します。測定メニューで、行に移動して任意の行を選択します。マイクロメーターのゼロ卒業と長軸の交点をクリックします。その後、200ミクロンの線と長い軸の交差点をもう一度クリックします。正しいキャリブレーションは約200ミクロンで表示されます。オブジェクト選択ボタンをクリックし、行をクリックして Delete キーを押し、確認ボックスで yes を押して、行を削除します。次に、寒天プレートを交換し、ファインフォーカスを調整して、イメージングソフトウェアの細部を最大限に引き出します。これを実現するには、まずカメラサイドバーのビット深度パネルでラジオボタンを選択して、許容最大値のビット深度を大きくします。また、カメラサイドバーのカラーグレードパネルで適切なラジオボタンを選択して、グレースケール画像を取得するようにソフトウェアを設定します。今、露出とヒストグラムの間で開いているサイドバーパネルを折りたたみます。ゲインを 1 に減らし、クリアイメージがビューポートに表示されるまで露出を増やし、ヒストグラムがヒストグラム ボックスの両端でクリップされない分布として表示されるまで、露出を増やします。ヒストグラムを調整して、露出を超えないようにします。カメラサイドバーのヒストグラムパネルで、ヒストグラムの左境界を下の値のすぐ外側にスライドさせ、右側の境界を最も大きな値のすぐ外側にスライドさせます。イメージを非圧縮 TIF ファイルとして保存します。保存時にキャリブレーション情報ボックスをチェックして画像メタデータに倍率情報を含めます。プレートを下に移動する場合に左から右、右から左に交互に移動するパスに従って、前の画像と重ならない別の領域を選択します。分析のために、少なくとも 500 個の視覚的に推定されたパーティクルをキャプチャします。GIT リポジトリを複製して、パーティクル分析コードを取得します。コマンド ラインで、ここに示すコマンドを入力して、最新バージョンのコードを取得します。複製されたリポジトリの最上位ディレクトリにある read me テキスト ファイルの指示に従って、分析コードをインストールします。次に、処理するディレクトリをオプションのパラメータと共に一覧表示するテキスト ファイルを編集します。パラメーターと例のリストについては、例および分析サブディレクトリーを参照してください。ここで、ここで示すコマンドを入力して、コマンド ラインで分析を実行します。フィジーパスは、imageJ-win64 のディレクトリです。exe が見つかりました。そして、解析設定を記述するテキストファイルの場所をparamsfileします。実行可能ファイルの名前は、フィジーがインストールされているオペレーティング システムによって異なる場合があります。解析は自動的に実行され、画像のサイズと数に応じて数分から数時間かかります。次に、指定した出力ディレクトリのオーバーレイ サブディレクトリにある品質管理ファイルを調べます。スプリアスミストまたは不十分にキャプチャされたパーティクルを持つ画像に注意してください。それです。これで、データは実験固有の分析と図形の生成の準備が整いました。粒子の閾値法は完璧ではありませんが、許容可能な結果の例を次に示します。QC イメージを評価する際に、3 つの一般的なエラーが見つかりました。パーティクル境界に正確に適合しない、パーティクルを識別できなかった、アーティファクトが含まれる。ここでは、2つの実験反応器間の粒子分布が、研究者によって指摘された定性的なメタデータと表示され、組み合わされる。このグラフは、この場合、リアクタは一般的に同様の粒径分布を持ち、時間が進むにつれてより大きな平均とより広い広いスプレッドに向かう傾向があることを示しています。この手順を行う場合、均一に分散した粒子を含む寒天の薄層でプレートを均一にコーティングすることが重要です。練習し、時間をかけてください。この手順を超えて、興味深い粒子を寒天から切除し、研究することができました。データの観点から言えば、このプロトコルから得られるファイルは明確に定義されており、空は分析的に限界です。この技術は、有酸素顆粒状汚泥に新しい洞察を提供する道を開いた。それは形態が非常に重要であり、標準的な方法でそれを測定することができました。廃水は生物学的に活性です。バイオ安全レベル1のプラクティスが奨励されています。また、寒天はマイクロ波を介して泡立ち、遠心管を開けるとホット液滴を噴霧する方法。

Research

JoVE Journal

Environment

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The cheetah (Acinonyx jubatus) is Africa's most endangered large felid and listed as Vulnerable with a declining population trend by the IUCN1. It ranges ...

Extraction of Structural Extracellular Polymeric Substances from Aerobic Granular Sludge

好気性グラニュール汚泥からの構造細胞外高分子物質の抽出

To evaluate and develop methodologies for the extraction of gel-forming extracellular polymeric substances (EPS), EPS from aerobic granular sludge (AGS) ...

An Ultra-clean Multilayer Apparatus for Collecting Size Fractionated Marine Plankton and Suspended Particles

サイズ分画した海洋プランクトンや懸濁粒子を収集するための超きれいな積層装置

The distributions of many trace elements in the ocean are strongly associated with the growth, death, and re-mineralization of marine plankton and those ...

Experimental Study of the Relationship Between Particle Size and Methane Sorption Capacity in Shale

粒子径と頁岩中のメタン吸着容量との関係に関する実験的研究

The amount of adsorbed shale gas is a key parameter used in shale gas resource evaluation and target area selection, and it is also an important standard ...

Measuring Hypopharyngeal Gland Acinus Size in Honey Bee (Apis mellifera) Workers

Measuring Hypopharyngeal Gland Acinus Size in Honey Bee Apis mellifera Workers

ミツバチ (セイヨウミツバチ) 労働者の下咽頭腺 Acinus サイズを測定

The nurse hypopharyngeal glands produce the protein fraction of the worker and royal jelly that is fed to developing larvae and queens. These paired ...

Combining Eye-tracking Data with an Analysis of Video Content from Free-viewing a Video of a Walk in an Urban Park Environment

都市公園環境における歩行の映像を自由に視聴する映像コンテンツの分析とアイトラッキングデータを組み合わせる

As individuals increasingly live in cities, methods to study their everyday movements and the data that can be collected becomes important and valuable. ...

BtM, a Low-cost Open-source Datalogger to Estimate the Water Content of Nonvascular Cryptogams

東京三菱銀行、導管隠花植物の水量を推定する低コストのオープン ソース データロガー

Communities of nonvascular cryptogams, such as mosses or lichens, are an important part of the Earth's biodiversity, contributing to the regulation of the ...

オープン ソース ソフトウェア パイプラインによる寒天培地に固定化活性汚泥粒子径・形状を測定

オープンソースソフトウェアパイプラインによる寒天培地に固定化活性汚泥粒子径・形状を測定