ويتم قبول البروتوكولات التالية تحت رعاية الحيوان المؤسسية في جامعة ميريلاند واستخدام اللجنة فضلا عن مجلس المراجعة المؤسسية. البروتوكولات تتبع المعايير الاتحادية والولائية والمحلية، والمبادئ التوجيهية التي وضعتها جامعة ماريلاند السياسة المتعلقة بالسلامة الأحيائية.
1-تشريح العين عينة
<ol><li>
الحصول على نموذج عين من مصرف محلي في المسلخ أو الأنسجة. إذا كان يتم الحصول عليها عين كامل أنحاء العالم، مباشرة استخراج العدسة، زونوليس المرفقة، والجسم الزجاجي. ملاحظة: التفاصيل المحددة الموصوفة أدناه تتصل بعيون الخنزير والبشرية على السواء.<ol>
<li>باستخدام مقص جراحي تطهيرها والملقط، قطع وإزالة جميع الأنسجة الزائدة المحيطة الصلبة العينية.</li>
		<li>إيمانا راسخا عقد العين في الجانب الخاص بها، واستخدام شفرة حلاقة، جعل شق صغير بجانب العين 3 ملم بعيداً عن القرنية. جعل العميقة قص ما يكفي توصلنا إلى الجسم الزجاجي داخل العين.</li>
		<li>باستخدام مقص، قص بعناية إضافية على طول شق حول المحيط العين. تجنب ثقب العدسة. ويبين الشكل 2ألفصورة تمثيلية.</li>
		<li>مرة واحدة وقد تم قطع خارج محيط العين، إزالة الأنسجة الخلفي للعين باستخدام الملقط. عزل زونوليس والجسم الهدبي، العدسة والجسم الزجاجي المرفقة مع الملقط. ويبين الشكل 2بصورة تمثيلية.</li>
		<li>باستخدام المقص والملقط، إزالة الزائدة زجاجي حتى يمكن وضع العدسة مسطح على MLS. ملاحظة: في حالات زراعة القرنية، يستخدم الزر القرنية في الجراحة وبقية أنحاء العالم متاحة لأغراض البحث. ومع ذلك، يمكن استخدامها هذا العالم الجزئي لا يزال في إعداد الأنسجة الإعداد عدسة نقالة. إلا إذا كان يتم الحصول مؤخرة، فقط تنفيذ الخطوة 1.1.4–1.1.5.</li>
	</ol>
</li>
	<li>تطهير جميع التشريح بعد المعدات المستخدمة في حل التبييض 15% لمدة 30 دقيقة.</li>
</ol>2-محاكمة جمعية نقالة عدسة دليل
<ol><li>إدراج قيعان الأحذية 10 ملم وقمم الأحذية المقابلة في أسفل لوحة من MLS حيث لا تزال هناك فجوة 5 ملم بين الجدار الخلفي للمسافة البادئة الأحذية والأحذية نفسها.</li>
	<li>قم بمحاذاة لوحات العلوي والسفلي، والعض اللوحات معا؛ الجهاز الآن في موقف أونستريتشيد.</li>
	<li>إدراج اللوحات في حالة اللوحة والمسمار سداده في حفرة تقع على جانب أسفل لوحة.</li>
	<li>إدراج قضية اللوحة إلى القاعدة ووجع في المسافات البادئة تمت محاذاته.</li>
	<li>تطور وجع عقارب الساعة حتى يصل المسمار وقف التعاقد الأحذية، وتطور عقارب الساعة إلى الوراء العودة الأحذية إلى موقف أونستريتشيد الأصلي.</li>
</ol>3-تركيب العدسة
<ol><li>إدراج قيعان الأحذية 10 ملم في أسفل لوحة في MLS حيث مم 5 الفجوة بين ما زال الجدار الخلفي للمسافة البادئة الأحذية والأحذية نفسها.</li>
	<li>استخدام الملقط المنحنية، مكان مواجهة عدسة المستخرجة في منتصف أسفل لوحة حيث أن الأحذية هي دعم العدسة أكثر من ثقب مركزي.</li>
	<li>انجذاب أعلى المقابلة للأحذية في مكانها، لقطة فقط في زونوليس وفي الجسم الزجاجي. ضمان بصريا أن العدسة يبقى كما تركزت قدر الإمكان في أسفل لوحة.</li>
	<li>كرر الخطوات من 2، 2، 3-4.</li>
</ol>4-قياس العدسة
<ol><li>وضع نظام تصوير مباشرة أعلى الجهاز لالتقاط الفيديو والصور من عملية تمتد. تأكد من تضمين مسطرة في إطار الصورة بدقة حجم ونطاق الصور في مرحلة ما بعد المعالجة. ملاحظة: أي نظام تصوير مناسبة كافية لهذه الخطوة؛ هنا علينا استخدام 12 ميجا بكسل، autofocusing الذكي قدم واحدة من العينة.</li>
	<li>بشدة حتى الآن بسلاسة، تدوير وجع في اتجاه عقارب الساعة لتمتد العدسة. ويبين الشكل 3 صور الممثل في أونستريتشيد وامتدت الدولة.</li>
	<li>بعد تصوير العدسة ممدد، تدوير وجع في اتجاه عقارب الساعة لاستعادة العينة إلى حالة الراحة. ملاحظة: من الضروري أن يتم قياس العدسة في الوقت مناسب بغية التقليل من الجفاف للعدسة.</li>
	<li>وضوح تصوير الحالة النهائية يستريح للعدسة.</li>
</ol>5-بيانات التحليل
<ol><li>تحميل الصورة إلى إيماجيج، واستخدام ميزة "نقطة" لتحديد مالا يقل عن 40 نقطة حول المحيط العدسة كما هو موضح في الشكل 4أ. استخدم الخيار "قياس" ← "تحليل" تسفر عن موقع كل نقطة المحدد.</li>
	<li>صالح (باستخدام برامج مثل MATLAB) موقع النقاط بغية الحصول نصف قطرها و chi-square لصالح كما هو موضح في الشكل 4ب. تحويل نصف قطرها بكسل والخطأ في القياسات باستخدام المسطرة وتصويرها.</li>
	<li>أداء إقران اثنين الذيل الاختبار t لمقارنة عدسة فردية قبل وبعد تمتد من MLS.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Von Helmholtz, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Uber+die+akkommodation+des+auges.">Uber die akkommodation des auges.</a> Arch Ophthal. 1, 1-74 (1855).</li><li>Schachar, R. A., Black, T. D., Kash, R. L., Cudmore, D. P., Schanzlin, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanism+of+accommodation+and+presbyopia+in+the+primate.">The mechanism of accommodation and presbyopia in the primate.</a> Ann Ophthalmol. 27, 58-67 (1995).</li><li>Glasser, A., Campbell, C. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presbyopia+and+the+optical+changes+in+the+human+crystalline+lens+with+age.">Presbyopia and the optical changes in the human crystalline lens with age.</a> Vision Res. 38 (2), 209-229 (1998).</li><li>Reilly, M. A., Hamilton, P. D., Perry, G., Ravi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+behavior+and+natural+and+refilled+porcine+lenses+in+a+robotic+lens+stretcher.">Comparison of the behavior and natural and refilled porcine lenses in a robotic lens stretcher.</a> Exp Eye Res. 88, 483-494 (2009).</li><li>Langenbucher, A., Huber, S., Nguyen, N. X., Seitz, B., Gusek-Schneider, G. C., K&#252;chle, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+accommodation+after+implantation+of+an+accommodating+posterior+chamber+intraocular+lens.">Measurement of accommodation after implantation of an accommodating posterior chamber intraocular lens.</a> J Cataract Refract Surg. 29 (4), 677-685 (2003).</li><li>Ehrmann, K., Ho, A., Parel, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+analysis+of+the+accommodative+apparatus+in+primates.">Biomechanical analysis of the accommodative apparatus in primates.</a> Clin Exp Optom. 91 (4), 411 (2008).</li><li>Pinilla Cort&#233;s, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Protocols+for+Ex+Vivo+Lens+Stretching+Tests+to+Investigate+the+Biomechanics+of+the+Human+Accommodation+Apparatus.">Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926 (2015).</li><li>Fisher, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+elastic+constants+of+the+human+lens.">The elastic constants of the human lens.</a> J Physiol. 212 (1), 147-180 (1971).</li><li>Eppig, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biomechanical+eye+model+and+measurement+setup+for+investigating+accommodating+intraocular+lenses.">Biomechanical eye model and measurement setup for investigating accommodating intraocular lenses.</a> Z Med Ohys. 23 (2), 144-152 (2013).</li><li>Manns, F., Parel, , et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+of+Human+and+Monkey+Lenses+in+a+Lens+Stretcher.">Response of Human and Monkey Lenses in a Lens Stretcher.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 48 (7), 3260 (2007).</li><li>Scarcelli, G., Kim, P., Yun, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+measurement+of+age-related+stiffening+in+the+crystalline+lens+by+Brillouin+optical+microscopy.">In vivo measurement of age-related stiffening in the crystalline lens by Brillouin optical microscopy.</a> Biophys J. 101 (6), 1539-1545 (2011).</li><li>Besner, S., Scarcelli, G., Pineda, R., Yun, S. -. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+Vivo+Brillouin+Analysis+of+the+Aging+Crystalline+Lens.">In Vivo Brillouin Analysis of the Aging Crystalline Lens.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 57 (13), 5093 (2016).</li><li>Cortes, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+Protocols+for+Ex+Vivo+Lens+Stretching+Tests+to+Investigate+the+Biomechanics+of+the+Human+Accommodation+Apparatus.">Experimental Protocols for Ex Vivo Lens Stretching Tests to Investigate the Biomechanics of the Human Accommodation Apparatus.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (5), 2926-2932 (2015).</li><li>Bernal, A., Parel, J. -. M., Manns, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+Posterior+Zonular+Fiber+Attachment+on+the+Anterior+Hyaloid+Membrane.">Evidence for Posterior Zonular Fiber Attachment on the Anterior Hyaloid Membrane.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 47 (11), 4708 (2006).</li><li>Kammel, R., Ackermann, R., Mai, T., Damm, C., Nolte, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pig+Lenses+in+a+Lens+Stretcher.">Pig Lenses in a Lens Stretcher.</a> Optom Vis Sci. 89 (6), 908-915 (2012).</li><li>Hahn, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+Ex+Vivo+Porcine+Lens+Shape+During+Simulated+Accommodation,+Before+and+After+fs-Laser+Treatment.">Measurement of Ex Vivo Porcine Lens Shape During Simulated Accommodation, Before and After fs-Laser Treatment.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (9), 5332-5343 (2015).</li><li>D'Antin, J. C., Cortes, L. P., Montenegro, G. A., Barraquer, R. I., Michael, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+a+portable+manual+stretching+device+to+simulate+accommodation.">Evaluation of a portable manual stretching device to simulate accommodation.</a> Acta Ophthalmol. 93 (255), (2015).</li><li>Pierscionek, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Age-related+response+of+human+lenses+to+stretching+forces.">Age-related response of human lenses to stretching forces.</a> Exp Eye Res. 60 (3), 325-332 (1995).</li><li>Marussich, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+Crystalline+Lens+Volume+During+Accommodation+in+a+Lens+Stretcher.">Measurement of Crystalline Lens Volume During Accommodation in a Lens Stretcher.</a> Invest Ophthalmol Vis Sci. 56 (8), 4239 (2015).</li><li>Martinez-Enriquez, E., P&#233;rez-Merino, P., Velasco-Ocana, M., Marcos, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OCT-based+full+crystalline+lens+shape+change+during+accommodation+in+vivo.">OCT-based full crystalline lens shape change during accommodation in vivo.</a> Biomed Opt Exp. 8 (2), 918-933 (2017).</li></ol>

وقد آب حصة ملكية في "شركة استشارات بيونيكو".

ونحن قد وضعت طريقة جديدة لتوفير طريقة دقيقة وفعالة لدراسة إمكانية الإقامة للعدسة باستخدام إليه لقط المزدوج-قطعة لزوجين نقالة للعينة. أثناء الإقامة، يرتاح العدسة، وإنقاص القطر ردا على الاسترخاء من ألياف زونولار1،،من24،19</s...

السكن هو العملية التي العين البشرية قادرة على التكيف بشكل حيوي على شكل عدسة البلورية رؤية الأشياء على مسافات بعيدة أو قريبة في التركيز الحاد. السكن عملية النشاط الحيوي ارتباطاً وثيقا. عند العصبية التحفيز، تنتج العضلات الهدبية قوة على الجسم الهدبي وألياف زونولي أن نعلق على محيط عدسة كبسولة1،2. بينما هناك نظريات مختلفة وراء الميكانيكا الحيوية الإقامة، الأكثر قبولا هو فرضية هلمهولتز. ووفقا للفرضية، العدسة في دولة امتدت طبيعية، المقابلة للشكل أنحف من العدسة التي الأمثل لتركيز الأشياء البعيدة. لتغيير التركيز إلى كائنات أوثق، عقد العضلات الهدبية واسترخاء الألياف زونولار. وفي المقابل، يمسك العدسة، زيادة الانحناءات السطح الأمامي والخلفي. يقابل ذلك زيادة في الطاقة ديوبتريك التي ضرورية للقرب من الرؤية، ولذلك، البعد البؤري أقصر1.
القدرة على استيعاب الخطر مع مرور الوقت عن طريق شرط اسمه شيخوخة. التي تؤثر على كل فرد من سن 50 سنة، يجعل شيخوخة العين غير قادر على بشكل حيوي تغيير التركيز من الآن لإغلاق المسافات3. ولمكافحة شيخوخة، الأساليب الحالية السلبية بما في ذلك العدسات التصحيحية والنظارة. مع زيادة قدرة المرء على التركيز على الأشياء القريبة في قليل من الطائرات، لا يمكن استعادة هذه العلاجات السلبي قدرة التركيز الحيوي4،العدسة5. من أجل علاج شيخوخة كفاءة، أو ربما منع ذلك، هناك حاجة مستمرة إلى فهم أفضل للإقامة.
لدراسة عدسة الإقامة، قد وضعت عددا من أجهزة لمحاكاة ظاهرة السابقين فيفو4،6،7،،من89. وأدخلت الغزل الأقراص أولاً لرصد تمتد من العدسة عن طريق القوى المركزية الطاردة8. لتكرار هذه الظاهرة أكثر دقة، وعرض الأجهزة العدسة تمتد تدريجيا وابتكر. استخدام عدسة نقالة، Manns وآخرون. وتتميز القوة المطلوبة لاستيعاب العدسة بينما ربط مثل هذه السلطة العدسة وقطرها الاستوائي9. الفهم الحالي أن يتصلب العدسة مع التقدم في السن، أدى إلى انخفاض تغيير شكل عدسة استجابة لقوة متساوية من الجسم الهدبي3،10،،من1112.
الحالي عدسة نقالات غالباً ما تنطوي على إعداد معقدة، تنفيذ معدلات تمتد للبرمجة، والإلكترونيات، ويتطلب جثة كاملة مقلة العين6،،من710،13. هذا الشرط يزيد من التكلفة لكل تجربة لما يزيد على مبلغ 500.00 كل العين ويقلل من توافر عينة. هنا نقدم طريقة لتكرار الإقامة عدسة تكلفة منخفضة كما العين الخلفي يبلغ حوالي 200.00 دولار. أقل تطورا من العديد من الأجهزة المستخدمة اليوم، في حين الأسلوب أكثر فعالية من حيث التكلفة وتبني دون المساس بنتائج. هذا الأسلوب تتمحور حول عدسة يدوية نقالة (MLS) هو مبين في الشكل 1، ويستخدم نظام لقط فريدة من نوعها على ألياف زونولار وطريقة اللف شعاعي لتوسيع قطر العدسة. يتم التحقق من دقة الفسيولوجية للبروتوكول باستنتاجات برنال et al.، الذي درس المسار الذي ترتبط الألياف زونولار الأمامي والخلفي ل كبسولة العدسة14. باستخدام تصميم الأحذية المخصصة التي لا تتطلب سوى العدسة، زونولي، والجسم الهدبي، نحن تهدف إلى دراسة الميكانيكا الحيوية العدسة بتكرار الإقامة الفسيولوجية.

<table><tbody><tr><td>Manual Lens Stretcher</td><td>Bioniko</td><td>MLS</td><td>Different animal species will require different shoe sizes</td></tr><tr><td>Porcine Eye Samples</td><td>George G. Ruppersberger; slaughterhouse</td><td>N/A</td><td>Whole eyeballs were obtained</td></tr><tr><td>Human Eye Samples</td><td>The National Disease Research Interchange</td><td>N/A</td><td>Posterior poles without corneas were ordered</td></tr><tr><td>Dissecting Scissors (5 1/2&#039;&#039; Straight)</td><td>Electron Microsopy Sciences</td><td>72960</td><td></td></tr><tr><td>Tissue Forceps (4 1/2&#039;&#039;)</td><td>Electron Microsopy Sciences</td><td>72960</td><td></td></tr><tr><td>iPhone 6s</td><td>Apple</td><td>N/A</td><td>Any imaging system with ~0.1 mm resolution will work</td></tr><tr><td>Sodium Hypochorite</td><td>Clorox</td><td>Clorox Regular-Bleach</td><td>Any disinfectant will work</td></tr></tbody></table>

simulating the mechanics of lens accommodation via a manual lens stretcher

والهدف من هذا البروتوكول تقليد الميكانيكا الحيوية الفسيولوجية الإقامة بطريقة فعالة من حيث التكلفة، وعملياً. يتحقق السكن من خلال انكماش الجسم الهدبي والاسترخاء من ألياف زونولي، الذي ينتج سماكة العدسة اللازم للقرب من الرؤية. نقدم هنا، الرواية، والأسلوب البسيط الذي يتكرر الإقامة بتوتير زونوليس متصلة بكبسولة العدسة عن طريق عدسة يدوية نقالة (MLS). هذا الأسلوب ترصد تمتد شعاعي، يتحقق بعدسة عندما يتعرض لقوة متسقة ويسمح بإجراء مقارنة لاستيعاب العدسات، والتي يمكن أن تمتد إلى مراعاة عدم العدسات، والتي لا يمكن أن يتم تمدد. الأهم من ذلك، الأزواج نقالة زونوليس مباشرة، ولا على الصلبة العينية للعين، وبالتالي تتطلب فقط العدسة، زونوليس، والجسم الهدبي بدلاً من نموذج الكرة الأرضية بأسرها. يمكنك تقليل هذا الاختلاف إلى حد كبير تكاليف اقتناء العدسات الجثث المانحة بحوالي 62% مقارنة بالحصول الكرة الأرضية بأسرها.

تم الحصول على عيون الخنزير، ونموذج مشترك لدراسة شيخوخة عبر العدسة تمتد15من4،،، (n = 10) من المسالخ محلية وهذا البروتوكول تم استخدامه لمراقبة إمكانية الإقامة للعدسات. الشكل 5 A يظهر المقارنة بين العدسة الخنزير قبل وبعد...

Watch this Scientific Journal Video about Simulating the Mechanics of Lens Accommodation via a Manual Lens Stretcher at JoVE.com

Simulating the Mechanics of Lens Accommodation via a Manual Lens Stretcher

محاكاة ميكانيكا عدسة السكن عن طريق عدسة يدوية نقالة

نقدم وسيلة فعالة لدراسة السكن العدسة باستخدام عدسة يدوية نقالة. بروتوكول يقلد متصلة السكن الفسيولوجية عن طريق سحب زونوليس حول كبسولة العدسة، وبالتالي تمتد العدسة.

The goal of this protocol is to mimic the biomechanics of physiological accommodation in a cost-efficient, practical manner. Accommodation is achieved ...

simulating-mechanics-lens-accommodation-via-manual-lens

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Bioengineering

6.7K Views.  University of Maryland. نقدم وسيلة فعالة لدراسة السكن العدسة باستخدام عدسة يدوية نقالة. بروتوكول يقلد متصلة السكن الفسيولوجية عن طريق سحب زونوليس حول كبسولة العدسة، وبالتالي تمتد العدسة.

Video: Simulating the Mechanics of Lens Accommodation via a Manual Lens Stretcher

Stretching Short Sequences of DNA with Constant Force Axial Optical Tweezers

Single-molecule techniques for stretching DNA of contour lengths less than a kilobase are fraught with experimental difficulties. However, many interesting biological events such as histone binding and protein-mediated looping of DNA1,2, occur on this length scale. In recent years, the mechanical properties of DNA have been shown to play a significant role in fundamental cellular processes like the packaging of DNA into compact nucleosomes and chromatin fibers3,4. Clearly, it is then important to understand the mechanical properties of short stretches of DNA. In this paper, we provide a practical guide to a single-molecule optical tweezing technique that we have developed to study the mechanical behavior of DNA with contour lengths as short as a few hundred basepairs.
The major hurdle in stretching short segments of DNA is that conventional optical tweezers are generally designed to apply force in a direction lateral to the stage5,6, (see Fig. 1). In this geometry, the angle between the bead and the coverslip, to which the DNA is tethered, becomes very steep for submicron length DNA. The axial position must now be accounted for, which can be a challenge, and, since the extension drags the microsphere closer to the coverslip, steric effects are enhanced. Furthermore, as a result of the asymmetry of the microspheres, lateral extensions will generate varying levels of torque due to rotation of the microsphere within the optical trap since the direction of the reactive force changes during the extension.
Alternate methods for stretching submicron DNA run up against their own unique hurdles. For instance, a dual-beam optical trap is limited to stretching DNA of around a wavelength, at which point interference effects between the two traps and from light scattering between the microspheres begin to pose a significant problem. Replacing one of the traps with a micropipette would most likely suffer from similar challenges. While one could directly use the axial potential to stretch the DNA, an active feedback scheme would be needed to apply a constant force and the bandwidth of this will be quite limited, especially at low forces.
We circumvent these fundamental problems by directly pulling the DNA away from the coverslip by using a constant force axial optical tweezers7,8. This is achieved by trapping the bead in a linear region of the optical potential, where the optical force is constant-the strength of which can be tuned by adjusting the laser power. Trapping within the linear region also serves as an all optical force-clamp on the DNA that extends for nearly 350 nm in the axial direction. We simultaneously compensate for thermal and mechanical drift by finely adjusting the position of the stage so that a reference microsphere stuck to the coverslip remains at the same position and focus, allowing for a virtually limitless observation period.

We illustrate the use of a constant force axial optical tweezers to explore the mechanical properties of short DNA molecules. By stretching DNA axially, we minimize steric hindrances and artifacts arising in conventional lateral manipulation, allowing us to study DNA molecules as short as ~100 nm.

تمتد سلاسل قصيرة من الحمض النووي مع ثابت القوة المحورية الملقط البصري

Single-molecule techniques for stretching DNA of contour lengths  less than a kilobase are fraught with experimental difficulties. However, many ...

Stretching Micropatterned Cells on a PDMS Membrane

Mechanical forces exerted on cells and/or tissues play a major role in numerous processes. We have developed a device to stretch cells plated on a PolyDiMethylSiloxane (PDMS) membrane, compatible with imaging. This technique is reproducible and versatile. The PDMS membrane can be micropatterned in order to confine cells or tissues to a specific geometry. The first step is to print micropatterns onto the PDMS membrane with a deep UV technique. The PDMS membrane is then mounted on a mechanical stretcher. A chamber is bound on top of the membrane with biocompatible grease to allow gliding during the stretch. The cells are seeded and allowed to spread for several hours on the micropatterns. The sample can be stretched and unstretched multiple times with the use of a micrometric screw. It takes less than a minute to apply the stretch to its full extent (around 30%). The technique presented here does not include a motorized device, which is necessary for applying repeated stretch cycles quickly and/or computer controlled stretching, but this can be implemented. Stretching of cells or tissue can be of interest for questions related to cell forces, cell response to mechanical stress or tissue morphogenesis. This video presentation will show how to avoid typical problems that might arise when doing this type of seemingly simple experiment.

This manuscript presents a technique to apply or release forces on adherent cells or tissues using unidirectional stretching.

تمتد خلايا Micropatterned على غشاء PDMS

Mechanical forces exerted on cells and/or tissues  play a major role in numerous processes. We have developed a device to stretch  cells plated on a ...

A Novel Stretching Platform for Applications in Cell and Tissue Mechanobiology

Tools that allow the application of mechanical forces to cells and tissues or that can quantify the mechanical properties of biological tissues have contributed dramatically to the understanding of basic mechanobiology. These techniques have been extensively used to demonstrate how the onset and progression of various diseases are heavily influenced by mechanical cues. This article presents a multi-functional biaxial stretching (BAXS) platform that can either mechanically stimulate single cells or quantify the mechanical stiffness of tissues. The BAXS platform consists of four voice coil motors that can be controlled independently. Single cells can be cultured on a flexible substrate that can be attached to the motors allowing one to expose the cells to complex, dynamic, and spatially varying strain fields. Conversely, by incorporating a force load cell, one can also quantify the mechanical properties of primary tissues as they are exposed to deformation cycles. In both cases, a proper set of clamps must be designed and mounted to the BAXS platform motors in order to firmly hold the flexible substrate or the tissue of interest. The BAXS platform can be mounted on an inverted microscope to perform simultaneous transmitted light and/or fluorescence imaging to examine the structural or biochemical response of the sample during stretching experiments. This article provides experimental details of the design and usage of the BAXS platform and presents results for single cell and whole tissue studies. The BAXS platform was used to measure the deformation of nuclei in single mouse myoblast cells in response to substrate strain and to measure the stiffness of isolated mouse aortas. The BAXS platform is a versatile tool that can be combined with various optical microscopies in order to provide novel mechanobiological insights at the sub-cellular, cellular and whole tissue levels.

We present in this article a novel stretching platform that can be used to investigate single cell responses to complex anisotropic biaxial mechanical deformation and quantify the mechanical properties of biological tissues.

A منصة رواية تمتد للتطبيقات في الخلايا والأنسجة Mechanobiology

Tools that allow the application of mechanical forces to cells and tissues or that can quantify the mechanical properties of biological tissues have ...

Live Cell Imaging during Mechanical Stretch

There is currently a significant interest in understanding how cells and tissues respond to mechanical stimuli, but current approaches are limited in their capability for measuring responses in real time in live cells or viable tissue. A protocol was developed with the use of a cell actuator to distend live cells grown on or tissues attached to an elastic substrate while imaging with confocal and atomic force microscopy (AFM). Preliminary studies show that tonic stretching of human bronchial epithelial cells caused a significant increase in the production of mitochondrial superoxide. Moreover, using this protocol, alveolar epithelial cells were stretched and imaged, which showed direct damage to the epithelial cells by overdistention simulating one form of lung injury in vitro. A protocol to conduct AFM nano-indentation on stretched cells is also provided.

A novel imaging protocol was developed using a custom motor-driven mechanical actuator to allow the measurement of real time responses to mechanical strain in live cells. Relevant to mechanobiology, the system can apply strains up to 20% while allowing near real-time imaging with confocal or atomic force microscopy.

يعيش التصوير خلية خلال الإمتداد الميكانيكية

There is currently a significant interest in understanding how cells and tissues respond to mechanical stimuli, but current approaches are limited in ...

Synthesis of Soft Polysiloxane-urea Elastomers for Intraocular Lens Application

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses (a-IOLs). Aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes (PDMS) were previously prepared via the ring-chain equilibration of the cyclic siloxane octamethylcyclotetrasiloxane (D4) and 1,3-bis(3-aminopropyl)-tetramethyldisiloxane (APTMDS). Phenyl groups were introduced into the siloxane backbone via the copolymerization of D4 and 2,4,6,8-tetramethyl-2,4,6,8-tetraphenyl-cyclotetrasiloxane (D4Me,Ph). These polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers were synthesized for increasing the refractive indices of polysiloxanes. For applications as an a-IOL, the refractive index of the polysiloxanes must be equivalent to that of a young human eye lens. The polysiloxane molecular weight is controlled by the ratio of the cyclic siloxane to the endblocker APTMDS. The transparency of the PSU elastomers is examined by the transmittance measurement of films between 200 and 750 nm, using a UV-Vis spectrophotometer. Transmittance values at 750 nm (upper end of the visible spectrum) are plotted against the PDMS molecular weight, and &#62; 90% of the transmittance is observed until a molecular weight of 18,000 g&#183;mol&#8722;1. Mechanical properties of the PSU elastomers are investigated using stress-strain tests on die-cut dog-bone-shaped specimens. For evaluating mechanical stability, mechanical hysteresis is measured by repeatedly stretching (10x) the specimens to 5% and 100% elongation. Hysteresis considerably decreases with the increase in the PDMS molecular weight. In vitro cytotoxicity of some selected PSU elastomers is evaluated using an MTS cell viability assay. The methods described herein permit the synthesis of a soft, transparent, and noncytotoxic PSU elastomer with a refractive index approximately equal to that of a young human eye lens.

This study describes synthetic routes for aminopropyl-terminated polydimethylsiloxanes and polydimethyl-methyl-phenyl-siloxane-block copolymers and for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers. It presents the application of PSUs as accommodating an intraocular lens. An evaluation method for in vitro cytotoxicity is also described.

توليف اللدائن اليوريا Polysiloxane لينة لتطبيق العدسة اللاصقة

This study discusses a synthesis route for soft polysiloxane-based urea (PSU) elastomers for their applications as accommodating intraocular lenses ...

Chemistry

Production of a Strain-Measuring Device with an Improved 3D Printer

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in the analog electrical signal in a traditional strain gauge operation, a new strain measurement method is presented here. It uses a photographic technique to display the strain change by amplifying the change of the pointer displacement of the mechanism. A visual polydimethylsiloxane (PDMS) lens with a focal length of 7.16 mm was added to a smartphone camera to generate a lens group acting as a microscope to capture images. It had an equivalent focal length of 5.74 mm. Acrylonitrile butadiene styrene (ABS) and nylon amplifiers were used to test the influence of different materials on the sensor performance. The production of the amplifiers and PDMS lens is based on improved 3D printing technology. The data obtained were compared with the results from finite element analysis (FEA) to verify their validity. The sensitivity of the ABS amplifier was 36.03 &plusmn; 1.34 &#181;&epsilon;/&#181;m, and the sensitivity of the nylon amplifier was 36.55 &plusmn; 0.53 &#181;&epsilon;/&#181;m.

This work presents a strain measurement sensor consisting of an amplification mechanism and a polydimethylsiloxane microscope manufactured using an improved 3D printer.

إنتاج جهاز قياس السلالة مع طابعة ثلاثية الأبعاد محسنة

A traditional strain measurement sensor needs to be electrified and is susceptible to electromagnetic interference. In order to solve the fluctuations in ...

Engineering

Controlled Strain of 3D Hydrogels under Live Microscopy Imaging

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized in vitro stretching methods. Various available systems use 2D substrate-based stretchers, while the accessibility of 3D techniques to strain soft hydrogels, is more restricted. Here, we describe a method that allows external stretching of soft hydrogels from their circumference, using an elastic silicone strip as the sample carrier. The stretching system utilized in this protocol is constructed from 3D-printed parts and low-cost electronics, making it simple and easy to replicate in other labs. The experimental process begins with polymerizing thick (&#62;100 &#956;m) soft fibrin hydrogels (Elastic Modulus of ~100 Pa) in a cut-out at the center of a silicone strip. Silicone-gel constructs are then attached to the printed-stretching device and placed on the confocal microscope stage. Under live microscopy the stretching device is activated, and the gels are imaged at various stretch magnitudes. Image processing is then used to quantify the resulting gel deformations, demonstrating relatively homogenous strains and fiber alignment throughout the gel&#8217;s 3D thickness (Z-axis). Advantages of this method include the ability to strain extremely soft hydrogels in 3D while executing in situ microscopy, and the freedom to manipulate the geometry and size of the sample according to the user&#8217;s needs. Additionally, with proper adaptation, this method can be used to stretch other types of hydrogels (e.g., collagen, polyacrylamide or polyethylene glycol) and can allow for analysis of cells and tissue response to external forces under more biomimetic 3D conditions.

The presented method involves uniaxial stretching of 3D soft hydrogels embedded in silicone rubber while allowing live confocal microscopy. Characterization of the external and internal hydrogel strains as well as fiber alignment are demonstrated. The device and protocol developed can assess the response of cells to various strain regimes.

سلالة تسيطر عليها من هيدروجيلس 3D تحت التصوير المجهري لايف

External forces are an important factor in tissue formation, development, and maintenance. The effects of these forces are often studied using specialized ...

التوصيف الميكانيكي الحيوي لعدسة العين الخنازير مع الضغط الآلي

Automated Compression Testing of the Ocular Lens

The biomechanical properties of the ocular lens are essential to its function as a variable power optical element. These properties change dramatically with age in the human lens, resulting in a loss of near vision called presbyopia. However, the mechanisms of these changes remain unknown. Lens compression offers a relatively simple method for assessing the lens' biomechanical stiffness in a qualitative sense and, when coupled with appropriate analytical techniques, can help quantify biomechanical properties. A variety of lens compression tests have been performed to date, including both manual and automated, but these methods inconsistently apply key aspects of biomechanical testing such as preconditioning, loading rates, and time between measurements. This paper describes a fully automated lens compression test wherein a motorized stage is synchronized with a camera to capture the force, displacement, and shape of the lens throughout a preprogrammed loading protocol. A characteristic elastic modulus may then be calculated from these data. While demonstrated here using porcine lenses, the approach is appropriate for the compression of lenses of any species.

تسليط الضوء على المؤلف: تعزيز فهم تغيرات تصلب العدسة المرتبطة بالعمر 

We present an automated method for characterizing the effective elastic modulus of an ocular lens using a compression test.

اختبار الضغط الآلي لعدسة العين

The biomechanical properties of the ocular lens are essential to its function as a variable power optical element. These properties change dramatically ...

محاكاة ميكانيكا عدسة السكن عن طريق عدسة يدوية نقالة

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video

تمتد سلاسل قصيرة من الحمض النووي مع ثابت القوة المحورية الملقط البصري

تمتد خلايا Micropatterned على غشاء PDMS

A منصة رواية تمتد للتطبيقات في الخلايا والأنسجة Mechanobiology

يعيش التصوير خلية خلال الإمتداد الميكانيكية

توليف اللدائن اليوريا Polysiloxane لينة لتطبيق العدسة اللاصقة

إنتاج جهاز قياس السلالة مع طابعة ثلاثية الأبعاد محسنة

سلالة تسيطر عليها من هيدروجيلس 3D تحت التصوير المجهري لايف

اختبار الضغط الآلي لعدسة العين

اختبار الضغط الآلي لعدسة العين

اختبار الضغط الآلي لعدسة العين