قياس شكل وحجم الجسيمات للحماه معطلة في أجار مع أنبوب لبرمجيات مصدر المفتوح

Summary

حجم وشكل جزيئات في للحماه هي المعالم الهامة التي يتم قياسها باستخدام أساليب مختلفة. تنشأ أخطاء من العينات غير ممثلة، والصور دون المستوى الأمثل، والمعلمات تحليل ذاتي. لتقليل هذه الأخطاء وسهولة قياس، نقدم بروتوكول تحديد كل خطوة من خطوات، بما في ذلك أنبوب لبرمجيات مصدر مفتوح.

Abstract

المفاعلات الحيوية التجريبية، مثل تلك معالجة المياه المستعملة، وتحتوي على جزيئات الشكل والحجم الذي يتم المعالم الهامة. على سبيل المثال، حجم وشكل من فلكس للحماه يمكن الإشارة إلى الظروف السائدة في عبارة، وتؤثر أيضا بصورة مباشرة جيدا كيف يستقر الحمأة في انارات.

حجم الجسيمات والشكل قياسات شكل مضلل ‘بسيطة’ على حد سواء. العديد من القضايا الدقيقة، كثيرا ما لا تعالج في البروتوكولات غير رسمية، يمكن أن تنشأ عند أخذ العينات، والتصوير، وتحليل الجزيئات. طرق أخذ العينات قد تكون متحيزة أو لا توفر ما يكفي من القوة الإحصائية. قد يتم حفظ سيئة العينات أنفسهم أو الخضوع للتعديل أثناء التثبيت. قد لا تكون الصور ذات جودة كافية؛ تداخل الجسيمات، عمق الميدان ومستوى التكبير، والضوضاء المختلفة يمكن أن جميع نتائج الفقراء. يمكن إدخال التحليل المحدد سيئة التحيز، مثل تلك التي تنتجها العتبة صورة اليدوي وتجزئة.

ومن المستصوب جنبا إلى جنب مع إمكانية تكرار نتائج القدرة على تحمل التكاليف والإنتاجية. طريقة إنتاجية عالية بأسعار معقولة، ويمكن قياس الجسيمات أكثر تواترا، إنتاج العديد من الصور التي تحتوي على الآلاف من الجسيمات. يسمح أسلوب يستخدم الكواشف غير مكلفة ومجهر تشريح المشتركة وبرمجيات المصدر المفتوح متاحة بحرية لتحليل النتائج التجريبية قابلة للتكرار وموجودا واستنساخه، ومؤتمته جزئيا. علاوة على ذلك، يمكن أن تكون نتاج لمثل هذا الأسلوب مهيأ جيدا ومحددة تحديداً جيدا وفهمها بسهولة من قبل برامج تحليل البيانات، تخفيف داخل مختبر التحليلات والبيانات تبادل بين مختبرات.

هذا بروتوكول بالتفصيل الخطوات اللازمة لإنتاج هذه منتجات، بما في ذلك: أخذ العينات، وعينه من الإعداد والتثبيت في أجار، والحصول على الصور الرقمية، وتحليل الصور الرقمية، وأمثلة لتوليد الشكل الخاصة بالتجربة من نتائج التحليل. كما أدرجنا أنبوب تحليل بيانات المصدر المفتوح لدعم هذا البروتوكول.

Introduction

والغرض من هذا الأسلوب لتوفير أسلوب محددة جيدا وقابلة للتكرار، ومؤتمته جزئيا لتحديد حجم وشكل توزيعات الجسيمات في المفاعلات الحيوية، لا سيما تلك التي تحتوي على فلكس للحماه وحبيبات الهوائي^{1 , 2}-الأساس المنطقي وراء هذا الأسلوب زيادة في القدرة على تحمل التكاليف، والبساطة، والإنتاجية، والتكرار لدينا القائمة بروتوكولات داخلية^3،4، سهولة قياس الجسيمات للآخرين، وتيسير تبادل و مقارنة البيانات.

وهناك فئتين عريضتين من التحليل قياس الجسيمات-أساليب التصوير مباشرة واستنتاجي باستخدام مثل هذه الصفات تشتت الضوء⁵. على الرغم من أن أساليب استنتاجي يمكن أن يكون آليا وإنتاجية كبيرة، المعدات مكلفة. وباﻹضافة إلى ذلك، بينما يمكن تحديد أساليب استنتاجي بدقة ما يعادل حجم الجسيمات⁶، أنها لا توفر معلومات مفصلة الشكل⁷.

بسبب الحاجة إلى بيانات الشكل، ونحن قد أسلوبنا على أساس التصوير مباشرة. على الرغم من وجود بعض أساليب التصوير الفائق، أنها عادة تتطلب الأجهزة التجارية باهظة الثمن أو الحلول التي بنيت^8،9. وقد وضعت أسلوبنا لتوظيف الأجهزة المشتركة بأسعار معقولة والبرامج التي، على الرغم من أن الذين يعانون من انخفاض في الإنتاجية، وتنتج الصور الجسيمات أكثر بكثير من الحد الأدنى المطلوب للعديد من التحليلات¹⁰.

قد لا تحدد البروتوكولات القائمة أهمية أخذ العينات وخطوات الحصول على الصورة. بروتوكولات أخرى قد تحدد الخطوات اليدوية إدخال تحيز شخصي (مثل مستوى العتبة المخصصة¹¹). سيتم تعزيز أسلوب المعالم التي تحدد خطوات الحصول على العينات، والتثبيت وصورة جنبا إلى جنب مع برامج التحليل متاحة بحرية داخل مختبر تحليل الصور والمقارنات بين مختبرات. أحد الأهداف رئيسية من هذا البروتوكول هو توفير سير عمل والأدوات التي ينبغي أن تؤدي إلى النتائج استنساخه من مختبرات مختلفة لنفس العينة.

وبصرف النظر عن تطبيع عملية تحليل الصورة، البيانات التي تنتجها هذه الأنابيب يتم تسجيلها في ملف محددة تحديداً جيدا ومنسقة جيدا¹² مناسبة للاستخدام بشعبية بيانات تحليل الحزم^13،14، تخفيف التجربة تحليلات محددة (مثل توليد الرقم المخصص) وتيسير تبادل بين مختبرات البيانات.

ويقترح هذا البروتوكول وبخاصة للباحثين الذين تتطلب بيانات الشكل الجسيمات، ولا يستطيعون الوصول إلى أساليب استنتاجي، لا ترغب في وضع خط أنابيب تحليل الصور الخاصة بهم، وترغب في تبادل البيانات بسهولة مع الآخرين

Protocol

1-جمع عينات لتحليل الجسيمات تحديد حجم العينة للمفاعلات المحددة التي سوف تنتج جسيمات كافية للتحليل الإحصائي10 (> 500) مع تجنب تداخل الجسيمات. تفترض أن طائفة من 0.5 إلى 2 مل كل عينة الخمور المختلطة غير كافية لعينات للحماه مع الخمور مختلطة تعليق المواد صلبة (مهنيين) بين 250 و 5,00…

Representative Results

الملفات التي تم إنشاؤهاعملية هو موضح في الشكل 1 سوف ينتج ملفين كل صورة تم تحليلها. الملف الأول هو فاصلة فصل ملف نص القيمة (CSV) حيث كل صف يناظر جسيمات فردية والأعمدة وصف مختلف المقاييس الجسيمات مثل منطقة، والتدوير، والصلابة، والمحددة في دليل إيما…

Discussion

على الرغم من أن نظام تحليل صورة قوية إلى حد ما وتتخذ خطوات مراقبة الجودة لضمان إزالة صور الفقراء، الاهتمام المناسب لقضايا محددة في أخذ العينات، وإعداد لوحة، والحصول على الصور يمكن تحسين كل من دقة البيانات ونسبة صور تمرير QC.

تركيز العينات
افتراض قد أخذت عينة تمثيل…

Materials

10% Bleach solution	Chlorox	31009	For workspace disinfection.
15 mL centrifuge tube with cap	Corning	430790	Per sample.
50 mL Erlenmeyer flask	Corning	4980-50	Other vessels are suitable so long as they can contain > 40 mL of sample and allow mixing
500 mL Kimax Bottle	Kimble-Chase	14395-50	Or otherwise sufficient for agar handling
Agar	BD	214010	Solid, to prepare 7.5% gel. 7 mL per sample.
Data analysis software	N/A	N/A	R or Python are suggested
Deionized water	N/A	N/A	Sufficient to prepare stain and agar. If unavailable, tap should be fine.
Desktop computer	N/A	N/A	Image analysis is not CPU intensive, any 'ordinary' desktop computer circa 2017 should be sufficient.
External hard drive	Seagate	STEB5000100	Not fully required, but extremely useful given the number an size of images. 2 or more TB of storage suggested.
FIJI	NIH	version 1.51d	Version is ImageJ core. Plugins are updated as of writing. Available at: https://imagej.net/Fiji/Downloads
GIT	Open Source	version 2.19.1 or later	Available at: https://git-scm.com/
Image capture software	ToupView	version 3.7.5177	Any compatible with camera, may come with camera. Should allow saving TIFF images with spatial calibration data.
Mechanical (X/Y) Stage	OMAX	A512	Not fully required, but greatly aids image acquisition.
Methylene blue	Fisher	M291-100	Solid, to prepare 1% w/v solution. 5 uL solution per sample.
Microscope camera	OMAX	A35140U	Any digitial camera compatible with microscope. Resolution providing at least 5 um per pixel at 10x magnification and a dynamic range of at least 8 bits per pixel per color channel is suggested.
Optical Stage Micrometer	OMAX	A36CALM1	Or otherwise sufficient for spatial calibration.
Petri dish, 100 mm	Fisher	FB0875712	1 per sample.
PPE	N/A	N/A	Standard lab coat, gloves, and eyewear.
Sparmoria macro	NCSU	version 0.2.1	Available at github repository : https://github.com/joeweaver/SParMorIA-Sludge-Particle-Morphological-Image-Analysis
Stereo/dissecting microscope	Nikon	SMZ-2T	Should provide 10 to 20x magnficiation and allow digital photos either with a buit-in camera or profide a mounting point for a CCD.