इमेजिंग रूट बाल एक दो परत Microfluidic मंच में Arabidopsis seedlings के आकारिकी
Summary
यह लेख कैसे एक दो परत microfluidic मंच है कि मुख्य जड़ और एक ऑप्टिकल विमान के लिए रूट बाल परिभाषित में संस्कृति Arabidopsis thaliana seedlings को दर्शाता है. इस मंच के वास्तविक समय ऑप्टिकल इमेजिंग के लिए ठीक जड़ आकारिकी के रूप में के रूप में अच्छी तरह से अन्य साधनों से उच्च संकल्प इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
Abstract
रूट बाल संयंत्र द्वारा बेहतर पानी को लेने और पोषक तत्व अवशोषण के लिए रूट सतह क्षेत्र में वृद्धि. क्योंकि वे आकार में छोटे हैं और अक्सर अपने प्राकृतिक पर्यावरण, रूट बाल आकारिकी और समारोह से छिप रहे हैं अध्ययन करने के लिए मुश्किल है और अक्सर संयंत्र अनुसंधान से बाहर रखा. हाल के वर्षों में, microfluidic प्लेटफार्मों एक तरह से एक इमेजिंग प्रणाली को हस्तांतरण के दौरान जड़ें परेशान बिना उच्च संकल्प में जड़ प्रणाली कल्पना की पेशकश की है. microfluidic मंच प्रस्तुत यहाँ पिछले संयंत्र पर बनाता है एक दो परत उपकरण को शामिल करके एक चिप अनुसंधान के लिए रूट बाल के रूप में एक ही ऑप्टिकल विमान के लिए Arabidopsis thaliana मुख्य जड़ को सीमित. इस डिजाइन एक सेलुलर और organelle स्तर पर रूट बाल के ठहराव सक्षम बनाता है और यह भी z-प्रयोगात्मक उपचार के अलावा के दौरान बहती धुरी रोकता है. हम वर्णन कैसे एक निहित और हाइड्रेटेड वातावरण में उपकरणों की दुकान के लिए, तरल पदार्थ पंपों के लिए की आवश्यकता के बिना, जबकि अंकुर के लिए एक gnotobiotic वातावरण बनाए रखने. ऑप्टिकल इमेजिंग प्रयोग के बाद, उपकरण disassembled जा सकता है और परमाणु सेना के लिए एक सब्सट्रेट के रूप में इस्तेमाल किया है या इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी स्कैनिंग जबकि ठीक रूट संरचनाओं बरकरार रखते हुए.
Introduction
ठीक जड़ सुविधाओं के संयंत्र के लिए पानी और पोषक तत्व अधिग्रहण बढ़ाने के लिए, नई मिट्टी रिक्त स्थान की खोज और कुल जड़ सतह क्षेत्र में वृद्धि. इन ठीक जड़ सुविधाओं का कारोबार भूमिगत खाद्य श्रृंखला1 उत्तेजक में एक प्रमुख भूमिका निभाता है और कुछ संयंत्र प्रजातियों में ठीक जड़ों की संख्या को ऊंचा वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड2के तहत डबल की उम्मीद है. ठीक जड़ें आमतौर पर व्यास में 2 मिमी से छोटे उन के रूप में परिभाषित कर रहे हैं, हालांकि नई परिभाषाएँ उनके समारोह3द्वारा निस्र्पक ठीक जड़ों के लिए अधिवक्ता. कई ठीक जड़ें की तरह, जड़ बाल ऊपर उठाने और अवशोषण के समारोह प्रदान करते हैं, लेकिन माइक्रोन के आदेश पर व्यास के साथ एक बहुत छोटे स्थान पर कब्जा. क्योंकि उनके छोटे आकार की, रूट बाल स्वस्थानी में छवि के लिए मुश्किल कर रहे हैं और अक्सर क्षेत्र स्केल प्रयोगों और मॉडलों में समग्र रूट वास्तुकला के एक भाग के रूप में अनदेखी कर रहे हैं.
पूर्व टेरा रूट बाल अध्ययन, जैसे कि अंकुरित प्लेटों पर उगाया जाता है, सेलुलर विकास और परिवहन4,5पर बहुमूल्य जानकारी के साथ वैज्ञानिक समुदाय प्रदान की है. जबकि, वे पोषक तत्वों, संयंत्र हार्मोन, या जीवाणु के रूप में प्रयोगात्मक उपचार के अलावा के लिए उच्च पर्यावरण नियंत्रण की पेशकश नहीं करते हैं, जबकि एक प्रकार की प्लेटें रूट सिस्टम के लिए छवि गैर विनाशकारी और वास्तविक समय में अनुमति देते हैं. उच्च संकल्प इमेजिंग को सुविधाजनक बनाने के लिए एक उभरते समाधान जबकि भी गतिशील पर्यावरण नियंत्रण बर्दाश्त संयंत्र अध्ययन के लिए microfluidic प्लेटफार्मों के आगमन किया गया है. इन प्लेटफार्मों उच्च throughput phenotyping6,7,8,9, अलग रासायनिक उपचार के लिए कई संयंत्र प्रजातियों के गैर विनाशकारी विकास और दृश्य सक्षम है 10, सेना माप11,12, और सूक्ष्मजीवों13के अलावा. Microfluidic मंच डिजाइन एकल खुले अंतरिक्ष द्रवी परतें जिसमें जड़ें प्रचार कर सकते हैं के उपयोग पर ध्यान केंद्रित किया है, जड़ बाल में और विकास या उपचार के दौरान ऑप्टिकल फोकस के बाहर बहाव की अनुमति.
यहाँ हम एक दो परत microfluidic तस्वीर और नरम-लिथोग्राफी तरीकों कि पिछले संयंत्र पर बनाता है का उपयोग कर मंच विकसित करने के लिए एक प्रक्रिया वर्तमान मुख्य जड़ के रूप में एक ही इमेजिंग विमान के लिए अंकुर रूट बाल शोधन द्वारा चिप डिजाइन. यह हमें वास्तविक समय में रूट बाल विकास को ट्रैक करने के लिए, उच्च संकल्प में, और प्रयोगात्मक उपचार प्रक्रिया के दौरान अनुमति देता है. हमारे संवर्धन तरीकों की अनुमति दें Arabidopsis thaliana अंकुरित करने के लिए मंच के भीतर बीज से अंकुरित और एक हाइड्रेटेड और बाँझ वातावरण में एक सप्ताह के लिए है कि सिरिंज पंप उपकरण के उपयोग की आवश्यकता नहीं है में संस्कृति. एक बार समय चूक इमेजिंग प्रयोग निष्कर्ष निकाला है, यहाँ प्रस्तुत मंच बेहतर जड़ सुविधाओं की स्थिति परेशान किए बिना खोला जा सकता है. यह अन्य उच्च रिज़ॉल्यूशन इमेजिंग विधियों का उपयोग की अनुमति देता है । यहाँ हम ठहराव और रूट बाल आकारिकी के दृश्य के लिए प्रतिनिधि परिणाम प्रदान ऑप्टिकल द्वारा इस मंच में, इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (SEM) स्कैनिंग, और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी तकनीक (AFM).
Protocol
Representative Results
Discussion
एक संयंत्र पर एक चिप मंच बनाने के लिए इस लेख में वर्णित विधि पर एक अद्वितीय है कि दो परत डिजाइन एक इमेजिंग विमान के लिए रूट बाल परिभाषित और मंच का निर्माण किया जा सकता है और उच्च संकल्प गैर ऑप्टिकल इमेजिं…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह पांडुलिपि केन्द्र शासित प्रदेशों द्वारा किया गया है बैटल, अनुबंध नहीं के तहत LLC. DE-AC05-00OR22725 अमेरिकी ऊर्जा विभाग के साथ. संयुक्त राज्य अमेरिका सरकार को बरकरार रखती है और प्रकाशक, प्रकाशन के लिए लेख को स्वीकार करके, स्वीकार करते हैं कि संयुक्त राज्य अमेरिका की सरकार को एक गैर अनन्य, भुगतान अप, स्थिर, दुनिया चौड़ा लाइसेंस को प्रकाशित करने या प्रकाशित फार्म का पुनरुत्पादन इस पांडुलिपि, या दूसरों को ऐसा करने की अनुमति, संयुक्त राज्य अमेरिका के लिए सरकार के प्रयोजनों के लिए. ऊर्जा विभाग डो पब्लिक एक्सेस योजना (http://energy.gov/downloads/doe-public-access-plan) के अनुसार संघीय प्रायोजित अनुसंधान के इन परिणामों के लिए सार्वजनिक पहुँच प्रदान करेगा.
इस काम के हिस्से में जीनोमिक विज्ञान कार्यक्रम, अमेरिका ऊर्जा विभाग, विज्ञान, जैविक और पर्यावरण अनुसंधान के कार्यालय, संयंत्र जीव इंटरफेस के भाग के रूप में वैज्ञानिक फोकस क्षेत्र (http://pmi.ornl.gov) द्वारा समर्थित था. microfluidic प्लेटफार्मों का निर्माण Nanophase सामग्री विज्ञान के लिए केंद्र में Nanofabrication अनुसंधान प्रयोगशाला में किया गया था, जो विज्ञान उपयोगकर्ता सुविधा के एक डो कार्यालय है. JAA एक NSF स्नातक अनुसंधान फैलोशिप एण् द्वारा समर्थित है-१४५२१५४
Materials
| Silicon Wafer | WRS Materials | 100mm diameter, 500-550um thickness, Prime, 10-20 resistivity, N/Phos<100> | |
| Quintel Contact Aligner | Neutronix Quintel Corp | NXQ 7500 Mask Aligner | |
| Fluorescent Microscope | Nikon | Eclipse Ti-U | |
| laboratory tissue | Kimberly Clark | Kimwipe KIMTECH SCIENCE Brand, 34155 | |
| Negative Photoresist Epoxy | Microchem | SU-8 2000s series | |
| Photoresist developer | Microchem | Su-8 developer | |
| trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluoro-octyl)silane | Sigma Aldrich | use in chemical hood | |
| Air Plasma Cleaner | Harrick Plasma | ||
| PDMS | Dow Corning | Sylgard 184 Silicone elastomer base | |
| PDMS curing agent | Dow Corning | Sylgard 184 Silicone elastomer curing agent | |
| Dessicator | Bel-Art | F42010-000 | |
| Scalpel | X-acto knife | ||
| Biopsy Punch | Ted Pella | 15110-15 | |
| Adhesive tape | Staples | Invisible Tape | |
| Microfuge tube | Eppendorf | ||
| Triton X | J.T.Baker XI98-07 | ||
| Bleach | Chlorox | concentrated | |
| Plant-Based Media | Phyto Technology Laboratories | M524 | |
| Agar | Teknova | A7777 | |
| Wax film | Parafilm | ||
| microscope | Olympus | IX51 | |
| Atomic Force Microscope | Keysight Technologies | 5500 PicoPlus AFM | |
| Petri dish | VWR | ||
| Scanning Electron Microscope | JEOL | 7400 | |
| Dual Gun Electron Beam Evaporator | Thermionics | Custom Dual Electron Gun Evaporation System |
References
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