2 층 미세 플랫폼에서 애기 모종의 루트 머리 형태를 이미징
Summary
이 문서에서는 기본 루트 및 루트 머리카락 하나의 광학 평면을 제한 하는 2 층 미세 플랫폼에서 애기 thaliana 묘 문화 하는 방법을 보여줍니다. 이 플랫폼은 다른 방법으로 고해상도 영상 뿐만 아니라 좋은 루트 형태학의 실시간 광학 영상에 대 한 사용할 수 있습니다.
Abstract
루트 머리카락 더 나은 물 통풍 관 및 식물에 의해 영양소 흡수에 대 한 루트 표면 영역을 증가. 왜냐하면 그들은 작은 크기와 그들의 자연 환경에 의해 종종 가려진, 루트 머리 형태 및 기능 있으며 공부 하기 어려운 식물 연구에서 종종 제외. 최근 몇 년 동안, 미세 플랫폼 이미징 시스템에 전송 하는 동안 뿌리를 방해 하지 않고 높은 해상도에서 루트 시스템을 시각화 하는 방법을 제안 했다. 미세 플랫폼 제시 여기 빌드 이전 공장 온 칩 연구에 루트 머리와 같은 광학 평면을 애기 thaliana 주요 루트를 제한 하려면 2 계층 장치를 통합 하 여. 이 디자인 수는 휴대에 루트 머리카락의 정량화 및 세포 기관이 수준 및 또한 방지 실험적 치료의 추가 동안 표류 하는 z 축. 우리는 경종에 대 한 gnotobiotic 환경을 유지 하면서 유체 펌프에 대 한 필요 없이 포함 된 및 수 화 환경에서 장치를 저장 하는 방법을 설명 합니다. 광학 이미징 실험 후 장치는 분해 고 원자 힘 또는 좋은 루트 구조를 그대로 유지 하면서 전자 현미경을 스캐닝 기판으로 사용 될 수 있습니다.
Introduction
좋은 루트 기능 증가 물, 식물, 새로운 토양 공간을 탐험 하 고 증가 하는 전체 루트 영역에 대 한 영양소 수집. 이러한 좋은 루트 기능 회전율 지 먹이 사슬1 자극에 중요 한 역할 그리고 특정 식물 종에 잘 뿌리 수는 높은 대기 이산화탄소에서 두 배로 예상된2. 잘 뿌리는 일반적으로로 정의 그 직경, 2mm 보다 작은 비록 그들의 기능3잘 뿌리를 특성화에 대 한 새로운 정의 옹호. 많은 정밀한 뿌리 처럼 루트 머리카락 글귀와 흡수의 기능을 제공 하지만 미크론 순서 직경을 가진 많은 더 작은 공간을 차지. 그들의 소형 때문에 루트 머리 이미지에 제자리에서 하기 어려운 고 필드 규모 실험 및 모델에 전체 루트 아키텍처의 한 부분으로 수시로 간과 된다.
루트 머리 테라 전 연구, 한 천 배지에서 자란 묘 목부터 등, 세포 성장 및 전송4,5에 대 한 귀중 한 정보 과학 커뮤니티 제공. 한 천 배지는 비소와 실시간으로 이미지를 루트 시스템을 허용, 그들은 영양소, 식물 호르몬, 또는 박테리아 같은 실험적 치료의 추가 대 한 높은 환경 제어를 제공 하지 않습니다. 고해상도 이미징 동안 동적 환경 제어 affording 식물 연구를 위한 미세 플랫폼의 출현을 촉진 하는 새로운 솔루션입니다. 이러한 플랫폼 비 파괴적인 성장 및 높은 처리량 형질6,7,,89, 고립 된 화학 치료에 대 한 몇 가지 식물 종의 시각화 사용 하는 10, 힘 측정11,12, 그리고 미생물13의 추가. 미세 플랫폼 디자인 단일 오픈 스페이스 유체 레이어는 뿌리 수 전파, 허용 루트 머리카락 성장 또는 치료 하는 동안 광학 초점 밖 드리프트의 사용에 집중 했다.
여기 우리은 이전 공장에 칩 디자인 주요 루트와 같은 영상 평면에 경종 루트 머리카락을 수감 하 여 구축 하는 2 층 미세 플랫폼 사진 및 소프트-리소 그래피 방법을 사용 하 여 개발을 위한 절차를 제시. 실시간으로, 높은 해상도, 그리고 실험적인 치료 과정 전반에 걸쳐 루트 머리 개발을 추적할 수 있습니다. 우리의 자란 메서드 애기 thaliana 묘 씨 플랫폼 및 주사기 펌프 장비의 사용을 필요로 하지 않는 수산화 하 고 메 마른 환경에서 주일에 대 한 교양에서 출 아 했다 수를 수 있습니다. 시간 경과 영상 실험 결론은, 일단 여기에 제시 된 플랫폼 미세한 루트 기능 들의 위치를 방해 하지 않고 열 수 있습니다. 다른 고해상도 이미징 방법의 사용 수 있습니다. 여기 우리 제공 대표 결과 정량화와이 플랫폼에서 루트 머리 형태학의 시각화에 대 한 광학, 스캐닝 전자 현미경 (SEM), 및 원자 힘 현미경 검사 법 기술 (AFM).
Protocol
Representative Results
Discussion
식물-칩 플랫폼을 만들기 위한이 문서에서 설명 하는 메서드는 독특한 2 층 디자인 경계 단일 영상 평면과 플랫폼 루트 머리카락 deconstructed 수 있으며 높은 해상도 비 광학 이미징 기판으로 사용 . 고해상도 비 광학 이미징 사용 하 여 광학 이미징 혼자에서 얻어질 수 있는 식물 조직에 대 한 유용한 정보를 제공할 수 있습니다. 예를 들어, AFM 이미지 힘 측정 개발 중 이나 특정 화학 또는 생물 학적 ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 원고 UT-Battelle, 계약 번호 아래 LLC에 의해 작성 되었습니다. 드-AC05-00OR22725 미국 에너지 부와 함께. 미국 정부를 유지 하 고 게시자, 게시를 위해 문서를 수락 하 여 인정 미국 정부는 비-, 유료-, 돌이킬 수 없는 세계적인 라이센스를 게시 또는 게시 된 형태의 재현 유지 이 원고 또는 다른 미국 정부 목적을 위해, 이렇게. 에너지의 DOE 공용 액세스 계획 (http://energy.gov/downloads/doe-public-access-plan)에 따라 연방 후원된 연구의 이러한 결과에 대 한 공개 액세스를 제공 합니다.
이 작품은 게놈 과학 프로그램, 미국 에너지 부, 과학, 생물학 및 환경 연구, 식물 미생물 인터페이스 과학적인 초점 영역 (http://pmi.ornl.gov)의 일환으로 일부 지원 했다. 미세 플랫폼의 제조 실행 되었다 센터 Nanofabrication 연구소에 대 한 Nanophase 물자는 과학, 과학 사용자 시설의 암컷 사무실. JAA는 NSF 대학원 연구 친교 당선-1452154에 의해 지원 됩니다.
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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