Mikroskopiska organismer som den frisimmande nematod<em> C. elegans</em>, Lever och beter sig i en komplex tredimensionell miljö. Vi rapporterar om en ny metod som ger analys av<em> C. elegans</em> Hjälp diffraktionsmönstren. Denna strategi består av att spåra den tidsmässiga periodicitet diffraktionsmönster genereras genom att rikta laserljus genom en kyvett.
Mark och vatten mikroskopiska organismer lever och beter sig i en komplex tredimensionell miljö. De flesta studier av mikroskopiska organismer beteende, i motsats, har genomfört med hjälp mikroskop-baserade metoder som begränsar rörelse och beteende till en smal, nästan tvådimensionellt fokus område. 1 Vi presenterar en ny analytisk metod som ger realtid analys av fritt simning C. elegans i en kyvett utan beroende mikroskop-baserad utrustning. Denna strategi består av att spåra den tidsmässiga periodicitet diffraktionsmönster genereras genom att rikta laserljus genom kyvetten. Vi mäter oscillationsfrekvenser för fritt simning nematoder.
Analys av fjärrområdet diffraktion mönster avslöjar ledtrådar om vågformer av nematoderna. Diffraktion är processen ljus böjning runt ett objekt. I detta fall ljus diffrakteras av organismerna. De ljusvågor störa och kan bilda annonsiffraction mönster. En fjärrområdet eller Fraunhofer är diffraktionsmönster bildas om skärmen till objekt avstånd är mycket större än brytande objektet. I detta fall, kan diffraktionsmönstret beräknas (modellerade) med användning av en Fourier-transform. 2
C. elegans är fritt levande jordlevande nematoder som navigerar i tre dimensioner. De flyttar båda på en fast matris som jord eller agar i en sinusformad motoriskt mönster som kallas krypa och vätska i ett annat mönster som kallas simning. 3 Rollerna spelas av sensorisk information från mechanosensory, chemosensory och thermosensory celler som styr plastiska förändringar i motoriskt mönster och switchar i mönster endast börjat belysas. 4 Vi beskriver en optisk metod för att mäta nematod förflyttning i tre dimensioner som inte kräver ett mikroskop och gör det möjligt för oss att börja utforska komplexiteten i nematod förflyttning under olika conditions.
Vi har utvecklat en ny metod för att i realtid mäta rörelse och enkla motoriskt beteende i mikroskopiska organismer som nematoder som inte kräver användning av mikroskop. 8 Denna metodik också skulle kunna användas för att studera ett stort antal mikroskopiska organismer som protister. Denna metod begränsas endast av våglängden av ljus som används. Organismen bör inte vara mindre än våglängden hos ljuset. Förutom kostnads-besparingar och överföra den nödvändiga utrustningen är en viktig fördel med detta tillvägagångssätt möjligheten att mäta beteende i realtid och i tre dimensioner, utan de smala begränsningar bildplan under ett mikroskop. Det är också möjligt med denna teknik för att undersöka påverkan av gravitationella krafter eller många andra villkor för beteende som inte kan studeras med hjälp mikroskop-baserade metoder. 9 Vi kan alltså få en bättre förståelse för mikroorganism naturligt motoriskt beteviors frigörs från ramarna för dropparna objektglas eller specialiserade mikroflödessystem kammare (Park et al, 2008). 10
Bristen på fasinformation i ett diffraktionsmönster tillåter inte för direkt inhämtning av bilden motsvarar den brytande objektet eftersom fjärrområdet diffraktionsmönstret är proportionell mot kvadraten av det absoluta värdet av Fouriertransformen. Vi är därför beräkna diffraktionsmönster från masken bilder så att de kan matchas med diffraktion mönster fritt simning nematoder (Figur 6).
Denna metod har gett resultat för verkligt fritt simning C. elegans och kan tillämpas på alla mikroskopiska arter som manövrar i en optiskt transparent miljö som vatten eller många olika joniska lösningar. Konventionella mikroskop tillåter endast studier med en brännvidd djup i storleksordningen mikrometer. 11 Detta beror på den begränsadeskärpedjup vid fokusering ljus:
där f-talet N har en ömsesidig relation med cirkel av förvirring (c) så att en kort brännvidd är associerad med en stor c.. 12,13 Medan denna diffraktion metod är verkligen inte en ersättning för konventionell mikroskopi, är det möjligt att leverera kvantitativa resultat snabbt så att arter även kan manipuleras i realtid till en låg kostnad. Diffraktionsmönstren kan erhållas med någon laserpekare. Diffraktionsmönstren kan filmas med en reducerad tidsupplösning med en vanlig digitalkamera. Medan användaren kanske inte har ett mikroskop eller en fotodiod lättillgänglig, kan viktiga delar av detta experiment som mäter stryk frekvenser och utvärdera diffraktionsmönster vara klar i extremt låg kostnad.
The authors have nothing to disclose.
Vi tackar Tzlil Rozenblat, Alexandra Bello och Karl Spühler för tekniskt stöd. Detta arbete stöddes av Vassar College Grundutbildning Research Summer Institute (URSI), Lucy Maynard Salmon forskningsfond och NASA utmärkelsen # NX09AU90A, National Science Foundation Center for forskning i vetenskap och teknik (NSF-CREST) utmärkelse # 0630388 och NSF utmärkelse # 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/ |