Biz Vassar Koleji Lisans Araştırma Yaz Enstitüsü (URSI), Lucy Maynard Salmon Araştırma Fonu, NASA ödül No NX09AU90A, Bilim ve Teknoloji (NSF-TEPE) Araştırma Mükemmellik Ulusal Bilim Vakfı Merkezi ödül No destek için minnettarız 0630388 ve NSF ödül No 1.058.385.

1.. C. elegans Hazırlık <ol><li> Genç yetişkin C petri tabak hazırlayın C süspansiyonu içeren önceki deneylerde de tarif edildiği gibi elegans sıvı dolu bir küvet 11 elegans. </li><li> Video analiz gününde, doğrudan adım 2&#39;de tarif edildiği gibi bir platin almak kullanarak iyonu giderilmiş, damıtılmış su ile doldurulmuş bir küvet içine canlı genç yetişkin nematodları almak. </li><li> Ölü C&#39;yi hazırlayın kloroform maruz elegans. Aşama 2&#39;de tarif edilen canlı nematodları toplama için tarif edilen prosedür takip edilerek devam edin. </li></ol> Video Analizi 2. Optik Kurulumu <ol><li> Şekil 1 &#39;de gösterildiği gibi, gölge görüntüler oluşturmak için deney düzeneği bir araya getirin. Kamera, ekranın bir önden görünüşünü yakalamak mümkün olduğu gibi ekrandan herhangi bir mesafede yerleştirilebilir. Iyi bir yer ekrana bakacak küvete yanındadır. <ol><li> En az iki aynalar kullanmakiriş 12 mm&#39;lik bir çapa genişletilir, böylece ışın Galilean genleştirici içine ayarlanabilir helyum-neon lazer çıkışını yönlendirmek. </li><li> Kiriş engel olmadan iğne delikleri içinden geçer, böylece ışın yolu, bir veya iki iğne delikleri yerleştirin. Hizalama korunur sağlamak için iğne delikleri kullanın. </li><li> 10 mm derinliğinde ve 4 cm boyunda, 10 mm genişliğinde olan bir monte kuvars küvet üzerine genişletti ışını doğrudan. </li><li> 75 mm pozitif odak uzunluğuna sahip bir dışbükey lens kullanarak ışın büyütün. </li><li> Yaklaşık 120 cm lensten bir projeksiyon ekranı yerleştirin. Bu daha büyük mesafeler gölge görüntünün daha büyük bir büyütme verecektir. Ancak, görüntünün kalitesi daha düşük bir ışık yoğunluğu ve parazit kırınım artan bir fark edilebilirlik ile birlikte azalacaktır. </li><li> Hemen yanındaki ekrana bakacak küvete, en az 60 fps kapasitesine sahip yüksek hızlı bir kamera yerleştirin. </li></ol></li><li> Optik dizi yakın bir diseksiyon mikroskobu yerleştirinküvetin içine nematod hızlı aktarımı için. </li><li> Geçici bir süre için genleşmiş kirişe dik bir küvet tutucusu merkezine mm bölünmeler ile şeffaf bir cetvel sağlamak, böylece yayar ekrana cetvelin büyütülmüş görüntüsü. Video analizi için uzunluk ölçeğini ayarlayın. <ol><li> Projeksiyon ekranında, projeksiyon ile müdahale önlemek için yansıtılan görüntüden merkezi şeffaf cetvel kapalı kullanarak ölçek mesafeyi işaretleyebilirsiniz. <a href="Video_1_633nm.MOV" target="_blank">videosu için tıklayınız.</a> </li><li> Bu görüntü kaydetmek ve büyütme ölçmek. Kurulumdan cetvel çıkarın. Nedeniyle renk sapmalarını değişecektir merceğinden her dalga için ışığın kırılma açısı gibi diğer dalga boyları için bu adımı tekrarlayın. </li></ol></li><li> Küvet yerine ve damıtılmış su ile jantın arasında, 1 mm olarak doldurun. </li><li> Ölçek mesafe aynı yer, böylece oda ışığı yanarken kayda başlamakYansıtılan görüntü olarak görüntüleri. Işık kapatmak. </li><li> Ince, basık platin tel kıracağı kullanarak, bireysel genç erişkin C&#39;yi hareket suyun yüzeyine seçim dokunarak küvet içinde agar plakasından her seferinde bir elegans. Nedeniyle dağınık ışık demeti girdiğinde nematod su sütununda görünür hale gelecektir. <a href="Video_2_CB678_633nm.mov" target="_blank">videosu için tıklayınız.</a> </li><li> Onlar genişletilmiş lazer ışınının geçerken solucanlar yansıtılan görüntüleri filme. Bu yansıtılan görüntü ters ve solucanlar gerçek hareket ters yönde hareket görünecek dikkat etmek önemlidir. Yerçekimi ile inen Worms (Şekil 2) ekranda yukarı doğru hareket görünür. </li></ol> 3.. Video Veri Hazırlama <ol><li> Video analiz programına ithal video. </li><li> Önceden belirlenen büyütme faktörü kullanılarak ölçek ayarlayın. </li><li> Track bütün yolu boyunca en az 10 veri noktası ile gölgeli nematodun başının doğrusal yer değiştirme alınmıştır. </li><li> Türevi (&quot;Y&quot;, &quot;zaman&quot;) alarak dikey yönde hız bulun ve aşama 2.2 &#39;de belirlenen büyütme faktörü ile bu değer bölün. </li></ol> 4.. Veri Analizi <ol><li> Bir C doğrusal iniş analiz elegans: <ol><li> Karşı zaman grafiği üzerinde dikey konumda veri noktaları genel olarak düz bir çizgi oluşturacak şekilde kontrol ediniz. Bazı sapmalar nedeniyle nematod baş hareketi göz ardı edilebilir. Veri noktaları genellikle, düz bir çizgi oluşturacak 4.1.2 adıma devam ederseniz, aksi halde iniş doğrusal olmayan ve analiz Bu protokol adımı 5.1 kullanılarak devam edilmelidir. </li><li> Analiz menüden verilere düz bir çizgi 12 uyarak bir lineer regresyon çizgi oluşturun. Bu çizginin eğimi daha sonra C dikey hızıdır.elegans. Eğim, belirli bir aralık boyunca zamanlı olarak değişiklik bölü konumda değişimdir. Bu şekilde, canlı ve ölü kurtların azalan hız (Şekil 3) belirler. </li><li> Nematodlardan dikey yüzme hızlarını ortalama. Yaklaşık 50 solucanlar bir numune boyutu yeterlidir. Ölü solucanlar sürüklenme hızları canlı solucanlar yüzmek hızlarını karşılaştırın. </li></ol></li></ol> 5. C. Doğrusal Olmayan Hareket Analizi elegans <ol><li> Bölüm 3, su sütunu içinde doğrusal olmayan bir iniş (Şekil 4) gösteren bir analiz video dosyasını seçin. Doğrusal olmayan bir iniş bu protokolde adımı 4.1.1 kullanılarak tespit edilebilir. </li><li> Video analiz yazılımı &#39;Analiz&#39; menüsünden &#39;Curve Fit&#39; seçeneğini seçin. İkinci bir emri (kuadratik) polinom seçin. Eğriye uyacak. </li><li> Ilgi bir bölge için, her yan o üzerinde parantez kaydırarak grafiğinde uyacak şekilde ayarlayabilirsinizf grafik üzerinde uygun eğri kadar uyum içinde ve / veya iyi hata çubukları, içinde veri noktalarına çok yakındır. Uydurma programı zamana karşı dikey konumu takılan eğri için bir matematiksel ifade verir. Fiziksel özellikleri ile bağlantılı program tarafından verilen uygun eğri hataları göz önünde bulundurun. Aşağıda% 15 veya göreceli bir hata, genellikle kabul edilebilir. </li><li> Devamı için eğrisi verilerinin ek bölümleri kapsayacak şekilde uyar. Optimum kapsama alanı için 13 fonksiyonları Spline: Eğri örtüşme uygun olduğundan emin olun ve komşu eğrileri hizaya çalışın böylece örtüşen bölgelerde yamaçları maç. </li><li> Adım 5.1.3 elde matematiksel ifadeyi kullanarak monte eğrisinin türevini alarak ilgi bölge için hızını elde. Hızları zaman içinde değişebilir. Türev fonksiyonu eğiminin olduğuna dikkat edin. Matematiksel türevi ya da grafiksel olarak elde edilebilir. Bu durumda, belirli bir matematiksel expr kullanımı pratikEssion. </li><li> Ivme elde etmek için monte eğrilerinin ikinci türevi al. Hızlanma süresi değişebilir. </li><li> Solucan uyguladığı itme, hesaplamak için solucan kütlece ivme çarpın. Bir tahmini makul kitle su solucanı çoğunlukla oluştuğunu farzedelim 3 ug olduğunu. </li></ol>

<ol>
	<li>Ward, A., Lie, J., Feng, Z., Xu, Z. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light-sensitive+neurons+and+channels+mediate+phototaxis+in+C.+elegans.">Light-sensitive neurons and channels mediate phototaxis in C. elegans.</a> Nature Neurosci. 11, 916-922 (2008).</li><li>Pierce-Shimomura, J. T., Chen, B. L., Mun, J. J., Ho, R., Sarkis, R., McIntire, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genetic+analysis+of+crawling+and+swimming+locomotory+patterns+in+C.+elegans.">Genetic analysis of crawling and swimming locomotory patterns in C. elegans.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. , 105-20987 (2008).</li><li>Vidal-Gadea, A. G., Davis, S., Becker, L., Pierce-Shimomura, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coordination+of+behavioral+hierarchies+during+environmental+transitions+in+Caenorhabditis+elegans.">Coordination of behavioral hierarchies during environmental transitions in Caenorhabditis elegans.</a> Worm. 1, 5-11 (2012).</li><li>Berri, S., Boyle, J. H., Tassieri, M., Hope, I. A., Cohen, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Forward+locomotion+of+the+nematode+C.+elegans+is+achieved+through+modulation+of+a+single+gait.">Forward locomotion of the nematode C. elegans is achieved through modulation of a single gait.</a> HFSP Journal. 3, 186-193 (2009).</li><li>Keller, H. E., Pawley, 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> Objective Lenses for Confocal Microscopy. Handbook of Biological Confocal Microscopy. , (2006).</li><li>Conrad, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depth+of+Field+in+Depth.">Depth of Field in Depth.</a> Large Format Page Retrieved. , (2011).</li><li>Demtr&#246;der, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laser Spectroscopy Basic Concepts and Instrumentation. , (2003).</li><li>Magnes, J., Raley-Susman, K., Melikechi, N., Sampson, A., Eells, R., Bello, A., Lueckheide, M. <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 (3), 101-107 (2012).</li><li>Mood, A., Graybill, F., Boes, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Introduction to the Theory of Statistics. , (1974).</li><li>Taylor, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Classical Mechanics. , (2005).</li><li>Magnes, J., Susman, K., 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>Bevington, P. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences. , (1969).</li><li>Lyche, T., Schumaker, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+spline+approximation+methods.">Local spline approximation methods.</a> Journal of Approximation Theory. 15 (4), 294-325 (1975).</li><li>Kim, N., Dempsey, C. M., Kuan, C. -. J., Zoval, J. V., O'Rourke, E., Ruvkun, G., Madou, M. J., Sze, J. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravity+Force+Transduced+by+the+MEC-4/MEC-10+DEG/ENaC+Channel+Modulates+DAF-16/FoxO+Activity+in+Caenorhabditis+elegans.">Gravity Force Transduced by the MEC-4/MEC-10 DEG/ENaC Channel Modulates DAF-16/FoxO Activity in Caenorhabditis elegans.</a> Genetics. 177, 835-845 (2007).</li></ol>

Yazarlar ifşa hiçbir şey yok.

SWSI tekniği serbest yaşayan nematod gibi mikroskobik organizmaların ettirici yeteneklerini anlamak için ek bir yol sağlar. Bu teknik sayesinde biz yerçekimi ölü nematod üzerinde çalışan aktif hareketlilik (yüzme) ve pasif sürüklenme arasında ayrım yapmak zorunda. Serbest yüzme nematodları suda hareket sırasında yönünü değiştirmek Buna ek olarak, biz nematod faaliyet ve nematod tarafından uygulanan olan sürükleme güçleri ve açısal kuvvetleri ölçebilir. Nematodlar toprak içinde farklı çevresel koşullar karşılaşabilirsiniz. Su toprak içinde cepler, hem de katı parçacıklar ve farklı şekil ve dokular biyolojik malzeme vardır. Buna ek olarak, bunlar, 14 nematodlar yanıt bir çekim ortamı içinde mevcuttur. Ayrıca, toprağın yüzeyine yakın nematodlar farklı dalga boylarında ışık, sıcaklık ve nemde meydana gelen değişikliklerin yanı sıra maruz biyolojikbakteri, mantar ve diğer yırtıcı toprak organizmalar gibi değişkenler. Nematodlar, tüm bu farklı değişkenler yüzme ve farklı ortamlarda, emekleme, tornalama ve seyir stratejilerini değiştirerek yanıt vermek zorundadır. Bu karmaşık hesaplama tümü sadece 302 nöronlar, hareket içinde yer aldığı bir alt kümesi ve 95 vücut duvarı kas hücreleri tarafından gerçekleştirilmektedir. SWSI tekniği tarif tür ölçümler nematod bu seyir karmaşıklığı başarmak nasıl içine önemli bilgi sağlar. Ilk bölümü için, biz yabanitip C genel azalan hızını ölçtük 633 nm ışık elegans. Bu ölçümleri kullanarak, sürükleme kuvveti bir solucan karşılaşır tahmin edebilirsiniz. Bir hızlanan nematodun vaka çalışması için, kuvvetler hızı ile sürtünme kuvveti değişiklikleri beri sürekli bir değişim çıkıyor. Biz solucanın etkiyen kuvvetler hakkında yapabiliyorsunuz bazı ifadeler vardır. Solucan yavaşlar ve sw için çalışır gibiBu nematod&#39;un yörünge düşük bir noktada sıfıra ulaşıncaya kadar im yukarı sürükleme kuvvetinin düşey bileşeni azalır. Bu noktada, solucan yüzmeye kadar yukarı doğru bir güce sahip olmalıdır. Bu yöntem, çeşitli şekillerde değiştirilebilir. Berrak bir sıvı dolaşır herhangi mikroskobik türler Swsi kullanılarak izlenebilir. Çalışmalar dijital kameralar için erişilebilir herhangi bir dalga boyları ile yapılabilir. Dijital fotoğraf makineleri genellikle UV yakın IR dalgaboylarını almak olacaktır. Buna ek olarak, yatay çalışmalar dikey olarak yukarı lazer yönlendirilmesi ile gerçekleştirilebilir. Bu tür daha sonra bir mikroskoba gibi, yatay bir şeffaf yüzey üzerine yerleştirilebilir. Işın genişletici sonra ışın genişletici veya büyütücü lens ayarlayarak bulanık görüntüleri netleştirmek olabilir. Kullanıcı tutarlı ve kolay ışın uyum sağlamak için tabloya tüm bileşenleri tutturmak için emin olmalıdır. Yöntem, uygun bir lazer wavelengt ile sınırlıdırhs ve çözünürlük. Kurulum basit olduğundan özünde yön ve dalga boylarında esneklik mevcut mikroskopları, üzerinde bu yöntemin avantajları da zayıflıkları vardır. Lazer içeriksiz optik ve benekler çözünürlüğünü sınırlamak. Bu sakıncaları bazıları kesinlikle uzaysal filtre içeren ve bir CCD kamera doğrudan görüntüsünü yansıtarak gelecekte gelişmiş olabilir. Deney ilk defa yapıldığı gibi protokolde en kritik adımlar kolayca öğrenilebilir. Türbülans yaratmadan küvet içinde nematod yerleştirilmesi önemlidir. Ayrıca, titreşimler kurulum rahatsız ve solucanlar davranışını değiştirebilir. Görüntüyü gölge için kullanılan güç, sınırlamak için emin olun. Çapı 1 mm olan bir lazer ışın demeti boyunca 2 mW ısıtma etkileri önlemek için en fazla olmalıdır. Kurulum damıtılmış su haricindeki sıvıların kullanırken etkilerini saçılma için test edilmelidir. Şu anda en çok microscopes dalga boyu aralığında hala çok geniştir beyaz ışık ya da renk filtreleri kullanarak yatay bir düzlemde çalışır. Gerçekten tek dalga boylarını kullanın ve görüntüleme senaryoda esneklik, yani yatay yerleşimini var mikroskoplar, genellikle bir avantaj veya diğer sınırlıdır. Ayrıca, mikroskoplar bu tür genellikle çok pahalı ve hala bizim yöntemin aksine odak düzlemleri ile sınırlıdır. Bizim kurulumu kolay son derece düşük bir bütçe ile inşa edilebilir. Bu yöntem, küçük finansmanı ile faaliyet okullarda, çevre şirketlerin yanı sıra diğer kuruluşlar tarafından kullanılmak üzere hazırdır. Gelecekte, bu yöntem hareketin ve mikroskopik türlerin mechanosensation gerçek zamanlı etkilerini incelemek amacıyla bir çok sofistike kurulumunda kullanılabilir. Bu yöntem, açıları ve kolayca kullanılabilir görüntüleme derinliklerde geniş bir dalga boyu aralığında bir yoğun çalışmalar yapmaktadır.

Caenorhabditis elegans duyusal biyolojisi ve davranışları anlamak için son zamanlarda gen regülasyonu, kalkınma ve daha mekanizmaları çalışmak için güçlü bir model organizmadır bir serbest yaşayan faydalı toprak nematod olduğunu. Sadece 302 nöronlar, C olmasına rağmen elegans kompleks ettirici desenler, üreme davranışları, navigasyon, kemotaksi ve diğer davranışları yeteneğine sahiptir. C. elegans mekanoreseptörleri, kemoreseptörleri ve hatta mavi dalga boyundaki ışığın (Ward ve ark., 2008) 1. algılar sahip. Çok duyu ve motor fonksiyonda sinir devresi ve C genel ettirici desenleri hakkında bilinen iken elegans, daha az çoklu, eşzamanlı uyaranlara veya mikroskop altında örnek alınabilir daha karmaşık çevre koşullarına tepkileri hakkında bilinmektedir. Birkaç çalışmada yüksek plastik 2,3,4 daha da karmaşık ettirici desenleri ortaya koymuştur. Bizim metodolojik yaklaşım NEM çalışmalarını sağlayacakbunların da aynı anda birden fazla çevre koşulları sağlamak için, gerçek zamanlı olarak çözelti içinde atodes. Bu soru, geleneksel mikroskop tabanlı görüntüleme teknikleri kullanılarak ele zordur. Biz bize ettirici davranışlarını incelemek, hem de farklı çevre koşullarına yanıt lokomosyonu değiştirmek için nematod yeteneklerini belirlemek için bir su sütunu içinde nematod yerleştirmek için olanak sağlayan bir görüntüleme tekniği geliştirdi. Tek Dalgaboyu Gölge Görüntüleme (SWSI) geleneksel mikroskoplar eksikliklerin giderilmesi için ilk kez bu yazıda sunulmaktadır. Geleneksel mikroskoplar derinliği 5,6 yatay bir odak düzlemi birkaç mikron türün gözlemlemek için sınırlıdır. Tek dalga boyu çalışmaları ile ilgili, en geleneksel mikroskoplar çok geniş, genellikle, 50-100 nm beyaz ışık süzmek için renk filtreleri kullanın. Işaret korurken SWSI için bir lazer kullanarak en az 1 nm dalga boyu seçimi daraltırificant ışık yoğunluğu 7. Benzer şekilde, tek bir dalga boyu C yüzme frekansları ölçmek için kullanılmıştır gerçek zamanlı 8 elegans. Bizim yöntemin ilk gösterimi için, bir serbest yüzme C yatay konum, x, ve dikey konumu, y, monitör yaklaşık bir santimetre bir mesafede bir su sütununda elegans. Yerçekimi dikey olarak da hareket ettiği için, özellikle, dikey hareketi ilgilendi. Bu su sütununda iner gibi dikey konuma lineer uyum eğimi nematod düşey hız, v Y verir: <img alt="Formül" fo:content-width="0.5in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq1.jpg" width="50" /> (1) Kök ortalama hatası (RMSE) 9 kare uyum kalitesini gösterir ve azalan hızı genellikle sabit olup olmadığını gösterir. Dikey hızları daha sonra gereksinimleri için ortalaması alınırh türleri ve ölü solucanlar. Bu sonuçları kullanarak, solucanlar deneyim tahmin edilebilir sürükleyin. Bizim yöntemin ikinci gösteri için, C seçili gözlenen solucanlar çoğunluğunun aksine sabit bir oranda alçalma vermedi elegans. Seçilen solucanlar etrafında döndü ve yukarı yüzerek veya iniş devam etmeden önce bir süre süpürdü ya. Fiziksel, bu vaka çalışması bir yüzme mikroorganizmanın itme hesaplanabilir olduğunu göstermektedir. Newton yasaları yön değiştiren bir vücut net bir kuvvet ima hızlandırır dikte, <img alt="Formül 1" fo:content-width="0.3in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq.jpg" width="25" /> O vücutta 10 etkili olduğunu: <img alt="Formül 2" fo:content-width="0.7in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq2.jpg" width="70" /> (2) nerede <img alt="p" fo:content-width="0.1in" src="/files/ftp_upload/51424/51424p.jpg" width="10" /> olduğunuDoğrusal momentum ve t zamandır. Solucanın kütlesi sabit kaldığı için, solucanın ivme solucan üzerine etki eden kuvvet ile doğrudan orantılıdır. Bunun bir sonucu olarak, dikey net güçtür: <img alt="Formül 3" fo:content-width=".8in" src="/files/ftp_upload/51424/51424eq3.jpg" width="70" /> (3) m bir solucanın kütlesi ve bir y ivmenin temsil eder. Dikey yönde net kuvvet daha sonra aynı yönde sonsuz itme temsil eder. Toplam itme hesaba yatay bileşeni alınarak hesaplanabilir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:852px;" width="852">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:143px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:375px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Tunable Helium-Neon laser&#160;</td>
			<td>Research Electro-Optics</td>
			<td>30602</td>
			<td>Four wavelengths can be selected between 543 nm and 633 nm.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">2 Front Surface Aluminum Mirrors</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td>PF10-03-F01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">High Speed Exilim Camera</td>
			<td style="width:143px;">Casio</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Quartz Cuvette</td>
			<td style="width:143px;">Starna Cells</td>
			<td style="width:119px;">21/G/5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">LoggerPro (Software)</td>
			<td style="width:143px;">Vernier</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.vernier.com/products/software/lp/</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Mathematica 8</td>
			<td style="width:143px;">Wolfram</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.wolfram.com/</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">&#160;5x &#8211; 10x variable zoom Galilean beam expander</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td>BE05-10-A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Plano-convex lens with a positive focal length of 75 mm</td>
			<td style="width:143px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">LA1257</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

single wavelength shadow imaging of caenorhabditis elegans locomotion including force estimates

Bu çalışma, pozisyon, hız, ivme ve ışık tek dalga boyuna karşılık olarak su içinde süspansiyon haline getirilmiş bir sütun nematodların ettirici davranışı ile ilgili kuvvetleri gibi fiziksel özelliklerinin ölçümü sağlayan bir ucuz ve basit bir teknik gösterilmiştir. Biz iki farklı örnekler kullanarak Tek Dalgaboyu Gölge Görüntüleme (SWSI) kullanılarak mikroskobik organizmanın lokomosyonu değerlendirmek nasıl gösterilmektedir. İlk örnek C ortalama kökenli bir sistematik ve istatistiksel açıdan bir çalışmadır bir su sütununda elegans. Bu çalışma için, canlı ve ölü vahşitip C kullanılır biz yerçekimi alanındaki ölü solucanlar pasif iniş ile nematod aktif hareketin hızını ve yönünü karşılaştırıldığında elegans., bu çalışmada iniş-zamanlarda hiçbir fark olmadığını göstermiştir. Ortalama iniş tutarlı 633 nm kullanarak hem canlı hem ölü solucanlar için 0.1 mm / sn ± 1.5 mm / snışık. İkinci örnek seçme bireysel C&#39;lik bir vaka çalışması elegans dikey su kolonunda iniş sırasında yönünü değiştirerek. Hızlanma ve kuvvet bu örnekte analiz edilir. Bu vaka çalışması, geleneksel mikroskopları ile erişilebilir olmayan bir ortamda tek dalga boylarını kullanarak davranışlarını değerlendirirken Swsi kullanılarak değerlendirilebilir diğer fiziksel özelliklerinin kapsamını göstermektedir. Tek başına bir nematodu yaklaşık Bu analiz kullanılarak 28 nN aşan bir kuvvet ile agresif yeteneğine sahiptir. Bulgularımız dönüm veya yerçekimi alanına karşı taşırken yaşayan nematod 28 NN uygulamak olduğunu göstermektedir. Bulgular ayrıca nematod pasif bir su sütunu iner öneririz, ancak aktif öncelikle yönünü çevirerek yerçekimi gücüne dayanabilecek.

Sabit Descent İlk soruşturma C azalan oranlarında hiçbir ayırt farklılık gösterir SWSI 633 nm kullanarak sırasında elegans. Azalan oranları canlı ve ölü C hem de 0.1 mm / sn ± 1.5 mm / sn &#39;de sabit olduğu bulundu elegans. 50 solucan bir numune boyutu canlı ve ölü solucanlar her ikisi için de% 7 makul bir varyans oluşturulur. Sürükleme kuvveti yerçekimi kuvveti eksi kaldırma kuvveti eşittir, böylece azalan hızı sabit olduğundan solucanlar üzerinde etkili hiçbir hızlanma yoktur. Bu solucanın yoğunluk suyunkinden biraz daha büyük olduğunu ifade eder; Ancak altındaki tahminleri için bir nematodun yoğunluğunun yaklaşık bu suyun olduğunu varsaymak halen pratik değildir. Değişen Yönü İkinci soruşturma, bir vaka çalışması, nematod yön değiştirme yeteneğine sahiptir ve karşı yukarı yüzebilirsiniz gösteriyoryerçekimi. Bu eğrilerin ikinci türevleri zamana karşı ivme (Şekil 5) grafiğini oluşturmak için yivli olabilir, böylece iki eğrileri nematodun dik yer değiştirme halinde monte edilmiştir. &#160; Bu iyi bir uyum korurken mümkün olduğunca düşük polinom düzeni tutmak için tavsiye edilir. Bir alt polinom düzeni zamanla hızlanma az farklılık gösterir. Polinomun sırası çok yüksek ise, daha yüksek dereceden polinom, ihmal edilebilir ve bu nedenle gereksiz olacaktır. Bu solucan 2 ± 0.002 mm / sn 2, etrafında döner ve kısa bir süre sonrasına kadar aynı oranda 0.110 mm / sn 2 ± 0.002 mm / sn 2 de hızlandırır 0.110 mm / sn sabit bir oranda yavaşlar dönüş noktası. C. ivme sıfıra düşene kadar mm / sn 2 0,00708 t - elegans 1,252 azalan bir ivme ile yukarı doğru hareket eder. Zihin Denk tutulması. 3 ve 3 &amp; # tahmini kitle solucan956, gr, solucan kısa dönüş noktasına kadar sonra 0.33 pN dikey bir net kuvvet, F Ny uğrar. Descent: yerçekimi, sürükle, kaldırma kuvveti ve itme (Şekil 6a): solucan dönüş noktasına ulaşıncaya kadar solucanın üzerine etki eden kuvvetlerin üç tipi vardır. Net kuvvet üç güçlerin vektör toplamına eşittir. Burada dikey bileşenleri sadece düşünün: F Ny = F Dy + F Ty-F g + F B (4) F B kaldırma kuvveti olduğu. F g büyüklük olarak eşittir, ancak solucanın yoğunluğu suyun olduğunu varsayarak kaldırma kuvvetine yönde tersidir. Denk. 4 daha sonra aşağıdaki şekilde yazılabilir: F Ny = F Dy + F Ty (5) F Ny iniş esnasında sabit kalır. Bu imaNematod dönüş noktasına ulaşıncaya kadar F Dy + F Ty sabit kalır. F Dy yolun başlangıcıdır üst, en büyük ve hızlı dönüş noktasında sıfır olana kadar yavaş yavaş sıfıra düşürür F Ty F Ny sabit tutmak için artırmak gerekir. Turnaround: düşey hızı bu noktada sıfıra eşit beri dönüş noktasında düşey yönde hiçbir sürtünme kuvveti yoktur. Şekil 6b&#39;de gösterildiği gibi, K g, kaldırma kuvveti, F ve B dikey sonsuz baskı, F Ty - dikey doğrultuda etki eden kuvvetler, sadece yerçekimi vardır. Bu noktada, C itme elegans belirlenebilir: F Ty = F Ny (6) Yörünge altındaki basınç daha sonra solucan ağırlığının yaklaşık% 0.001 olan 0.33 pN, kabaca eşittir. Dikkate alarakbu hesabı tahmini ağırlığı, bir C F g elegans, 28 nN olduğu Ascent: Benzer şekilde, çıkış, sürükle artar ama aşağı çekti (Şekil 6c) sırasında: F Ny =-F Dy + F Ty (7) Solucan tarafından uygulanan itme şimdi daha büyük olması ve sürükleme kuvvetinin toplamını ve ağırlığını eşit olmalıdır. Solucan kadar yüzmeyi başlayan sonra yavaşlıyor. Solucan soyundan ile aynı oranda yukarı yüzmek için, sonsuz en azından iki kere ağırlığın bir yukarı doğru kuvvet uygulamak gerekir. Gezinip Yaklaşık 3 saniye için iniş yavaşlatan bir solucan bir örneği Şekil 7 de gösterilmiştir. &#160; A 3 üncü derece polinom genel yolu için makul bir seçimdir. Bu uyum ikinci hızlanma ve hız, en hatalar% 15 daha az bulunmaktadır. Solucan önemli bir upwa ile başlarrd itme, yavaşlar ve 68 sn arkanı başlar; Bununla birlikte, yukarı doğru ivme sürekli olarak azalır (Şekil 8) &#160; net ivme sıfır 68.5 çevresinde saniye eşittir kadar. Bu da hız başka bir sıfır noktasına ardından aşağı yönde bir net hızlanmasına neden olur (Şekil 9) &#160; ve nematod 69 sn tekrar inmeye başlar. Bu durumda, gözlemlenen maksimum dikey ivme 2.7 mm / sn 2 olması dikkat çekicidir. Dönüm noktalarında hızlanma / sn 2 0,455 mm ve vardır - sırasıyla 0.455 mm / sn 2; etrafında döner ve yüzer nematod durumunda yaklaşık dört kat daha büyüktür. Denklem kullanma. 6, bu yukarı doğru itme ilk dönüm noktasında yaklaşık 1.32 pN olduğu tahmin edilebilir. Yukarı itme 1.32 pN, böylece ikinci dönüm noktasında, net ivme negatiftir. o: keep-together.within-page = &quot;always&quot;&gt; <img alt="Şekil 1" fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig1.jpg" /> Şekil 1.. Deneysel kurulum. Lazer ışın genişletici, lens ve ekran deneysel kurulum için gereklidir. Direksiyon aynalar ve pinholes ihmal edilebilir, fakat optik hizalama daha az istikrarlı hale getirecek. <img alt="Şekil 2," fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig2.jpg" /> Şekil 2.. Tek Dalgaboyu Gölge Görüntüsü (SWSI). 543 nm lazer ışığı 2 mW bir solucanın gölge kullanarak ekrana yansıtılıyor. Nematod yukarı düşmeye görünür böylece görüntü terstir. 424/51424fig3highres.jpg &quot;src =&quot; / files/ftp_upload/51424/51424fig3.jpg &quot;/&gt; Tek bir yabanitip C Şekil 3.. Dikey iniş su kolonunda elegans. Bu nematod 633 nm tutarlı ışığın gölgesinde kalmıştır. Doğrusal bir uyum eğimi 0.01 mm / sn ± 1.09 mm / sn aşağı hızını gösterir. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51424/51424fig3highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig4.jpg" /> Şekil 4,. Tek bir yukarı doğru yüzme vahşi tipli C değiştirme grafiği elegans. iki yivli uyan nematod genel yolu izlemek. Uyum ikinci türev ivme ortaya koymaktadır. 0.110 mm: maksimum ivme kolayca uyum birinci belirlenir<html> / Sn 2 ± 0.002 mm / sn 2. Veri noktaları ve zinde görünür kalabilir, böylece sadece bir kaç hata çubukları gösterilir. Bu nematod 633 nm tutarlı ışığın gölgesinde kalmıştır. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51424/51424fig4highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 5," fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig5.jpg" /> Tek bir vahşi tipli C Şekil 5,. Hızlanma grafik elegans. Bu nematod yavaşlatacak ve sonra yukarı doğru hareket etmesine neden olan 0.110 mm / sn 2 ± 0.002 mm / sn 2 sabit bir yükseliş ivmesini sürdürüyor. Kısa bir süre dönüş noktasından sonra hızlanma giderek azalmakta ve net ivme sıfıra azalır.<html> g &quot;target =&quot; _blank &quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız. <img alt="Şekil 6," fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig6.jpg" /> Bu güçlerin etkisi birbirlerini iptal böylece noktası ve tırmanış. Buoyancy ve yerçekimi dönüm iniş için Şekil 6. Kuvvet şemaları, yönde büyüklüğü ve karşısında eşittir. Bu nedenle bu diyagramlar gösterilmemektedir. (A) solucan sürükle ve itme yukarı bakacak şekilde azalan edilir. (B) solucan sürükle olmadan yörünge düşük noktada. İtme yukarı işaret ediyor. (C) solucan itme yukarı bakacak iken sürükle aşağı bakacak şekilde yükseliyor. &quot;Src =&quot; / files/ftp_upload/51424/51424fig7.jpg &quot;/&gt; Şekil 7. Tek gezinip nematod Hacmi grafiği. Solucan yavaşlar ve yaklaşık 68 sn civarında dönüş başlar ama yaklaşık 69 saniye azalan başlar. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51424/51424fig7highres.jpg" target="_blank">, bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 8," fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig8.jpg" /> .. Şekil 8 tek bir uçan nematod ivmesi grafiği Bu solucan, 2.7 mm / sn 2 yukarıya doğru bir ivme ile başlar sıfıra düşer ve sonunda bir düşüş ivme var -. 2.6 mm / sn 2 <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51424/51424fig8highres.jpg" target="_blank">daha büyük bir vers görmek için buraya tıklayınız</a>Bu rakamın iyon. <img alt="Şekil 9," fo:content-width="5in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424fig9.jpg" /> Şekil 9. Tek bir uçan nematod Velocity grafiği. Bu solucan 68 sn durma noktasına gelir ve yukarı baş başlar, yavaşlar ve bir iniş ardından 69 sn dikey yönde sıfır hız ulaşır. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/51424/51424fig9highres.jpg" target="_blank">bir görüntülemek için lütfen buraya tıklayınız Bu rakamın büyük bir versiyonu.</a> <img alt="Tablo 1" fo:content-width="4in" fo:src="/files/ftp_upload/51424/51424table1highres.jpg" src="/files/ftp_upload/51424/51424table1.jpg" width="400" /> N2 C Tablo 1.. Ortalama iniş hızları elegans. canlı 50 ve 50 ölü nematod tr vardırOnların iniş sırasında acked. Inişlerde için ortalama hız Canlı ve ölü solucanlar için aynıdır: 0.1 mm / sn ± 1.5 mm / sn.

Watch this Scientific Journal Video about Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates at JoVE.com

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

Burada sunulan tekniği özgürce tek dalga boyu maruz kullanılarak mikroskobik türler yüzme yolunu ölçer. C. elegans pahalı mikroskoplar için ucuz bir alternatif olarak gölge görüntüleme göstermek için kullanılır. Bu teknik yönü, hız, ivme ve güçlerini ölçmek için çeşitli yönelimleri, ortamları ve türler karşılamak için adapte edilebilir.

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, ...

single-wavelength-shadow-imaging-caenorhabditis-elegans-locomotion

Nanyang Technological University

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

Unit 1

Newton's Laws of Motion

SCIENTISTS IN ACTION

9.1K Görüntüleme.  Vassar College.  Burada sunulan tekniği özgürce tek dalga boyu maruz kullanılarak mikroskobik türler yüzme yolunu ölçer. C. elegans pahalı mikroskoplar için ucuz bir alternatif olarak gölge görüntüleme göstermek için kullanılır. Bu teknik yönü, hız, ivme ve güçlerini ölçmek için çeşitli yönelimleri, ortamları ve türler karşılamak için adapte edilebilir. 

Video: Single Wavelength Shadow Imaging of Caenorhabditis elegans Locomotion Including Force Estimates

Compact Quantum Dots for Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging is an important tool for understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the spatial and temporal heterogeneity of molecular behaviors that underlie cellular biology 1-4. To image an individual molecule of interest, it is typically conjugated to a fluorescent tag (dye, protein, bead, or quantum dot) and observed with epifluorescence or total internal reflection fluorescence (TIRF) microscopy. While dyes and fluorescent proteins have been the mainstay of fluorescence imaging for decades, their fluorescence is unstable under high photon fluxes necessary to observe individual molecules, yielding only a few seconds of observation before complete loss of signal. Latex beads and dye-labeled beads provide improved signal stability but at the expense of drastically larger hydrodynamic size, which can deleteriously alter the diffusion and behavior of the molecule under study.
Quantum dots (QDs) offer a balance between these two problematic regimes. These nanoparticles are composed of semiconductor materials and can be engineered with a hydrodynamically compact size with exceptional resistance to photodegradation 5. Thus in recent years QDs have been instrumental in enabling long-term observation of complex macromolecular behavior on the single molecule level. However these particles have still been found to exhibit impaired diffusion in crowded molecular environments such as the cellular cytoplasm and the neuronal synaptic cleft, where their sizes are still too large 4,6,7.
Recently we have engineered the cores and surface coatings of QDs for minimized hydrodynamic size, while balancing offsets to colloidal stability, photostability, brightness, and nonspecific binding that have hindered the utility of compact QDs in the past 8,9. The goal of this article is to demonstrate the synthesis, modification, and characterization of these optimized nanocrystals, composed of an alloyed HgxCd1-xSe core coated with an insulating CdyZn1-yS shell, further coated with a multidentate polymer ligand modified with short polyethylene glycol (PEG) chains (Figure 1). Compared with conventional CdSe nanocrystals, HgxCd1-xSe alloys offer greater quantum yields of fluorescence, fluorescence at red and near-infrared wavelengths for enhanced signal-to-noise in cells, and excitation at non-cytotoxic visible wavelengths. Multidentate polymer coatings bind to the nanocrystal surface in a closed and flat conformation to minimize hydrodynamic size, and PEG neutralizes the surface charge to minimize nonspecific binding to cells and biomolecules. The end result is a brightly fluorescent nanocrystal with emission between 550-800 nm and a total hydrodynamic size near 12 nm. This is in the same size range as many soluble globular proteins in cells, and substantially smaller than conventional PEGylated QDs (25-35 nm).

We describe the preparation of colloidal quantum dots with minimized hydrodynamic size for single-molecule fluorescence imaging. Compared to conventional quantum dots, these nanoparticles are similar in size to globular proteins and are optimized for single-molecule brightness, stability against photodegradation, and resistance to nonspecific binding to proteins and cells.

Tek molekül Görüntüleme için kompakt Kuantum Noktaları

Single-molecule imaging is an important tool for  understanding the mechanisms of biomolecular function and for visualizing the  spatial and temporal ...

Mühendislik

Scanning-probe Single-electron Capacitance Spectroscopy

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the electronic quantum structure of small systems - including individual atomic dopants in semiconductors. Here we present a capacitance-based method, known as Subsurface Charge Accumulation (SCA) imaging, which is capable of resolving single-electron charging while achieving sufficient spatial resolution to image individual atomic dopants. The use of a capacitance technique enables observation of subsurface features, such as dopants buried many nanometers beneath the surface of a semiconductor material1,2,3. In principle, this technique can be applied to any system to resolve electron motion below an insulating surface.
As in other electric-field-sensitive scanned-probe techniques4, the lateral spatial resolution of the measurement depends in part on the radius of curvature of the probe tip. Using tips with a small radius of curvature can enable spatial resolution of a few tens of nanometers. This fine spatial resolution allows investigations of small numbers (down to one) of subsurface dopants1,2. The charge resolution depends greatly on the sensitivity of the charge detection circuitry; using high electron mobility transistors (HEMT) in such circuits at cryogenic temperatures enables a sensitivity of approximately 0.01 electrons/Hz&frac12; at 0.3 K 5.

Scanning-probe single-electron capacitance spectroscopy facilitates the study of single-electron motion in localized subsurface regions. A sensitive charge-detection circuit is incorporated into a cryogenic scanning probe microscope to investigate small systems of dopant atoms beneath the surface of semiconductor samples.

Tarama-prob Tek elektron Kapasite Spektroskopisi

The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

Atomic Force Microscopy of Red-Light Photoreceptors Using PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be measured to ~10 pN by a laser and sectored detector, which can be converted to image topography. Amplitude modulation or &#8220;tapping mode&#8221; AFM involves the probe making intermittent contact with the surface while oscillating at its resonant frequency to produce an image. Used in conjunction with a fluid cell, tapping-mode AFM enables the imaging of biological macromolecules such as proteins in physiologically relevant conditions. Tapping-mode AFM requires manual tuning of the probe and frequent adjustments of a multitude of scanning parameters which can be challenging for inexperienced users. To obtain high-quality images, these adjustments are the most time consuming.
PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) produces an image by measuring a force response curve for every point of contact with the sample. With ScanAsyst software, PF-QNM can be automated. This software adjusts the set-point, drive frequency, scan rate, gains, and other important scanning parameters automatically for a given sample. Not only does this process protect both fragile probes and samples, it significantly reduces the time required to obtain high resolution images. PF-QNM is compatible for AFM imaging in fluid; therefore, it has extensive application for imaging biologically relevant materials.
The method presented in this paper describes the application of PF-QNM to obtain images of a bacterial red-light photoreceptor, RpBphP3 (P3), from photosynthetic R. palustris in its light-adapted state. Using this method, individual protein dimers of P3 and aggregates of dimers have been observed on a mica surface in the presence of an imaging buffer. With appropriate adjustments to surface and/or solution concentration, this method may be generally applied to other biologically relevant macromolecules and soft materials.

A method for investigating the structure of a protein photoreceptor using atomic force microscopy (AFM) is described in this paper. PeakForce Quantitative Nanomechanical Property Mapping (PF-QNM) reveals intact protein dimers on a mica surface.

PeakForce Kantitatif Nanomekanik Gayrimenkul Eşleme Kullanma Kırmızı Işık fotoreseptör Atomik Kuvvet Mikroskobu

Atomic force microscopy (AFM) uses a pyramidal tip attached to a cantilever to probe the force response of a surface. The deflections of the tip can be ...

Preparation and Friction Force Microscopy Measurements of Immiscible, Opposing Polymer Brushes

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low friction at the interface. Nevertheless, these systems can be sensitive to wear due to interdigitation of the opposing brushes. In a recent publication, we have shown via molecular dynamics simulations and atomic force microscopy experiments, that using an immiscible polymer brush system terminating the substrate and the slider surfaces, respectively, can eliminate such interdigitation. As a consequence, wear in the contacts is reduced. Moreover, the friction force is two orders of magnitude lower compared to traditional miscible polymer brush systems. This newly proposed system therefore holds great potential for application in industry. Here, the methodology to construct an immiscible polymer brush system of two different brushes each solvated by their own preferred solvent is presented. The procedure how to graft poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) from a flat surface and poly(methyl methacrylate) (PMMA) from an atomic force microscopy (AFM) colloidal probe is described. PNIPAM is solvated in water and PMMA in acetophenone. Via friction force AFM measurements, it is shown that the friction for this system is indeed reduced by two orders of magnitude compared to the miscible system of PMMA on PMMA solvated in acetophenone.

The methodology to perform friction force microscopy experiments for contacting brushes is presented: Two polymer brushes that are grafted from (a) substrates and (b) colloidal probes are slid to show that, by using two contacting immiscible brush systems, friction in sliding contacts is reduced compared to miscible brush systems.

Polimer Fırçalar Karşı karışmayan hazırlanması ve Sürtünme Kuvvet Mikroskobu Ölçümleri,

Solvated polymer brushes are well known to lubricate high-pressure contacts, because they can sustain a positive normal load while maintaining low ...

Investigating Single Molecule Adhesion by Atomic Force Spectroscopy

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. At the same time the AFM tip is passivated to prevent unspecific interactions between the tip and the substrate, which is a prerequisite to study single molecules attached to the AFM tip. Analyses to determine the adhesion force, the adhesion length, and the free energy of these molecules on solid surfaces and bio-interfaces are shortly presented and external references for further reading are provided. Example molecules are the poly(amino acid) polytyrosine, the graft polymer PI-g-PS and the phospholipid POPE (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine). These molecules are desorbed from different surfaces like CH3-SAMs, hydrogen terminated diamond and supported lipid bilayers under various solvent conditions. Finally, the advantages of force spectroscopic single molecule experiments are discussed including means to decide if truly a single molecule has been studied in the experiment.

A protocol to couple a large variety of single molecules covalently onto an AFM tip is presented. Procedures and examples to determine the adhesion force and free energy of these molecules on solid supports and bio-interfaces are provided.

Atomik Kuvvet Spektroskopi Tek Molekül Yapışma incelenmesi

Atomic force spectroscopy is an ideal tool to study molecules at surfaces and interfaces. An experimental protocol to couple a large variety of single ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

Tek plasmonik Nanoparçacığı gelen doğrusal olmayan Saçılma Ölçülmesi

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

Hiperpolarize Manyetik Rezonans Ajanlar Araştırmaları bir Multi-bölmesi Dinamik Tek Enzim Phantom Kullanımı

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown that when operated in amplitude-modulation (tapping) mode, atomic or molecular-level resolution images can be achieved over a wide range of soft and hard samples in liquid. In these situations, small oscillation amplitudes (SAM-AFM) enhance the resolution by exploiting the solvated liquid at the surface of the sample. Although the technique has been successfully applied across fields as diverse as materials science, biology and biophysics and surface chemistry, obtaining high-resolution images in liquid can still remain challenging for novice users. This is partly due to the large number of variables to control and optimize such as the choice of cantilever, the sample preparation, and the correct manipulation of the imaging parameters. Here, we present a protocol for achieving high-resolution images of hard and soft samples in fluid using SAM-AFM on a commercial instrument. Our goal is to provide a step-by-step practical guide to achieving high-resolution images, including the cleaning and preparation of the apparatus and the sample, the choice of cantilever and optimization of the imaging parameters. For each step, we explain the scientific rationale behind our choices to facilitate the adaptation of the methodology to every user's specific system.

We present a method for achieving sub-nanometer resolution images with amplitude-modulation (tapping mode) atomic force microscopy in liquid. The method is demonstrated on commercial atomic force microscopes. We explain the rationale behind our choices of parameters and suggest strategies for resolution optimization.

Sıvı olarak Genlik modülasyonu Atomik Kuvvet Mikroskobu ile alt nanometre Çözünürlüklü Görüntüleme

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Measurement of Quantum Interference in a Silicon Ring Resonator Photon Source

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit manipulation, and integrated single-photon detectors. Here, we present the key aspects of preparing and testing a silicon photonic quantum chip with an integrated photon source and two-photon interferometer. The most important aspect of an integrated quantum circuit is minimizing loss so that all of the generated photons are detected with the highest possible fidelity. Here, we describe how to perform low-loss edge coupling by using an ultra-high numerical aperture fiber to closely match the mode of the silicon waveguides. By using an optimized fusion splicing recipe, the UHNA fiber is seamlessly interfaced with a standard single-mode fiber. This low-loss coupling allows the measurement of high-fidelity photon production in an integrated silicon ring resonator and the subsequent two-photon interference of the produced photons in a closely integrated Mach-Zehnder interferometer. This paper describes the essential procedures for the preparation and characterization of high-performance and scalable silicon quantum photonic circuits.

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum systems. Presented here is a method for preparing and testing a silicon photonic chip for quantum measurements.

Silikon Halka Rezonatörü Foton Kaynak Kuantum Girişim ölçümü

Silicon photonic chips have the potential to realize complex integrated quantum information processing circuits, including photon sources, qubit ...

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to classify nematodes using temporal far-field diffraction signatures. A single C. elegans is suspended in a water column inside an optical cuvette. A 632 nm continuous wave HeNe laser is directed through the cuvette using front surface mirrors. A significant distance of at least 20-30 cm traveled after the light passes through the cuvette ensures a useful far-field (Fraunhofer) diffraction pattern. The diffraction pattern changes in real time as the nematode swims within the laser beam. The photodiode is placed off-center in the diffraction pattern. The voltage signal from the photodiode is observed in real time and recorded using a digital oscilloscope. This process is repeated for 139 wild type and 108 &#34;roller&#34; C. elegans. Wild type worms exhibit a rapid oscillation pattern in solution. The &#34;roller&#34; worms have a mutation in a key component of the cuticle that interferes with smooth locomotion. Time intervals that are not free of saturation and inactivity are discarded. It is practical to divide each average by its maximum to compare relative intensities. The signal for each worm is Fourier transformed so that the frequency pattern for each worm emerges. The signal for each type of worm is averaged. The averaged Fourier spectra for the wild type and the &#34;roller&#34; C. elegans are distinctly different and reveal that the dynamic worm shapes of the two different worm strains can be distinguished using Fourier analysis. The Fourier spectra of each worm strain match an approximate model using two different binary worm shapes that correspond to locomotory moments. The envelope of the averaged frequency distribution for actual and modeled worms confirms the model matches the data. This method can serve as a baseline for Fourier analysis for many microscopic species, as every microorganism will have its unique Fourier spectrum.

Fourier-Based Diffraction Analysis of Live Caenorhabditis elegans

This manuscript describes how to distinguish different nematodes using far-field diffraction signatures. We compare the locomotion of 139 wild type and 108 &#34;Roller&#34; C. elegans by averaging frequencies associated with the temporal Fraunhofer diffraction signature at a single location using a continuous wave laser.

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 ...

Tek Dalgaboyu Gölge Görüntüleme

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler