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ऑप्टिकल जुटना इलास्टोग्राफी का उपयोग करके पर्यावरण बायोफिल्म के लोचदार गुणों की मात्रा निर्धारित करना

Published: March 1, 2024 doi: 10.3791/66118
Automatic Translation
1, 2, 3, 4, 2, 1,2,3
1Theoretical and Applied Mechanics Program, Northwestern University, 2Civil and Environmental Engineering Department, Northwestern University, 3Mechanical Engineering Department, Northwestern University, 4Black & Veatch

Summary

यह पत्र ऑप्टिकल जुटना इलास्टोग्राफी (ओसीई) तकनीक की प्रभावकारिता को तेजी से और गैर-विनाशकारी रूप से बायोफिल्म लोचदार गुणों की विशेषता पर प्रकाश डालता है। हम सटीक माप के लिए महत्वपूर्ण ओसीई कार्यान्वयन प्रक्रियाओं को स्पष्ट करते हैं और दो दानेदार बायोफिल्म के लिए यंग के मापांक मूल्यों को प्रस्तुत करते हैं।

Abstract

बायोफिल्म जटिल बायोमैटेरियल्स हैं जिनमें स्व-निर्मित बाह्य बहुलक पदार्थों (ईपीएस) में संलग्न माइक्रोबियल कोशिकाओं का एक सुव्यवस्थित नेटवर्क शामिल है। यह पत्र बायोफिल्म के लोचदार लक्षण वर्णन के लिए तैयार ऑप्टिकल जुटना इलास्टोग्राफी (ओसीई) माप के कार्यान्वयन का एक विस्तृत विवरण प्रस्तुत करता है। OCE एक गैर-विनाशकारी ऑप्टिकल तकनीक है जो उच्च स्थानिक और लौकिक संकल्प के साथ आंशिक रूप से पारदर्शी नरम सामग्री के माइक्रोस्ट्रक्चर, आकृति विज्ञान और विस्कोलेस्टिक गुणों के स्थानीय मानचित्रण को सक्षम बनाती है। हम इस तकनीक के सही कार्यान्वयन के लिए आवश्यक प्रक्रियाओं का विवरण देने वाली एक व्यापक मार्गदर्शिका प्रदान करते हैं, साथ ही एकत्रित माप से दानेदार बायोफिल्म के थोक यंग के मापांक का अनुमान लगाने के लिए एक पद्धति के साथ। इनमें सिस्टम सेटअप, डेटा अधिग्रहण और पोस्टप्रोसेसिंग शामिल हैं। चर्चा में, हम OCE में उपयोग किए जाने वाले सेंसर की अंतर्निहित भौतिकी में तल्लीन हैं और OCE माप के स्थानिक और लौकिक तराजू के बारे में मूलभूत सीमाओं का पता लगाते हैं। हम पर्यावरणीय बायोफिल्म के लोचदार माप की सुविधा के लिए ओसीई तकनीक को आगे बढ़ाने के लिए संभावित भविष्य के निर्देशों के साथ निष्कर्ष निकालते हैं।

Introduction

अपशिष्ट जल उपचार और जल संसाधन वसूली में, संलग्न विकास रिएक्टरों में लाभकारी बायोफिल्म तेजी से नियोजित होते हैं ताकि रोगाणुओं को कार्बनिक पदार्थ, नाइट्रोजन और फॉस्फेट जैसे अवांछनीय प्रदूषकों को स्थिर रूपों में परिवर्तित करने में सक्षम बनाया जा सके,जिन्हें आसानी से पानी से हटाया जा सकता है। इन प्रणालियों में, बायोफिल्म का आकस्मिक कार्य, अर्थात् जैव रासायनिक परिवर्तन, इसमें रहने वाले रोगाणुओं की विविधता और इन रोगाणुओंको प्राप्त पोषक तत्वों के साथ निकटता से जुड़ा हुआ है। तदनुसार, चल रही बायोफिल्म वृद्धि लगातार रिएक्टर कार्यक्षमता को बनाए रखने के लिए एक चुनौती पैदा कर सकती है क्योंकि नई बायोफिल्म वृद्धि बायोफिल्म की समग्र चयापचय प्रक्रियाओं, बड़े पैमाने पर हस्तांतरण विशेषताओं और सामुदायिक संरचना को बदल सकती है। जितना संभव हो सके बायोफिल्म पर्यावरण को स्थिर करना इस तरह के परिवर्तनों से बचा सकता है3. इसमें पोषक तत्वों का एक सुसंगत प्रवाह सुनिश्चित करना और बायोफिल्म की संरचना को स्थिर मोटाई के साथ स्थिर रखनाशामिल है। बायोफिल्म की कठोरता और शारीरिक संरचना की निगरानी करने से शोधकर्ताओं को बायोफिल्म के समग्र स्वास्थ्य और कामकाज में अंतर्दृष्टि प्राप्त करने में मदद मिलेगी।

बायोफिल्म विस्कोलेस्टिक गुण 5,6,7 प्रदर्शित करते हैं। इस चिपचिपाहट प्रकृति के परिणामस्वरूप बाहरी यांत्रिक बलों के जवाब में एक तात्कालिक और धीमी, समय-निर्भर विरूपण का संयोजन होता है। बायोफिल्म का एक अनूठा पहलू यह है कि, जब वे पर्याप्त विरूपण के अधीन होते हैं, तो वे चिपचिपा तरल पदार्थ की तरह प्रतिक्रिया करते हैं। इसके विपरीत, जब मामूली विरूपण के अधीन किया जाता है, तो उनकी प्रतिक्रिया ठोस5 के बराबर होती है। इसके अलावा, इस छोटे-विरूपण क्षेत्र के भीतर, एक विरूपण सीमा है जिसके तहत बायोफिल्म एक रैखिक बल-विस्थापन संबंध 5,6,7प्रदर्शित करते हैं। इस रैखिक सीमा के भीतर विकृतियां बायोफिल्म यांत्रिक विशेषताओं का आकलन करने के लिए इष्टतम हैं क्योंकि ये प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य माप उत्पन्न करते हैं। कई तकनीकें इस सीमा के भीतर लोचदार प्रतिक्रिया को निर्धारित कर सकती हैं। ऑप्टिकल जुटना इलास्टोग्राफी (ओसीई) एक उभरती हुई तकनीक है जिसे इस रैखिक रेंज में बायोफिल्म का विश्लेषण करने के लिए अनुकूलित किया जा रहा है (10-4-10-5 के क्रम पर उपभेदों)8,9.

ओसीई का अब तक का सबसे स्थापित अनुप्रयोग बायोमेडिकल क्षेत्र में है, जहां तकनीक को जैविक ऊतकों को चिह्नित करने के लिए लागू किया गया है जिन्हें केवल सतही ऑप्टिकल एक्सेस की आवश्यकता होती है। उदाहरण के लिए, ली एट अल त्वचा ऊतक10 के लोचदार गुणों को चिह्नित करने के लिए ओसीई का इस्तेमाल किया. अन्य लेखकों ने पोर्सिन और मानव कॉर्नियल ऊतकों के अनिसोट्रोपिक लोचदार गुणों की विशेषता बताई और वे इंट्राओकुलर दबाव 11,12,13,14,15,16से कैसे प्रभावित होते हैं। बायोफिल्म का अध्ययन करने के लिए ओसीई विधि के कुछ फायदे यह हैं कि यह गैर-विनाशकारी है और मेसोस्केल स्थानिक संकल्प प्रदान करता है, इसे किसी भी नमूना तैयार करने की आवश्यकता नहीं है, और विधि स्वयं तेजी से है; यह भौतिक संरचना और लोचदार गुणों (जैसे, सरंध्रता, सतह खुरदरापन, और आकृति विज्ञान)8,9,17,18के सह-पंजीकृत माप प्रदान करता है।

ओसीई विधि चरण-संवेदनशील ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी (ओसीटी) का उपयोग करके एक नमूने में लोचदार तरंगों के प्रचार के स्थानीय विस्थापन को मापती है। OCT एक कम-जुटना ऑप्टिकल इंटरफेरोमीटर है जो नमूना विस्थापन में स्थानीय परिवर्तनों को एक तीव्रता परिवर्तन में बदल देता है जिसे ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर के साथ दर्ज किया जाता है। ओसीटी तकनीक का उपयोग मेसोस्केल संरचना, तीन आयामों में सरंध्रता वितरण औरबायोफिल्म विरूपण 17,19,20,21के लक्षण वर्णन के लिए बायोफिल्म अनुसंधान में भी किया गया है। इसके अलावा, Picioreanu एट अल अनुमान बायोफिल्म यांत्रिक गुण द्रव संरचना बातचीत उलटा मॉडलिंग का उपयोग कर अक्टूबर पार अनुभागीय विरूपण छवियों22.

दूसरी ओर, ओसीई माप, उलटा इलास्टोडायनामिक तरंग मॉडलिंग के साथ मिलकर, नमूने में लोचदार तरंगों की तरंग गति उत्पन्न करता है, जो नमूने के लोचदार और विस्कोलेस्टिक गुणों के लक्षण वर्णन को सक्षम बनाता है। हमारे समूह ने बायोफिल्म लोचदार और विस्कोलेस्टिक गुणों 8,9,18 के मात्रात्मक माप के लिए ओसीई तकनीक को अनुकूलित किया और अगारोज जेल प्लेट नमूनों18 में कतरनी रियोमेट्री माप के खिलाफ तकनीक को मान्य किया। ओसीई दृष्टिकोण बायोफिल्म गुणों के सटीक और विश्वसनीय अनुमान प्रदान करता है क्योंकि मापा लोचदार तरंग गति नमूने के लोचदार गुणों के साथ सहसंबद्ध है। इसके अलावा, लोचदार तरंग आयाम के स्थानिक क्षय को सामग्री में चिपचिपा प्रभाव के कारण सीधे चिपचिपा गुणों के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है। हम मिश्रित संस्कृति बैक्टीरियल बायोफिल्म के viscoelastic गुणों के oce माप elastodynamic तरंग मॉडल18 का उपयोग कर जटिल ज्यामिति के साथ जटिल ज्यामिति के साथ एक घूर्णन कुंडलाकार रिएक्टर (आरएआर) और दानेदार biofilms में कूपन पर उगाया की सूचना दी है.

ओसीई तकनीक पारंपरिक रियोमेट्री18का एक शक्तिशाली विकल्प भी है जिसका उपयोग विस्कोलेस्टिक लक्षण वर्णन के लिए किया जाता है। प्लानर ज्यामिति वाले नमूनों के लिए रियोमेट्री विधियां सबसे उपयुक्त हैं। इस तरह के रूप में, दानेदार बायोफिल्म्स, जो मनमाना आकार और सतह आकारिकी है, सही ढंग सेएक 8,23 रियोमीटर पर विशेषता नहीं हो सकती. इसके अलावा, ओसीई के विपरीत, रियोमेट्री विधियों वास्तविक समय माप के लिए अनुकूलित करने के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है, उदाहरण के लिए, प्रवाह कोशिकाओं24,25 में बायोफिल्म वृद्धि के दौरान.

इस पत्र में, हम दिखाते हैं कि सतह तरंगों की आवृत्ति-स्वतंत्र तरंग गति के ओसीई माप का उपयोग जटिल मॉडल की आवश्यकता के बिना बायोफिल्म लोचदार गुणों को चिह्नित करने के लिए किया जा सकता है। यह विकास बायोफिल्म यांत्रिक गुणों का अध्ययन करने के लिए व्यापक बायोफिल्म समुदाय के लिए ओसीई दृष्टिकोण को अधिक सुलभ बना देगा।

चित्रा 1 इस अध्ययन में इस्तेमाल ओसीटी प्रणाली का एक योजनाबद्ध चित्रण दिखाता है। प्रणाली में कई उपकरण शामिल हैं, जिनमें एक वाणिज्यिक वर्णक्रमीय-डोमेन चरण-संवेदनशील ओसीटी प्रणाली, एक देरी जनरेटर, एक फ़ंक्शन जनरेटर और एक पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर शामिल हैं। OCT प्रणाली 930 nm के केंद्र तरंग दैर्ध्य के साथ एक ब्रॉडबैंड प्रकाश स्रोत को नियोजित करके इंटरफेरोमेट्री के सिद्धांत पर संचालित होती है। एकत्रित प्रकाश तीव्रता, जो नमूने में जटिल संरचनात्मक विवरण के साथ सहसंबद्ध है, का विश्लेषण पोस्टप्रोसेसिंग यूनिट में किया जाता है और फिर नमूने की क्रॉस-अनुभागीय छवि में परिवर्तित किया जाता है - जिसे आमतौर पर OCT छवि के रूप में जाना जाता है। ओसीटी इमेजिंग गहराई नमूने में ऑप्टिकल प्रकीर्णन की गंभीरता पर निर्भर करती है जो अपवर्तक सूचकांक में स्थानीय भिन्नता से उपजी है और जैविक ऊतकों और बायोफिल्म में 1- 3 मिमी तक सीमित है। चूंकि नमूने में ऑप्टिकल चरण और हस्तक्षेप की तीव्रता गति से संशोधित होती है, इसलिए ओसीटी का उपयोग स्थानीय नमूना विस्थापन का पता लगाने के लिए किया जा सकता है। हम नमूने में लोचदार तरंगों के स्थिर राज्य विस्थापन क्षेत्र को ट्रैक करने के लिए ओसीई विधि में ओसीटी की विस्थापन संवेदनशीलता का लाभ उठाते हैं। विशेष रूप से, फ़ंक्शन जनरेटर पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर को चलाने के लिए एक साइनसोइडल वोल्टेज आउटपुट करता है। ट्रांसड्यूसर, बदले में, एक दोलन समय इतिहास के साथ फैलता है और अनुबंध करता है। ट्रांसड्यूसर का दोलन विस्थापन ट्रांसड्यूसर के शीर्ष पर एक 3 डी-मुद्रित पच्चर टिप के माध्यम से नमूना सतह पर एक साइनसोइडल बल प्रदान करता है, जिससे नमूने में हार्मोनिक लोचदार तरंगों की पीढ़ी होती है। वेज टिप नमूने के साथ हल्का संपर्क बनाता है, जैसे कि एक्ट्यूएटर के नमूना सतह से वापस लेने के बाद नमूना बरकरार रहता है। नमूने में स्थानीय विस्थापन रिकॉर्ड करने के लिए, आसन्न गहराई स्कैन एक निश्चित समय देरी से अलग नमूना में प्रत्येक पिक्सेल पर अधिग्रहण कर रहे हैं. प्रत्येक पिक्सेल बिंदु पर लगातार स्कैन के बीच ऑप्टिकल चरण अंतर एक ही बिंदु पर स्थानीय ऊर्ध्वाधर विस्थापन के लिए आनुपातिक है। OCT प्रणाली में ट्रांसड्यूसर के विस्थापन और स्कैनिंग ऑप्टिक्स के बीच सिंक्रनाइज़ेशन एक ट्रिगर पल्स के माध्यम से प्राप्त किया जाता है जो फ़ंक्शन जनरेटर से उत्पन्न होता है और देरी जनरेटर में देरी होती है। यह सिंक्रनाइज़ेशन चरण नमूने में स्थानीय ऑप्टिकल चरण वितरण की लगातार क्रॉस-अनुभागीय छवियों के अधिग्रहण की सुविधा प्रदान करता है। ये छवियां नमूने में स्थानीय ऊर्ध्वाधर हार्मोनिक विस्थापन के सीधे आनुपातिक हैं और इन्हें ओसीई छवि के रूप में जाना जाता है। OCE छवियों को आवृत्ति के एक समारोह के रूप में लोचदार तरंग दैर्ध्य और तरंग गति प्राप्त करने के लिए विभिन्न ट्रांसड्यूसर सक्रियण आवृत्तियों पर अधिग्रहित किया जाता है। मापा तरंग गति नमूना के लोचदार गुणों को निर्धारित करने के लिए एक elastodynamic मॉडल के साथ विश्लेषण कर रहे हैं.

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Protocol

1. सिस्टम सेटअप

  1. सिस्टम घटकों को इकट्ठा करें जिसमें वाणिज्यिक ओसीटी सिस्टम (बेस यूनिट, स्टैंड, इमेजिंग हेड और कंप्यूटर), तरंग जनरेटर, ट्रांसड्यूसर, देरी / पल्स जनरेटर, बीएनसी कनेक्शन के साथ एक स्विच, बीएनसी केबल और एडेप्टर, ऑप्टिकल पोस्ट और क्लैंप शामिल हैं।
  2. फ़ंक्शन जनरेटर से सिंक सिग्नल को स्विच से कनेक्ट करें। स्विच के दूसरे पोर्ट को देरी जनरेटर से कनेक्ट करें।
  3. फ़ंक्शन जनरेटर के आउटपुट को ट्रांसड्यूसर लीड से कनेक्ट करें।
  4. देरी जनरेटर के आउटपुट को OCT बेस यूनिट के पीछे ट्रिगर चैनल से कनेक्ट करें। देरी जनरेटर से आउटपुट सिग्नल OCT सिस्टम में स्कैनिंग ऑप्टिक्स की गति शुरू करने के लिए एक ट्रिगर पल्स है।
  5. सिस्टम घटकों (OCT बेस यूनिट, कंप्यूटर, फ़ंक्शन जनरेटर और देरी जनरेटर) को चालू करें और OCT सॉफ़्टवेयर लॉन्च करें।
  6. OCT आधार इकाई को ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर तर्क ट्रिगर सिग्नल भेजने के लिए विलंब जनरेटर को कॉन्फ़िगर करें। ट्रिगर सिग्नल आवश्यकताओं के लिए OCT सिस्टम मैनुअल देखें।
  7. ट्रांसड्यूसर को OCT लेंस के नीचे रखें। ट्रांसड्यूसर में एक 3 डी-प्रिंटेड वेज टिप होता है जो इसके एक छोर पर चिपका होता है जो लोचदार तरंगों के लिए एक लाइन स्रोत के रूप में कार्य करता है।

2. छवि अधिग्रहण

  1. OCT सॉफ़्टवेयर पर, डॉपलर अधिग्रहण मोड का चयन करें और बाहरी ट्रिगर को सक्षम करें।
  2. एक नमूना धारक में लेंस के नीचे दानेदार बायोफिल्म रखें और एक अनुवाद चरण का उपयोग कर ट्रांसड्यूसर की नोक की ओर इसे ले जाएँ. सुनिश्चित करें कि ट्रांसड्यूसर नमूना सतह के साथ कोमल संपर्क बनाता है, जैसा कि चित्र 2में दिखाया गया है। हमने अलग-अलग नाममात्र व्यास (4.3 मिमी और 3.3 मिमी) के साथ दो दानेदार बायोफिल्म (जिसे दानेदार कीचड़ भी कहा जाता है) का उपयोग किया। यह चयन इसके यांत्रिक गुणों पर बायोफिल्म आकार के प्रभाव की जांच के लिए किया गया था। इन्हें व्यावसायिक रूप से प्राप्त किया गया था।
    नोट: इस अध्ययन में कार्यरत नमूना धारक में कई गोलार्ध इंडेंटेशन के साथ एक 3 डी-मुद्रित प्लास्टिक प्लेट होती है। यह धारक देशी परिस्थितियों में माप की अनुमति नहीं देता है। इसलिए, हमने नमूने को सूखने से रोकने के लिए माप के दौरान प्राकृतिक वातावरण से पानी पेश किया।
  3. नमूना मॉनिटर विंडो में रुचि की रेखा (तरंग प्रसार पथ) के प्रारंभ और समापन बिंदु क्लिक करके स्कैन क्षेत्र निर्दिष्ट करें। ट्रांसड्यूसर टिप के संबंध में इस रेखा को केंद्र में रखें और सुनिश्चित करें कि यह टिप के किनारे के लंबवत है।
  4. स्कैन क्षेत्र के साथ पिक्सेल की संख्या और नमूने की गहराई निर्दिष्ट करें और OCE छवियों के सिग्नल-टू-शोर अनुपात को बेहतर बनाने के लिए रिकॉर्ड किए जाने वाले B-स्कैन (2D क्रॉस-सेक्शनल इमेज) की संख्या बढ़ाएं। प्रस्तुत परिणाम स्कैनिंग पथ के साथ 1523 पिक्सेल और गहराई के साथ 1024 पिक्सेल का उपयोग करके प्राप्त किए गए थे। कुल 50 बी-स्कैन लिए गए।
  5. स्कैन बटन पर क्लिक करें और स्विच चालू करें। OCT और OCE छवियाँ स्क्रीन पर दिखाई देनी चाहिए। ट्रिगर टाइमआउट समय और स्कैन तैयारी के समय के भीतर स्विच को सक्रिय करें।
  6. सुनिश्चित करें कि संदर्भ तीव्रता इष्टतम सीमा के भीतर है और ओसीटी माइक्रोस्कोप उद्देश्य के फोकल क्षेत्र के भीतर नमूना स्थिति। एक ठीक से ध्यान केंद्रित नमूना छवि के शीर्ष करने के लिए करीब अपने शीर्ष किनारे होना चाहिए.
  7. बाईं ओर की रंग पट्टी के उच्च मान को बढ़ाकर और दाईं ओर की रंग पट्टी के निचले मान को कम करके प्रदर्शन उपकरण पट्टी पर OCE छवि में चरण समोच्च समायोजित करें। इससे फ्रिंज कंट्रास्ट बढ़ेगा।
  8. फ्रंट पैनल में साइन बटन दबाकर एकल-आवृत्ति साइनसोइडल वोल्टेज का उत्पादन करने के लिए फ़ंक्शन जनरेटर को कॉन्फ़िगर करें और माप के लिए शुरुआती उत्तेजना आवृत्ति निर्दिष्ट करें। इस अध्ययन में माप 4 kHz से शुरू होते हैं और 9.6 kHz पर समाप्त होते हैं। आउटपुट कुंजी दबाकर आउटपुट कनेक्टर को सक्षम करें।
  9. माप के लिए एक स्वीकार्य वोल्टेज सेट करें। इस मान को फ्रिंज दृश्यता को अधिकतम करना चाहिए लेकिन चरण लपेटने से भी बचना चाहिए। इस अध्ययन में बायोफिल्म और माप की आवृत्ति रेंज के लिए, 5 और 10 वी के बीच एक वोल्टेज आमतौर पर अच्छे विपरीत के साथ एक चरण मानचित्र में परिणाम देता है।
  10. रिकॉर्ड बटन पर क्लिक करके OCT और OCE छवियों को प्राप्त करें।
  11. विभिन्न तरंग दैर्ध्य (या फ्रिंज अवधि) के साथ लोचदार तरंग क्षेत्र की पार-अनुभागीय छवियों को प्राप्त करने के लिए विभिन्न आवृत्तियों पर माप दोहराएं।

3. छवि विश्लेषण

  1. पिक्सेल का भौतिक आकार प्राप्त करें। x में भौतिक पिक्सेल आकार x दिशा में छवि आकार द्वारा x दिशा में देखने के क्षेत्र को विभाजित करके और फिर दो के कारक से गुणा करके प्राप्त किया जाता है। z में भौतिक पिक्सेल आकार z दिशा में छवि आकार द्वारा z दिशा में देखने के क्षेत्र को विभाजित करके प्राप्त किया जाता है। दृश्य और छवि आकार मानों का क्षेत्र संरचना सरणी में छवि जानकारी के साथ संग्रहीत किया जाता है जिसे ThorImageOCT पैकेज में MATLAB SDK में प्रदान किए गए OCTFileOpen फ़ंक्शन के साथ एक्सेस किया जा सकता है।
  2. OCT और OCE मैट्रिसेस OCTFileGetIntensity और OCTFileGetPhase फ़ंक्शंस का उपयोग करके क्रमशः प्राप्त करें, और रिकॉर्ड किए गए फ़्रेम का औसत लें। ये फ़ंक्शन MATLAB SDK में ThorImageOCT पैकेज में दिए गए हैं।
  3. छवि binarizing और प्रत्येक स्तंभ के लिए ऊपर से नीचे तक सफेद पिक्सेल का पता लगाने के द्वारा नमूना के शीर्ष किनारे के पिक्सेल स्थानों को प्राप्त करें.
  4. Improfile फ़ंक्शन का उपयोग करके इस किनारे के साथ OCE छवि के चरण वितरण को निकालें और वास्तविक आयामों में संचयी चाप लंबाई की गणना करें। ग तथा ्र दिशाओं में क्रमागत बिदुओं के बीच मापक अंतरों के मानक का संचयी योग लेकर चाप की लंबाई की गणना कीजिए।
  5. प्लॉम्ब फ़ंक्शन का उपयोग करके संचयी चाप लंबाई के संबंध में मापा ओसीटी चरण वितरण (यानी, ओसीई छवियों से) के स्थानिक तेज फूरियर ट्रांसफॉर्म की गणना करें।
  6. स्पेक्ट्रम में चोटी के स्थान का निर्धारण. यह स्थान तरंग की स्थानिक आवृत्ति का प्रतिनिधित्व करता है। ट्रांसड्यूसर उत्तेजना आवृत्ति (हर्ट्ज की इकाइयों) और स्थानिक आवृत्ति (व्युत्क्रम लंबाई की इकाई) के अनुपात से तरंग गति (या चरण वेग) की गणना करें।

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Representative Results

इस अध्ययन में, हमने दानेदार बायोफिल्म (जिसे दानेदार कीचड़ भी कहा जाता है) का उपयोग किया, जो व्यावसायिक रूप से प्राप्त किए गए थे। ग्रैन्यूल गोलाकार बायोफिल्म हैं जो स्व-एकत्रीकरण के माध्यम से बनते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें वाहक या सतह की आवश्यकता नहीं होती है जिस पर26 बढ़ने के लिए। चित्रा 3 ए एक प्रतिनिधि क्रॉस-अनुभागीय ओसीटी छवि दिखाता है जो एक दानेदार बायोफिल्म में स्थानीय अपवर्तक सूचकांक के स्थानिक भिन्नता के कारण उत्पन्न होता है। बायोफिल्म का नाममात्र व्यास 3 मिमी है। कुछ आंतरिक विशेषताएं, जिनमें छिद्र और रिक्तियां शामिल हैं जो नमूने की सतह के करीब हैं, छवि में देखी जाती हैं। नमूने की गहराई के साथ बढ़ा हुआ ऑप्टिकल प्रकीर्णन ओसीटी प्रकाश स्रोत को नमूने के केंद्र तक पहुंचने से रोकता है, इस प्रकार मध्य क्षेत्र को किसी भी स्पष्ट जानकारी से रहित कर देता है। चित्रा 3 बी 5.1 किलोहर्ट्ज़ की ट्रांसड्यूसर उत्तेजना आवृत्ति के लिए नमूने की क्रॉस-अनुभागीय ओसीई छवि दिखाता है। छवि में स्थानीय विपरीत नमूने में प्रचारित लोचदार लहर द्वारा प्रेरित स्थानीय ऊर्ध्वाधर विस्थापन के साथ सहसंबद्ध है। प्रसार पथ के साथ फ्रिंज की भौतिक रिक्ति लोचदार सतह तरंग की तरंग दैर्ध्य से मेल खाती है। सतह की लहर नमूना सतह के पास फैलती है, और इसमें एक प्रवेश गहराई होती है जो तरंग दैर्ध्य के करीब होती है। नमूने में OCT प्रकाश स्रोत की सीमित ऑप्टिकल पैठ के कारण छवि में सतह तरंग विस्थापन की स्थानिक सीमा नहीं देखी जाती है। लोचदार तरंग प्रसार पथ (चित्रा 4 ए) के साथ ऑप्टिकल चरण वितरण का उपयोग सतह तरंग की स्थानिक आवृत्ति निर्धारित करने के लिए किया जाता है। स्थानिक आवृत्ति तेजी से फूरियर ट्रांसफॉर्म (एफएफटी; चित्र 4B) (ख) यदि हां, तो तत्संबंधी ब्यौरा क्या है; और

ओसीई छवि में इष्टतम विपरीत प्रदर्शित करने वाले फ्रिंज पैटर्न का उत्पादन करने के लिए पर्याप्त परिमाण के फ़ंक्शन जनरेटर वोल्टेज का चयन करना महत्वपूर्ण है। हालांकि, अत्यधिक बड़े वोल्टेज से बचा जाना चाहिए क्योंकि इसके परिणामस्वरूप ओसीई छवि में चरण लपेटना हो सकता है, जैसा कि चित्र 5 ए में दिखाया गया है। चरण लपेटना उत्पन्न होता है क्योंकि माप में ऑप्टिकल चरण अंतर -π और π के बीच के अंतराल तक ही सीमित है। जब चरण इन सीमाओं में से एक से अधिक हो जाता है, तो इसे विपरीत सीमा तक मोड़ दिया जाता है, जिससे एक असंतत चरण वितरण होता है। नतीजतन, चरण खोलने की आवश्यकता उत्पन्न होती है, जो चुनौतियों का सामना करती है और संभावित अशुद्धियों का परिचय दे सकती है। सटीक तरंग माप के लिए विचार करने के लिए एक अन्य कारक ओसीई छवि के भीतर मौजूद फ्रिंज की संख्या है। चित्रा 5 बी में दर्शाया गया कम ट्रांसड्यूसर आवृत्तियों पर, सतह तरंग का एक पूरा दोलन चक्र ग्रेन्युल के छोटे आकार के कारण पूरी तरह से कब्जा नहीं किया जा सकता है, और एफएफटी स्पेक्ट्रम स्थानिक आवृत्ति (या उलटा तरंग दैर्ध्य) के लिए गलत अनुमान पैदा कर सकता है। स्थानिक आवृत्ति अनुमान में त्रुटि का एक अन्य स्रोत स्थानिक रूप से अतिव्यापी लोचदार तरंग मोड की उपस्थिति है, जैसे कि सतह तरंगें और थोक कतरनी तरंगें, ओसीटी छवि में। ये तरंग मोड मिश्रित होते हैं, जटिल हस्तक्षेप पैटर्न स्थापित करते हैं जिनका विश्लेषण करना मुश्किल हो सकता है। सतह तरंगों से परे विभिन्न तरंग मोड की उपस्थिति ट्रांसड्यूसर के पास हस्तक्षेप प्रभाव पेश कर सकती है, विशिष्ट नमूना, उत्तेजना आवृत्ति और आयाम पर आकस्मिक। चित्रा 6 5.5 किलोहर्ट्ज़ की उत्तेजना आवृत्ति के साथ प्राप्त ओसीई छवि का एक उदाहरण है, जिसमें स्थानीय उत्तेजना बिंदु के पास एक थोक कतरनी लहर सतह तरंग क्षेत्र में हस्तक्षेप करती है। चित्रा 7 ए एक चरण वितरण को चित्रित करता है जो चित्रा 4 ए में देखे गए क्षयकारी साइन लहर पैटर्न से अलग हो जाता है, जिसे तरंग मोड के संयोजन के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है। नतीजतन, परिणामी एफएफटी एक व्यापक शिखर प्रदर्शित करता है, जैसा कि चित्रा 7 बी में दर्शाया गया है। एक ही घटना लोचदार/विस्कोलेस्टिक गुणों में चिह्नित भिन्नता वाले रिक्तियों या क्षेत्रों जैसे दोषों के करीब हो सकती है। इन क्षेत्रों में स्थानीय विस्थापन क्षेत्र आपतित अथवा धरातलीय तरंग तथा दोष से प्रकीर्णित तरंगों के व्यतिकरण के कारण संशोधित होता है।

हमने अलग-अलग नाममात्र व्यास (4.3 मिमी और 3.3 मिमी) के साथ दो दानेदार बायोफिल्म के लिए 4.0 और 9.6 kHz के बीच आवृत्तियों पर सतह तरंग की गति की गणना की। तरंग गति भूखंडों को फैलाव वक्र कहा जाता है। इस्तेमाल किया सेटिंग्स के लिए, प्रत्येक फैलाव माप लगभग 15 मिनट ले लिया. चयनित आवृत्ति अंतराल के भीतर, साइनसोइडल विस्थापन प्रोफ़ाइल के कई चक्र ओसीई छवियों में मौजूद हैं, जो उल्लेखनीय चरण विपरीत के साथ-साथ स्थानिक आवृत्ति के सटीक निर्धारण को सक्षम करते हैं। चित्रा 8 प्राप्त फैलाव घटता दिखाता है। ये घटता प्रत्येक नमूने के भीतर तीन स्थानों के लिए औसत फैलाव घटता का प्रतिनिधित्व करते हैं। सतह तरंग गति एक स्थिर मूल्य तक पहुंचती है, जिसे रेले तरंग गति, सीआर कहा जाता है, जो संबंध के माध्यम से नमूने के कतरनी मापांक से संबंधित है,

सीआर = ((0.862 + 1.14ν)/ (1 + ν)) x (जी/आर)1/2

जहाँ, G अपरूपण मापांक है, r द्रव्यमान घनत्व है, और ν पॉइसन का अनुपात27,28 है। यह स्थिर है क्योंकि लोचदार लहर की प्रवेश गहराई नमूने के व्यास से कम है। अनिवार्य रूप से, लोचदार लहर एक लहर गति है कि सीधे यंग मापांक28 के वर्ग के लिए आनुपातिक है के साथ नमूना की सतह के करीब यात्रा. हालांकि, माप शोर के कारण, इस आवृत्ति रेंज में तरंग की गति पूरी तरह से स्थिर नहीं है। हम छोटे नमूने के लिए 6.0 और 9.6 kHz के बीच और बड़े नमूने के लिए 4.0 और 9.6 kHz के बीच आवृत्तियों के लिए तरंग गति का औसत लेते हैं। इस औसत तरंग गति को तब नमूने के यंग के मापांक का आकलन करने के लिए नियोजित किया जाता है।

हम मानते हैं कि नमूना इसकी उच्च जल सामग्री के कारण असंगत है। जैसे, ν = 0.5। इस प्रकार, सीआर सीधे एक असंगत ठोस के लिए ई = 3 जी से संबंधित है, जहां ई नमूना27,28 के यंग मापांक है. चित्रा 8 में धराशायी लाइनों विभिन्न नमूनों के लिए Rayleigh लहर गति का प्रतिनिधित्व करते हैं. हम मानते हैं कि एक बायोफिल्म संरचना जिसमें मुख्य रूप से पानी शामिल है, जो 1000 किलोग्राम / नतीजतन, दानेदार बायोफिल्म के यंग के मापांक की गणना क्रमशः 4.3 मिमी और 3.3 मिमी के नाममात्र व्यास के साथ दानेदार बायोफिल्म के लिए 85 केपीए और 205 केपीए है। यह माप बायोफिल्म के बीच यांत्रिक संपत्ति के अंतर को समझने के लिए तकनीक की क्षमता की पुष्टि करता है।

Figure 1
चित्रा 1: ऑप्टिकल जुटना इलास्टोग्राफी सेटअप। यहां प्रयुक्त प्रणाली का योजनाबद्ध चित्र में दिखाया गया है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 2
चित्रा 2: घुड़सवार नमूना। दानेदार बायोफिल्म नमूना धारक पर स्थित होती है जबकि ट्रांसड्यूसर इसके साथ कोमल संपर्क बनाता है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 3
चित्रा 3: दानेदार बायोफिल्म की अक्टूबर और अक्टूबर छवियां। (ए) अक्टूबर छवि। (बी) 5.1 किलोहर्ट्ज़ पर फैलने वाली सतह तरंग के लिए ओसीई छवि अच्छा फ्रिंज कंट्रास्ट दिखा रही है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 4
चित्रा 4: चरण वितरण और एफएफटी। चित्रा 3 बी में दिखाया गया छवि के लिए, (ए) नमूना के शीर्ष किनारे के साथ चरण अंतर वितरण और (बी) चरण अंतर वितरण के एफएफटी एक संकीर्ण चोटी दिखा रहा है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 5
चित्रा 5: दानेदार बायोफिल्म की अक्टूबर और अक्टूबर छवियां। (ए) चरण लपेटने दिखा 5.1 किलोहर्ट्ज़ पर प्रसार करने वाली सतह तरंग के लिए ओसीई छवि। (बी)एक पूर्ण चक्र के बिना 1.3 किलोहर्ट्ज़ पर फैलने वाली सतह तरंग के लिए ओसीई छवि। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 6
चित्रा 6: ओसीई छवि मोड का एक संयोजन दिखा रहा है। यह छवि नमूने के एक अलग स्थान से है और 5.5 kHz पर फैलने वाली लहर के लिए मोड के संयोजन को दर्शाती है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 7
चित्रा 7: चरण वितरण और एफएफटी। चित्रा 6 में दिखाया छवि के लिए, (ए) नमूना के शीर्ष किनारे के साथ चरण अंतर वितरण और (बी) चरण अंतर वितरण के एफएफटी एक व्यापक चोटी दिखा रहा है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

Figure 8
चित्रा 8: फैलाव घटता है। विभिन्न आकारों के साथ दो नमूनों में तरंग गति मानक विचलन सलाखों के साथ विभिन्न आवृत्तियों पर दिखाया गया है। घटता के फ्लैट हिस्से के लिए संबंधित रेले लहर की गति शीर्ष पर प्लॉट की गई है। कृपया इस चित्र का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

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Discussion

ओसीटी प्रणाली में प्राप्य इमेजिंग गहराई प्रकाश स्रोत से प्रकाश प्रवेश की डिग्री से निर्धारित होती है, जो स्रोत की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती है। इसके अलावा, तरंग दैर्ध्य अक्षीय संकल्प निर्धारित करता है। लंबे तरंग दैर्ध्य नमूने में अधिक गहराई से प्रवेश कर सकते हैं लेकिन कम तरंग दैर्ध्य की तुलना में कम अक्षीय संकल्प की कीमत पर। दूसरी ओर, अनुप्रस्थ संकल्प, सिस्टम के संख्यात्मक एपर्चर और तरंग दैर्ध्य दोनों पर निर्भर है, जिसमें कम तरंग दैर्ध्य उच्च रिज़ॉल्यूशन प्रदान करते हैं। संख्यात्मक एपर्चर बढ़ाने क्षेत्र29 की गहराई को सीमित करके एक व्यापार बंद का परिचय. स्थानिक संकल्प सबसे कम लोचदार तरंग दैर्ध्य तक सीमित है जिसे पर्याप्त सिग्नल-टू-शोर अनुपात के साथ पता लगाया जा सकता है। वर्तमान ओसीई पद्धति 0.5 मिमी 9,30 तक सीमित है। जबकि यह तकनीक नमूने के आकार से सीमित है, यह विभिन्न बायोफिल्म प्रकारों पर लागू होना चाहिए। बायोफिल्म का आकार, दानेदार या सपाट, तकनीक को बाधित नहीं करेगा। नमूने की पारदर्शिता भी पैठ गहराई निर्धारित करने में एक भूमिका निभाती है। उच्च पारदर्शिता के साथ सामग्री प्रकाश सभी नमूने के माध्यम से पारित करने के लिए सक्षम है, यह अवलोकन के लिए अगोचर प्रतिपादन, जबकि अपारदर्शी नमूने प्रकाश प्रवेश बाधा, उनके आंतरिक संरचना 9,28 के बारे में न्यूनतम विवरण उपज. इस अध्ययन के संदर्भ में, मिलीमीटर रेंज में एक प्रवेश गहराई पर्याप्त है।

इन मापों के लिए एक और संभावित मुद्दा यह है कि बड़े नमूनों में, जिसमें आकार लोचदार तरंग चक्रों की संख्या को सीमित नहीं करता है, ओसीटी माइक्रोस्कोप का क्षेत्र-दृश्य (एफओवी) मापा चक्रों की संख्या का सीमित कारक हो सकता है। यहां माप के लिए, एफओवी 9 मिमी गुणा 9 मिमी तक सीमित है; इस प्रकार, 9 मिमी से अधिक लोचदार तरंग दैर्ध्य को इस ओसीटी माइक्रोस्कोप में हल नहीं किया जा सकता है। देखने के एक व्यापक क्षेत्र के साथ एक लेंस का उपयोग बड़े नमूनों की इमेजिंग सक्षम करेगा, इन कम आवृत्तियों पर अधिक फ्रिंज उपज. उच्च आवृत्तियों पर भी चुनौतियां उत्पन्न होती हैं। इस अध्ययन में नमूनों के लिए, 10 kHz से परे, लहर महत्वपूर्ण क्षीणन का अनुभव करती है, चरण अंतर वितरण की भयावहता को कम करती है और स्थानिक आवृत्ति के निर्धारण को जटिल बनाती है। फ़ंक्शन जनरेटर के वोल्टेज को बढ़ाकर इस चिंता को कम किया जा सकता है, जिससे ट्रांसड्यूसर का विस्थापन बढ़ जाता है। हालांकि, विस्थापन बढ़ाना एक निश्चित बिंदु तक उपयोगी है क्योंकि यह अंततः चरणरैपिंग 9 में समाप्त हो जाएगा। वैकल्पिक रूप से, उच्च शक्ति के साथ एक प्रकाश स्रोत को लागू करके सिस्टम की संवेदनशीलता को बढ़ाने से बड़े विस्थापन के कारण चरण लपेटने का मुकाबला किया जा सकता है और छोटे उत्तेजनाओं के लिए गतिशील प्रतिक्रिया का पता लगाने की सुविधा मिल सकती है। एक उच्च संवेदनशीलता ध्वनिक ओसीई विधियों के कार्यान्वयन की सुविधा प्रदान करती है जो गैर-संपर्क लोडिंग का लाभ प्रदान करती हैं लेकिन उच्च क्षीणन31 से अधिक गहराई से प्रभावित होती हैं।

बायोफिल्म पर इन मापों का संचालन करते समय, नमूनों को हाइड्रेटेड रखना महत्वपूर्ण है। सुखाने से कठोरता में अवांछनीय वृद्धि होती है, जो अप्रासंगिक है क्योंकि ध्यान अपने मूल वातावरण के तहत नमूने के गुणों का आकलन करने पर है। हमने रोशनी-प्रेरित सुखाने का अध्ययन नहीं किया। हालांकि, हम टिप्पणी करते हैं कि प्राकृतिक वातावरण से पानी समय-समय पर माप के दौरान जोड़ा गया था, और उस समय के दौरान, नमूना आकृति विज्ञान की निगरानी ओसीटी छवियों के माध्यम से की गई थी, और आकृति विज्ञान में कोई स्पष्ट परिवर्तन नहीं देखा गया था। इसके अतिरिक्त, ट्रांसड्यूसर की स्थिति और OCE छवियों को कैप्चर करते समय, OCT छवि में दिखाई गई विशेषताओं का ध्यान रखना आवश्यक है। लहर प्रसार पथ के साथ विषमताओं में लहर क्षेत्र को विकृत करने की क्षमता होती है और इस प्रकार इससे बचा जाना चाहिए9. इसके अलावा, बायोफिल्म के साथ कोमल संपर्क बनाए रखना महत्वपूर्ण है, क्योंकि नमूने पर अत्यधिक दबाव, इसकी यांत्रिक विशेषताओं को संभावित रूप से संशोधित करने से अलग, लहर क्षेत्र के विरूपण को भी जन्म दे सकता है। अंत में, स्कैन क्षेत्र को तरंगों के लंबवत होना चाहिए ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि हार्मोनिक तरंग की स्थानिक आवृत्ति माप से सटीक रूप से निर्धारित हो।

कुछ आवृत्तियों के लिए, दोनों नमूनों में तरंग गति में महत्वपूर्ण बदलाव देखे गए, जिन्हें उनकी अंतर्निहित विषमताओं, उस विशिष्ट आवृत्ति पर तरंग क्षेत्र और प्रसार पथों की आकृति विज्ञान के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। हमने पहले दिखाया था कि एक खंडित दानेदार बायोफिल्म में मापा लहर गति प्रोफ़ाइल विषम माइक्रोस्ट्रक्चर9 के कारण गैर-समान है। नतीजतन, दानेदार बायोफिल्म पर इस तकनीक को नियोजित करते समय, औसत प्रतिनिधित्व प्राप्त करने के लिए नमूने में कई स्थानों पर माप करना अनिवार्य है।

फैलाव घटता के बारे में एक महत्वपूर्ण अवलोकन यह है कि वे विभिन्न नमूना आकारों के लिए अलग-अलग व्यवहार प्रदर्शित करते हैं। बड़े नमूने के मामले में, वक्र मापा सीमा में अपेक्षाकृत स्थिर रहता है। हालांकि, छोटे नमूने के लिए, बढ़ती आवृत्ति के साथ तरंग गति में ऊपर की ओर प्रवृत्ति है, विशेष रूप से सीमा के निचले हिस्से में। इस घटना को कम आवृत्तियों पर विस्कोलेस्टिक प्रभाव की उपस्थिति और लोचदार वेवगाइड मोड की पीढ़ी के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। हम अपने पिछले काम में अधिक परिष्कृत उलटा मॉडल 8,9,18 का उपयोग कर इन प्रभावों के लिए जिम्मेदार है.

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि एरोबिक दानेदार प्रणालियों में, बायोमास रिएक्टर की ऊंचाई के दौरान समान रूप से वितरित नहीं किया जाता है। गैर-वातन चरणों के दौरान, बड़े दाने रिएक्टर के तल पर बस जाते हैं। इस असमान वितरण के परिणामस्वरूप विभिन्न आकारों के समुच्चय में सब्सट्रेट की अलग-अलग मात्रा तक पहुंच होती है। नतीजतन, विभिन्न आकारों के समुच्चय अलग-अलग सामुदायिक संरचना प्रदर्शित करते हैं। इसके अतिरिक्त, क्योंकि अतिरिक्त कीचड़ चुनिंदा हटा दिया जाता है, बड़े कणिकाओं को रिएक्टर में लंबे समय तक बनाए रखा जाता है, जबकि छोटे वाले अधिक आसानी से हटा दिए जाते हैं32. यंग के मापांक में ध्यान देने योग्य अंतर बायोफिल्म संरचना, आयु और यांत्रिक गुणों के बीच एक संभावित संबंध का सुझाव देता है।

सारांश में, ऑप्टिकल जुटना इलास्टोग्राफी (ओसीई) विधि बायोफिल्म में लोचदार तरंग गति का आकलन करने का एक तेज़ और गैर-विनाशकारी साधन प्रदान करती है। यह विधि रियोलॉजिकल माप की बाधाओं पर काबू पाती है और वैकल्पिक इलास्टोग्राफी तकनीकों 8,18की तुलना में बढ़ी हुई विशेषताओं को प्रदर्शित करती है। इसके अलावा, इसकी प्रयोज्यता दानेदार बायोफिल्म से परे फैली हुई है ताकि किसी भी आंशिक रूप से पारदर्शी नमूने को उपयुक्त ऑप्टिकल पैठ गहराई और आकार के साथ सिस्टम द्वारा हल किया जा सके, जिसमें हाइड्रोगेल33, कॉर्निया34 और त्वचा35 जैसे उदाहरण शामिल हैं। विधि की भविष्य की प्रगति में कई प्रमुख पहलू शामिल हैं। सबसे पहले, हार्मोनिक लोचदार तरंगों की आवृत्ति को सैकड़ों kHz रेंज में बढ़ाने से कुछ माइक्रोमीटर की तरंग दैर्ध्य की अनुमति मिलेगी, जिससे समान पैमाने पर स्थानिक संकल्प प्राप्त होगा। दूसरे, ऑप्टिकल डिटेक्शन सिस्टम के सिग्नल-टू-शोर अनुपात को OCT सिस्टम की ऑप्टिकल पावर को 2 mW (वर्तमान) से बढ़ाकर 20 mW करके बढ़ाया जाएगा। अंत में, हम संपर्क हार्मोनिक एक्ट्यूएटर को गैर-संपर्क ध्वनिक विकिरण दबाव स्रोत से बदल देंगे। यह जोड़ गैर-इनवेसिव और गैर-विनाशकारी संचालन की सुविधा प्रदान करेगा और उनके मूल वातावरण में बायोफिल्म नमूनों से पूछताछ करने की अनुमति देगा।

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Disclosures

लेखक हितों के टकराव की घोषणा नहीं करते हैं।

Acknowledgments

लेखक इस काम में अध्ययन किए गए दानेदार बायोफिल्म प्रदान करने के लिए एक्वा-एरोबिक सिस्टम्स, इंक (रॉकफोर्ड, आईएल, यूएसए) का धन्यवाद करते हैं। लेखक पुरस्कार # 210047 और # 193729 के माध्यम से राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन के समर्थन को भी स्वीकार करते हैं।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
3D printed sample holder
3D printed wedge tip 3 mm width
BNC cables Any brand
Delay generator Stanford Research Systems DG535 DG535 Digital delay/ Pulse Generator 
Function generator Agilent Technologies 33250A 80 MHz Function / Arbitrary Waveform Generator
Granular biofilm Aqua-Aerobic Systems Obtained from an Aerobic Granular Sludge reactor (Aqua-Aerobic Systems, Inc.)
MATLAB MathWorks Release 2022a (MATLAB 9.12)
Piezoelectric transducer Thorlabs PK2JUP1 Discrete Piezo Stack, 75 V, 30.0 µm Displacement
SD-OCT System Thorlabs Ganymede II, LSM03 scan lens
ThorImageOCT Thorlabs Version: 5.5.5

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Dieppa, E., Schmitz, H., Wang, Z., Sabba, F., Wells, G., Balogun, O. Quantifying Elastic Properties of Environmental Biofilms using Optical Coherence Elastography. J. Vis. Exp. (205), e66118, doi:10.3791/66118 (2024).

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