Микроскопические организмы, как свободное плавание нематоде<em> C. Элеганс</em>, Жить и вести себя в сложной трехмерной среде. Мы сообщаем о новом подходе, который обеспечивает анализ<em> C. Элеганс</em> С помощью дифракционной картины. Этот подход заключается в отслеживании временной периодичности дифракционных картин генерируются путем направления лазерного света через кювету.
Почвы и водных микроскопических организмов жить и вести себя в сложной трехмерной среде. Большинство исследований поведения микроскопических организмов, напротив, были проведены с использованием микроскопа на основе подходов, которые ограничивают движение и поведение в узком, почти двумерного координационного поле. 1 Мы представляем новый аналитический подход, который предоставляет в реальном времени анализ свободно плавающих C. Элеганс в кювете вне зависимости от микроскопа на основе оборудования. Этот подход заключается в отслеживании временной периодичности дифракционных картин генерируются путем направления лазерного света через кювету. Мы измеряем колебания частоты для свободно плавающих нематод.
Анализ дальнего поля дифракционной картины показывает подсказки о сигналов нематод. Дифракция это процесс изгиба света вокруг объекта. В этом случае дифракции света на организмы. Световые волны мешают и могут образовывать объявлениеiffraction шаблону. Дальнем поле, или Fraunhofer, дифракционной картины образуется, если экран-объект расстояния гораздо больше, чем дифрагирующих объектов. В этом случае дифракционной картины можно рассчитать (по образцу) с помощью преобразования Фурье 2.
C. Элеганс являются свободно живущих почвенных нематод, которые проводят в трех измерениях. Они двигаются, как на твердой матрице, как почва или агар в синусоидальном двигательного картина называется ползать и в жидкости в другой, называемый бассейн. 3 роли, которую играет сенсорное информации, предоставленной mechanosensory, хемосенсорной, и thermosensory клеток, которые управляют пластиковых изменения в двигательных моделей и моделей коммутаторов только начинают предстоит выяснить. 4 мы опишем оптических подход к измерению нематоды передвижения в трех измерениях, которые не требуют микроскопа и позволит нам начать изучать сложности передвижения нематод в различных сотрудничествеnditions.
Мы разработали новый подход к реальном времени измерения движения и простые двигательного поведения в микроскопических организмов, таких как нематоды, которые не требуют использования микроскопов. 8 Данный методологический подход может также быть использована для изучения многочисленных микроскопических организмов, как простейшие. Этот метод ограничен только длиной волны используемого света. Организм не должна быть меньше, чем длина волны света. В дополнение к экономии и мобильность оборудования, необходимого, одним ключевым преимуществом такого подхода является возможность измерения поведения в реальном времени и в трех измерениях, без узких ограничений изображение самолета под микроскопом. Кроме того, можно с помощью этой техники для изучения влияния гравитационных сил или многих других условий на поведение, которое не может быть изучена с помощью микроскопа подходов. 9 Таким образом, мы можем добиться лучшего понимания микроорганизмов природного двигательного бэхаviors освободился от оков предметное стекло капли или специализированных камерах микрофлюидных (Park и др., 2008) 10.
Отсутствие информации о фазе в дифракционной картины не позволяет прямого поиска изображения, соответствующие дифрагирующих объектов с дальнего поля дифракционной картины пропорциональна квадрату абсолютной величины преобразования Фурье. Поэтому мы расчета дифракционных картин от червя изображений, так что они могут быть сопоставлены с дифракционной картине свободно плавающих нематод (рис. 6).
Этот метод дал результаты, по-настоящему свободное плавание C. Элеганс и может быть применен к любой микроскопический вид, что маневры в оптически прозрачных средах, таких как вода или различных ионных растворов. Обычные микроскопы позволяют только исследования с фокусным глубины порядка микрометров. 11 Это из-за ограниченногоГлубина резкости при фокусировке света:
где F-число N имеет обратную связь с кружка рассеяния (с), так что короткое фокусное расстояние связано с большими с. 12,13 Хотя этот метод дифракции, безусловно, не является заменой для обычного микроскопа, она способна поставить количественные результаты быстро, так что вид может быть даже манипулировать в реальном времени при низкой стоимости. Дифракционной картины может быть получен с любого лазерной указкой. Дифракционной картины может быть снят при пониженном временное разрешение с помощью обычного цифрового фотоаппарата. В то время как пользователь может не иметь микроскопа или фотодиод легко доступны, ключевые части этого эксперимента, таких как измерение частоты обмолота и оценки дифракционной картины может быть завершена при очень низкой стоимости.
The authors have nothing to disclose.
Мы благодарим Tzlil Розенблат, Александра и Карла Bello Spuhler для оказания технической помощи. Эта работа была поддержана Колледж Вассар Бакалавриат исследований Летний институт (URSI), Люси Мейнард лосося исследовательского фонда и премии NASA # NX09AU90A, Национальный научный фонд научно-исследовательский центр передового опыта в области науки и техники (NSF-CREST) награды # 0630388 и NSF премии # 1058385.
Name | Company | Catalogue number | Comments (optional) |
543 nm HeNe Laser | Melles Griot | LGX1 | Any laser in the visible range with less than 5 mW can be used. |
2 Front Surface Aluminum Mirrors | Thorlabs | PF10-03-F01 | |
High Speed Exilim Camera | Casio | ||
Quartz Cuvette | Starna Cells | 21/G/5 | |
LoggerPro (Software) | Vernier | http://www.vernier.com/products/software/lp/ | |
Mathematica 8 | Wolfram | http://www.wolfram.com/ |