이 원고 멀리 분야 회절 서명을 사용 하 여 다른 선 충을 구별 하는 방법을 설명 합니다. 우리는 평균 주파수 연속파 레이저를 사용 하 여 단일 위치에서 임시 프라운호퍼 회절 서명 연관 하 여 139 야생 유형 및 108 “롤러” C. 선 충 의 운동을 비교 합니다.
이 원고 시간적 멀리 분야 회절 서명을 사용 하 여 선 충을 분류 하는 방법을 설명 합니다. 단일 선 충 C. 광학 멧 내부 물 열에서 일시 중단 됩니다. 632 nm 연속파 HeNe 레이저는 전면 표면 거울을 사용 하 여 베트를 통해 이동 합니다. 20-30 cm 이상 빛은 베트 통과 후 여행 상당한 거리 유용한 멀리 필드 (프라운호퍼) 회절 패턴을 보장 합니다. 레이저 빔을 내는 선 충 류로 실시간으로에서 회절 패턴 변화 아무것도. 광다이오드는 회절 패턴에 오프 센터를 배치 됩니다. 전압 신호는 포토 다이오드를 실시간으로 관찰 하 고 디지털 오실로스코프를 사용 하 여 기록. 이 프로세스는 139 야생 유형 및 108 “롤러” C. 선 충에 대 한 반복 됩니다. 야생 타입 웜 솔루션에서 급속 한 진동 패턴을 전시 한다. “롤러” 벌레 표 피 부드러운 운동 방해의 핵심 구성 요소에는 돌연변이 있다. 채도 비활성의 무료 하지 않은 시간 간격 삭제 됩니다. 그것은 그것의 최대 상대 농도 비교 하 여 각 평균 분할 하입니다. 각 벌레에 대 한 신호는 푸리에 변환 각 벌레에 대 한 주파수 패턴 나온다. 벌레의 각 유형에 대 한 신호 평균 이다. 야생 유형 및 “롤러” C. 선 충 에 대 한 평균된 푸리에 스펙트럼 분명히 다른 고 공개 두 다른 웜 변종의 동적 벌레 모양 푸리에 분석을 사용 하 여 구분할 수 있습니다. 각 웜 스트레인의 푸리에 스펙트럼 locomotory 순간에 해당 하는 두 개의 다른 이진 웜 도형을 사용 하 여 대략적인 모델 일치. 실제 모델된 벌레에 대 한 평균된 주파수 분배의 봉투 모델에는 데이터와 일치 하는지를 확인 합니다. 이 방법은 모든 미생물의 독특한 푸리에 스펙트럼 있을 것입니다 많은 미세한 종에 대 한 푸리에 분석을 위한 기준으로 사용할 수 있습니다.
이 메서드는 선 충 C. 두 종자를 사용 하 여 매우 다른 locomotory 패턴의 운동의 실험과 모델 주파수 스펙트럼을 비교 합니다. 결과는 주파수 스펙트럼 분명 현미경 이미지 분석에 대 한 필요 하지 않습니다 있도록 물 열에는 선 충 류 수영으로 시간 변화에 따라 보여 줍니다. 이 방법은 양적 실시간 분석 가능 하며 전통적인 현미경으로 얻은 이미지/동영상 무료 정보를 제공 합니다. 프라운호퍼 회절, 멀리 분야 회절 라고도 라이브 회절 데이터1,2를 얻기 위한 기초를 제공 합니다. 회절 패턴에서 모든 단일 지점에서 빛의 강도도 랑에 선 충3의 개요 모든 지점에서 빛의 결과 이다. 결과적으로, 시간 동안 수집 된 빛의 강도 선 충 류의는 운동에 대 한 정보를 포함 합니다. 시간에 따른 회절 신호 분석 전통적인 비디오 분석을 보완 하는 운동에 관련 된 모든 주파수를 분석 하는 이후 해당 돌연변이의 특성 모션을 식별할 수 있습니다. 이 경우에, “롤러”의 운동 및 야생 형식 C. 선 충 의 특성 차이 선 충 류의 두 개의 다른 긴장의 주파수 스펙트럼을 비교 하 여 확인 됩니다.
일부 이전 특성 주파수 분석 주파수2,4수영 같은 회절 신호를 사용 하 여 확인 되었습니다. 더 중요 한 것은,이 방법으로 데이터 수집 되는 컴퓨터 화면에 실시간으로에서 운동 관찰 하 전통적인 현미경 검사 법을 보완 한 방법으로 사용할 수 있습니다. 명백한 locomotory 본을 가진 벌레의 주파수 스펙트럼은 푸리에 변환 회절 신호는 신호를 고려 하 여 측정할 수 수 있습니다.
이 작품에서 푸리에 기반 회절의 여러 자연 생물학과 물리학의 분야를 포함 한다. 샘플링에 의해 회절 오래 생물학5 와 다른 분야에 크리스탈 구조를 조사 하기 위해 사용 되었습니다. 그러나이 실험에서,6,7 오버 샘플링 멀리 분야 회절 패턴을 있도록 만듭니다 유기 체는 레이저 빔에 중심 이다. 오버 샘플링 렌즈-덜 이미징8 단계 검색 알고리즘 원래 개체의 이미지를 재구성 하는와 함께에서 일반적으로 사용 됩니다. 단계 검색 때 scatterers의 경우는 선 충 류와 함께 달성 하기 어렵습니다. 일시적인 회절 서명 웜 모션의 핵심 주파수를 평가 하기 위해 충분 하다. 이 방법은 계산 부담 덜 며 운동을 계량 하는 광학 방법 제공 합니다. 이 기술은 쉽게 동작을 변경 하는 환경 조건이 나 돌연변이의 분석에 대 한 적응 수 있습니다.
비활성 데이터의 뻗 기를 포함 하 여 인공 낮은 주파수 결과 평균 것입니다 이후 결과 왜곡 됩니다. 광다이오드를 흠뻑 젖 게 하는 것은 편평한 봉우리 또는 원시 데이터에서 “차단” 봉우리 인식할 수 있습니다. 피크 농도 의해 각 원시 데이터 세트를 나누어 회계 변동 레이저 강도에 대 한 도움이 됩니다.
피크 주파수는 전체의 지표로 thrashing 주파수; 그러나, 복잡 한 모션 비트 주파수 간섭 회절 패턴에서 원인과 신중 하 게 검사 해야 합니다.
이 메서드는 다른 선 충의 운동을 조사를 사용할 수 있습니다. 환경 다른 매체를 변경할 수 있습니다. 파장은 또한 변경할 수 있습니다. 전자기 스펙트럼의 보이는 범위에서 일 하는 것은 쉽고 안전한입니다.
더 세련 된 모델 회절 스펙트럼을 미래에 더 현실적으로 시뮬레이션할 것 이다. 미래 모델 방향, 주파수 위치 하지만 상대 피크 높이는 영향을 미치지 것을 바꿀 수 있는 벌레를 포함할 수 있습니다. 보다 현실적인 모델 실험 데이터에서 봉우리를 넓힐 것이 탈 곡 주파수의 확률 분포에 대 한 수 있습니다. 주파수에서 확산 탈 곡 주파수 변화에 대 한 계정을 것입니다.
현재 웜 형태는 원유, 특히 머리와 꼬리, 지역에서 현재 모델에서 보다 더 테이퍼 되어야. 그것은 때문에 그것은 다른 돌연변이에 운동의 복잡성에 대 한 단서를 줄 수 있는 신호의 시계열의 상세한 분석을 실시 재미 있을 수 있습니다.
그것은 동시에 여러 선 충을 특성화로이 기술을 확대의 실용성을 고려 가치가 있다입니다. 이 방법은 전통적인 현미경을 사용 하 여 기존 방법에 보완적인 방법으로 이해 되어야 한다. 이 메서드는 벌레 초점 평면에서 이동 수 있습니다 데이터 수집 동안 현미경을 요구 하지 않기에 이점이 있다. 평균된 주파수 스펙트럼 웜 모션에서 명확한 차이 보여 고 널리 주파수 봉우리에 의해 양이 정해질 수는 웜 운동 측정에서 소설 방법입니다. 회절 서명의 데이터 분석 추가 개발 되며 잘하면 여러 돌연변이 개인의 자동된 식별 과정으로 이어질 것입니다.
The authors have nothing to disclose.
우리는이 프로젝트와 함께 그의 계산 공헌에 대 한 후안 바스 케 즈 감사합니다. 우리는 바사 대학 학부 연구 여름 연구소 (URSI), 루시 Maynard 연어 연구 기금과 NSF 상 제 1058385의 지원에 대 한 감사.
Tunable Helium-Neon laser | Research Electro-Optics | 30602 | Four wavelengths can be selected between 543 nm and 633 nm. |
2 Front Surface Aluminum Mirrors | Thorlabs | PF10-03-F01 | |
Photodiode: SI Amplified Detector | Thorlabs | PDA 100A | |
Quartz Cuvette | Starna Cells | 21/G/5 | Plastic cells may be used as well. |
MatLab (Software) | MathWorks | R2016b (9.1.0.441655) | Use the fft command to simulate diffraction |
Excel | Microsoft | 14.7.1 | Used for data analysis of Fig. 4 |
Caenorhabditis elegans Roller | University of Minnesota Caenorhabditis elegans Center (CGC) | Strain: OH7547 Genotype: otIs199. |
https://cbs.umn.edu/cgc/home |
Caenorhabditis elegans Wild Type | University of Minnesota Caenorhabditis elegans Center (CGC) | Strain:N2 Genotype: C. elegans wild isolate | https://cbs.umn.edu/cgc/home |