This work was supported by EPSRC Career Acceleration grant EP/J002402/1.

ATTENZIONE: Si prega di consultare tutte le relative schede di sicurezza dei materiali prima dell&#39;utilizzo. Il perossido di idrogeno utilizzato in questo protocollo è dannoso, e l&#39;evoluzione di ossigeno gassoso quando esposto ad platino pone un rischio di esplosione. Utilizzare tutti i controlli di sicurezza appropriate durante questo protocollo tra cui i controlli tecnici, mentre la movimentazione soluzioni di perossido (cappa) e dispositivi di protezione individuale (occhiali, guanti e camice da laboratorio). 1. Rendere catalitica Janus Particelle <ol><li> Preparare substrato vetrino <ol><li> Pulire un vetrino da microscopio inutilizzato standard utilizzando il lavaggio sequenziale per alcuni minuti ciascuno in acqua deionizzata (DI), soluzione vetro decontaminazione e acqua deionizzata. Poi lavare con un 70:30 v: v miscela di etanolo: acqua deionizzata, e infine asciugare in un flusso di aria / azoto pulita. </li><li> Esaminare il vetrino sotto un microscopio per verificare che la superficie sia pulita e priva di segni di contaminazione particellare. Ripetere il punto 1.1.1, se necessario. </li></ol></li><li> Preparare dispersione colloidale per la deposizione <ol><li> Pipettare 10 ml di soluzione acquosa colloidale magazzino fluorescente (10% in peso.) In 990 ml di etanolo. Regolare volumi come richiesto a seconda della concentrazione della soluzione utilizzata per arrivare a circa lo 0,1% in peso della sospensione colloidale. </li><li> mix vortex per 10 secondi. </li></ol></li><li> Cappotto Spin dispersione colloidale sul substrato vetrino <ol><li> Dotare un dispositivo a induzione giro con il vetrino pulito. Riempire un puntale con 100 ml di soluzione colloidale diluita preparata in precedenza. Programma di spin coater per eseguire un 30 sec, 2.000 rpm ciclo. Avviare rotazione coater, e quando fino a velocità delle pipette continuo la soluzione preparata sul centro del vetrino filatura. </li><li> Rimuovere vetrino dal dispositivo a induzione giro, tornare al microscopio ottico e verificare che un ancora dispersione soprattutto non toccare colloidi separati copre la regione o centralef vetrino. </li></ol></li><li> Vacuum evaporare platino metallo sul colloide decorato vetrino <ol><li> Inserire il rivestito colloide vetrino in un evaporatore metallico. Assicurarsi che il colloide decorato lato sia rivolto verso la fonte di evaporazione. Installare una fonte di evaporazione di platino in metallo e depositare 15 nm di metallo platino. Nota: Dopo la deposizione di metallo, i campioni devono essere conservati in atmosfera inerte. </li></ol></li></ol> 2. &quot;nuotare&quot; Particelle Janus <ol><li> Risospendere Janus colloidi in una soluzione di perossido contenente <ol><li> Tagliare un quadrato di 1 x 1 cm di tessuto lenti, e smorzare alla fine con 10 ml di acqua deionizzata. Tenere con le pinzette, e strofinare delicatamente lungo la superficie della ricoperto platino colloidale decorato vetrino (questo passaggio rimuove fisicamente colloidi dal substrato). </li><li> Inserire il tessuto obiettivo in 1,5 ml di acqua deionizzata e agitare manualmente energicamente per 30 secondi in un tu sigillatoessere. Rimuovere il tessuto lente. </li><li> Pipettare 1 ml di colloide contenente soluzione in un nuovo contenitore, riempito con 1 ml di 30% w / v H 2 O 2 soluzione madre. Mescolare delicatamente le soluzioni, e poi posto in un bagno a ultrasuoni a temperatura ambiente per 5 minuti, seguito da un altro 25 min periodo di incubazione unstirred. ATTENZIONE: Questa soluzione può evolvere ossigeno; Non sigillare. </li><li> Secco 100 microlitri della soluzione colloidale acquosa restante SU UN microscopio elettronico a scansione (SEM) stub per consentire SEM verifica della struttura colloidale Janus. 14 </li></ol></li><li> Preparare analisi provetta <ol><li> Aggiungere un ulteriore 1 ml di acqua deionizzata alla soluzione incubate contenente perossido e platino rivestito colloidi ad arrivare ad una forza di combustibile idoneo (10%) per consentire la propulsione veloce. Nota: Le fasi di incubazione precedenti sono state effettuate in concentrazioni superiori a combustibile concentrazione per pulire la superficie del catalizzatore di platino. </li><li> Riempire un loVolume w cuvetta vetro al quarzo rettangolare con la soluzione incubata. Liberamente montare un tappo push-in. ATTENZIONE: rischio di esplosione - non utilizzare un tappo a vite. </li></ol></li></ol> 3. osservazione al microscopio <ol><li> Individuare particella di interesse <ol><li> Carico cuvetta in un microscopio a fluorescenza dotato di un obiettivo adatto (per esempio, 20X) ed eccitare emissione fluoroforo utilizzando una opportuna combinazione di filtri (eccitazione 450-490 nm, emissione&gt; 515 nm). </li><li> cercare manualmente colloidi fluorescenti all&#39;interno della provetta. Nota: Regolazione della densità colloide, pur mantenendo la concentrazione di perossido può essere richiesto. Ad esempio, la diluizione è consigliato se la densità colloidale è elevata, e numerose bolle di ossigeno producono flussi sono presenti. Una concentrazione del volume colloidale di circa il 0,003% è un punto di partenza consigliato. </li><li> Ottimizzare le impostazioni ottici per il monitoraggio 3D: in condizioni di illuminazione adeguate, in concentrarsi colloidi apparirà oggetti circolari come taglienti. Tuttavia, come propulsione sposta i colloidi in e fuori del piano focale una dimensione distintiva anello di cambio luminosa centrata intorno si osserverà la sfera, questo è usato per determinare la coordinata z per attivare tracking 3D. </li></ol></li><li> Registra video <ol><li> Prima di iniziare la cattura video, mettere a fuoco il microscopio in modo che la particella di interesse produce un anello concentrico, con la particella &quot;sotto&quot; la posizione del fuoco. Non spostare il piano di messa a fuoco durante la cattura video. </li><li> Registra video di particelle di interesse. Utilizzare il video durate 30 sec con frame rate superiori a 30 Hz di consentire la ricostruzione dettagliata traiettoria. </li></ol></li><li> Ricostruzione traiettoria 3D <ol><li> Calibrare asse z <ol><li> Portare un peso del 2%. soluzione gellano in acqua contenente una sospensione di particelle fluorescenti Janus a 60 ° C, posto in una cuvetta equivalentequello utilizzato in precedenza, e permettono di impostare in modo da formare un campione gel trasparente rigida contenente colloidi fisse assicurate. </li><li> Concentrarsi su un unico colloidale fissa utilizzando le stesse condizioni di illuminazione selezionati in precedenza, ora registrare una serie di immagini fisse come la Z-focus è sollevata dal spostamenti noti relativi a questo piano. </li><li> Determinare il raggio dell&#39;anello in ciascuna posizione del fuoco conosciuta 11. Nota: Questo è più efficiente eseguita utilizzando un algoritmo di analisi di immagine che può essere applicato come un processo batch per tutta la taratura ancora incornicia, e video. Un approccio tipico coinvolge levigatura dell&#39;immagine, soglia per identificare una posizione approssimativa del centro degli oggetti, e quindi posizionare i x effettivi e le coordinate y del centro dell&#39;anello misurando la distanza tra i picchi di intensità entrambi i lati dell&#39;anello. La distanza radiale medio ai picchi di intensità dal centro dell&#39;anello può essere trovata. 11 Ciò consente sia il raggio un anello luminosod coordinata da determinare con precisione sub-pixel xy. Posizionando il x, y, z posizione di una sfera Janus fissato gellano 30 micron dal piano focale, in una sequenza temporale di immagini, le particelle possono essere posizionati con un errore di ± 25 nm lungo ciascun asse. L&#39;errore può essere attribuito al rumore nelle immagini. Il rapporto segnale rumore e quindi la precisione degli algoritmi spilli dipende dalla intensità della luce di fluorescenza rilevata. Quando una sfera Janus è lontano dal piano focale sua intensità diventa troppo debole per monitorare con precisione che, ad esempio, per un diametro 4,8 micron colloid zo gamma di circa 200 micron è possibile. Un metodo non-algoritmico alternativa è quella di utilizzare semplice misurazione manuale di x, y centro e raggio, ma questo ridurrà la precisione. </li><li> Tracciare una curva di mettere in relazione la distanza di z-posizione, e si adattano ad una funzione appropriata (ad esempio, l&#39;equazione cubica) per consentire l&#39;interpolazione. 11 </li></ol></li> &lt;li&gt; Calibra x, l&#39;asse y <ol><li> Registrare un&#39;immagine al microscopio ottico di un reticolo calibrazione spaziale ancora inquadrare utilizzando le stesse condizioni microscopio scelti in 3.2. </li><li> Misurare la dimensione &quot;in pixel&quot; di un oggetto con note dimensione del mondo reale da l&#39;immagine del reticolo calibrazione spaziale e utilizzare questo per stabilire un pixel a fattore di conversione micron per la x, y piano dell&#39;immagine. </li></ol></li><li> ricostruire traiettoria <ol><li> Determinare le coordinate x e y e raggio per ogni fotogramma della sequenza video come descritto in 3.3.1.3, utilizzare la funzione si trovano in 3.3.1.4 per convertire raggio in z, e il fattore di calibrazione si trovano in 3.3.2.2 per convertire x e y pixel coordinate in micron. Questa procedura si tradurrà in un accurato x, y, z coordinate per la posizione particelle propulsivi come funzione del tempo. 11 Questa procedura può essere implementata utilizzando un algoritmo, o manualmente. </li><li> Determinare il p derivatoroperties come la velocità media di quantificare l&#39;entità del nuoto catalitica osservata. </li></ol></li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Ebbens, S. J., Howse, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+pursuit+of+propulsion+at+the+nanoscale.">In pursuit of propulsion at the nanoscale.</a> Soft Matter. 6 (4), 726 (2010).</li><li>Wang, W., Duan, W., Ahmed, S., Mallouk, T. E., Sen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Small+power+:+Autonomous+nano-+and+micromotors+propelled+by+self-generated+gradients.">Small power : Autonomous nano- and micromotors propelled by self-generated gradients.</a> Nano Today. 8 (5), 531-554 (2013).</li><li>Gao, W., Dong, R., 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=Artificial+Micromotors+in+the+Mouse's+Stomach+:+A+Step+toward+in+Vivo+Use+of+Synthetic+Motors.">Artificial Micromotors in the Mouse's Stomach : A Step toward in Vivo Use of Synthetic Motors.</a> ACS nano. 9 (1), 117-123 (2015).</li><li>Restrepo-P&#233;rez, L., Soler, L., Mart&#236;nez-Cisneros, C., S&#225;nchez, S., Schmidt, O. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biofunctionalized+self-propelled+micromotors+as+an+alternative+on-chip+concentrating+system.">Biofunctionalized self-propelled micromotors as an alternative on-chip concentrating system.</a> Lab Chip. 14 (16), 2914-2917 (2014).</li><li>Soler, L., S&#225;nchez, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+nanomotors+for+environmental+monitoring+and+water+remediation.">Catalytic nanomotors for environmental monitoring and water remediation.</a> Nanoscale. 6 (13), 7175-7182 (2014).</li><li>Howse, J., Jones, R., Ryan, A., Gough, T., Vafabakhsh, R., Golestanian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Motile+Colloidal+Particles:+From+Directed+Propulsion+to+Random+Walk.">Self-Motile Colloidal Particles: From Directed Propulsion to Random Walk.</a> Phys. Rev. Letts. 99 (4), 8-11 (2007).</li><li>Ebbens, S., Gregory, D. A., 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=Electrokinetic+effects+in+catalytic+platinum-insulator+Janus+swimmers.">Electrokinetic effects in catalytic platinum-insulator Janus swimmers.</a> EPL. 106 (5), 58003 (2014).</li><li>Orozco, J., Jurado-S&#225;nchez, B., 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=Bubble-propelled+micromotors+for+enhanced+transport+of+passive+tracers.">Bubble-propelled micromotors for enhanced transport of passive tracers.</a> Langmuir. 30 (18), 5082-5087 (2014).</li><li>Peterson, S. D., Chuang, H. -. S., Wereley, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+particle+tracking+using+micro-particle+image+velocimetry+hardware.">Three-dimensional particle tracking using micro-particle image velocimetry hardware.</a> Meas. Sci. and Technol. 19 (11), 115406 (2008).</li><li>Ten Hagen, B., K&#252;mmel, F., Wittkowski, R., Takagi, D., L&#246;wen, H., Bechinger, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravitaxis+of+asymmetric+self-propelled+colloidal+particles.">Gravitaxis of asymmetric self-propelled colloidal particles.</a> Nat. Commun. 5, 4829 (2014).</li><li>Campbell, A. I., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gravitaxis+in+spherical+janus+swimming+devices.">Gravitaxis in spherical janus swimming devices.</a> Langmuir. 29 (46), 14066-14073 (2013).</li><li>Ebbens, S., Tu, M. -. H., Howse, J. R., Golestanian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Size+dependence+of+the+propulsion+velocity+for+catalytic+Janus-sphere+swimmers.">Size dependence of the propulsion velocity for catalytic Janus-sphere swimmers.</a> Physical Review. E Stat. Nonlin. Soft Matter Phys. 85, 020401 (2012).</li><li>Ebbens, S. J., Howse, J. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+observation+of+the+direction+of+motion+for+spherical+catalytic+swimmers.">Direct observation of the direction of motion for spherical catalytic swimmers.</a> Langmuir. 27 (20), 12293-12296 (2011).</li><li>Archer, R. J., Campbell, a. I., Ebbens, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glancing+angle+metal+evaporation+synthesis+of+catalytic+swimming+Janus+colloids+with+well+defined+angular+velocity.">Glancing angle metal evaporation synthesis of catalytic swimming Janus colloids with well defined angular velocity.</a> Soft Matter. 11, 6872-6880 (2015).</li><li>Zhao, G., Sanchez, S., Schmidt, O. G., Pumera, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Poisoning+of+bubble+propelled+catalytic+micromotors:+the+chemical+environment+matters.">Poisoning of bubble propelled catalytic micromotors: the chemical environment matters.</a> Nanoscale. 5 (7), 2909-2914 (2013).</li><li>Wang, Y., Hernandez, R. M., 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=Bipolar+electrochemical+mechanism+for+the+propulsion+of+catalytic+nanomotors+in+hydrogen+peroxide+solutions.">Bipolar electrochemical mechanism for the propulsion of catalytic nanomotors in hydrogen peroxide solutions.</a> Langmuir. 22 (25), 10451-10456 (2006).</li><li>Dunderdale, G., Ebbens, S., Fairclough, P., Howse, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Importance+of+particle+tracking+and+calculating+the+mean-squared+displacement+in+distinguishing+nanopropulsion+from+other+processes.">Importance of particle tracking and calculating the mean-squared displacement in distinguishing nanopropulsion from other processes.</a> Langmuir. 28 (30), 10997-11006 (2012).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Molte variabili nel protocollo di preparazione per il platino particelle Janus influenzeranno le traiettorie osservati. I parametri descritti utilizzando 2 micron le particelle di diametro darà velocità di propulsione nell&#39;ordine dei 10 micron al secondo. Se si utilizzano particelle più piccole, le velocità aumenteranno, mentre aumenta la dimensione delle particelle diminuisce la velocità di propulsione. 12 I dettagli del protocollo di evaporazione anche alterare le traiettorie osservati. In questo protocollo corrente, si consiglia una distribuzione sparsa di colloidi, insieme con l&#39;evaporazione di metallo normale per l&#39;orientamento diapositiva. Queste condizioni determinano strutture Janus simmetriche come mostrato nella Figura 2, che portano a traiettorie lineari nei limiti di diffusione rotazionale browniano. 13 Al contrario, se colloidi stretto sacco sono soggette a guardando deposizione angolo, quindi la simmetria del tappo Janus può essere rotto , per indurre filatura comportamento. 14 Il paRTICOLI prodotte qui mostrano il movimento relativamente isotropa nelle tre dimensioni; tuttavia, se sono utilizzati rivestimenti di platino più spesso, o particelle più grandi, un alto pregiudizi o gravitaxis possono essere impartiti. 11 Dettagli della memorizzazione dei colloidi Janus dopo la produzione può anche influenzare la velocità di nuoto osservati. La superficie di platino pulita alta energia superficiale che emerge dalla fase di evaporazione è suscettibile di superficie contaminazione per esempio da idrocarburi, in particolare tioli. 15 Inoltre, le proprietà della soluzione in cui i colloidi Janus vengono risospese sono fondamentali per osservare la propulsione. Basse concentrazioni di perossido provocheranno velocità più lente, come il tasso del moto reazione di decomposizione produrre riduce. 6 Inoltre, basse concentrazioni di sali si tradurrà in una drastica riduzione della velocità di propulsione. 7 Una caratteristica fondamentale dei colloidi prodotte qui è la loro negalleggiamento utral, che li rende adatti per il monitoraggio 3D. In generale, il settore dei dispositivi di nuoto ha prestato poca attenzione agli effetti 3D, in parte a causa di alcuni esempi importanti di essere in metalli densi, inducendoli a rapidamente dei sedimenti, 16, ma anche a causa delle difficoltà e costi connessi con fare le misurazioni necessarie. esistono evidenti svantaggi per alcuni stabiliti metodi di monitoraggio 3D per questi colloidi rapido movimento, ad esempio, la scansione microscopia confocale laser può mancare la risoluzione temporale di registrare un numero sufficiente di immagini per risolvere traiettorie. In questo contesto, il metodo presentiamo qui ha il notevole vantaggio di richiedere solo un singolo frame, per poter valutare coordinata z, che permette conseguentemente elevati frame rate. Inoltre, come coordinata z ricostruzione basa solo sulla relativa contrasto del colloide fuori fuoco in singoli fotogrammi, piuttosto che l&#39;intensità di fluorescenza assoluta, è resistente alla tempra e effetti lampeggiantinel fluoroforo. Questi vantaggi sono possibili a spese di ridotta profondità di campo sul quale è possibile ricostruzione traiettoria 3D, e la necessità di colloidi non sovrapposti ben separati. Speriamo che descrive il protocollo permetterà di altri gruppi di ricerca con un interesse nel comportamento 3D per i loro dispositivi di nuoto di accedere a queste informazioni semplicemente e con un alto grado di precisione. È chiaro che ampliando la comprensione di questi dispositivi a 3D aprirà una gamma significativa di fenomeni futuri interessanti e applicazioni. I lettori interessati a ulteriori informazioni di analisi traiettoria sono diretti verso riferimento 17 che descrive manufatti comuni dei sistemi propulsivi e come garantire una quantificazione precisa delle velocità di propulsione.

Dispositivi di nuoto catalitici sono di piccole dimensioni, i colloidi untethered in grado di generare autonomamente movimento in ambienti fluidici. 1,2 Questi dispositivi stanno attirando un notevole interesse di ricerca in quanto hanno il potenziale per abilitare nuove interessanti funzioni come la somministrazione di farmaci, 3 laboratorio su un chip di trasporti 4 e risanamento ambientale. 5 un esempio ampiamente studiati sono catalitico nuotatori &quot;Janus&quot;. 6 Queste particelle prendono il nome di avere due lati distinti, o facce (Janus è un due di fronte dio romano). Un lato è cataliticamente attiva e in grado di eseguire una reazione di decomposizione, mentre l&#39;altro è inerte. In presenza di opportuni molecole di combustibile disciolte, la reazione chimica asimmetrica risultante crea gradienti intorno colloidi che possono produrre movimento tramite auto-diffusiophoresis / elettroforesi. 7 Che caratterizza la proposta di questi oggetti in rapido movimento è cha<html> llenging e molte osservazioni sperimentali fino ad oggi sono stati limitati a 2D. Tuttavia, eventuali applicazioni sono suscettibili di sfruttare catalitico dispositivi di nuoto capacità di muoversi in tutta soluzioni rinfusa in 3D. 8 Per risolvere questo problema, qui si descrive un protocollo che consente traiettorie 3D accurati per i dispositivi di nuoto da determinare. Questo metodo si basa sulla interpretazione delle strutture ad anello prodotte da su colloidi fluorescenti fuoco osservate con un obiettivo a fuoco fisso, 9 ed è facile da applicare con microscopi non modificate convenzionali. Descrivendo chiaramente questo metodo qui, altri ricercatori in questo campo potranno beneficiare grazie alla possibilità di accedere a tali informazioni in 3D. Ciò aiuterà intuizioni future in caratteristiche di movimento per i dispositivi di nuoto. La prova di questo potenziale è dato dalla recente relazione di dispositivi di nuoto essere diretto dalla forza di gravità, 10,11 comportamento che può essere più facilmente visualizzabile attraverso l&#39;applicazione di tracking 3D. 11 ove_content &quot;&gt; Questo documento inoltre documenta chiaramente un metodo per la fabbricazione di dispositivi di nuoto di particelle catalitiche Janus, che sarà di ulteriore beneficio di standardizzare i metodi attraverso i gruppi di ricerca esistenti che studiano questi dispositivi, e inoltre guidare nuovi ricercatori interessati a fare e indagare i dispositivi di nuoto.

<table><tbody><tr><td>Evaporator</td><td>Moorfield (UK)</td><td></td><td>Minilab 80 e-beam evaporator</td></tr><tr><td>Microscope</td><td>Nikon</td><td></td><td>Eclipse LV100</td></tr><tr><td>Fluorescence light source</td><td>Nikon</td><td></td><td>Nikon B2A filter cube</td></tr><tr><td>Objective</td><td>Nikon</td><td></td><td>20X, 0.45 NA</td></tr><tr><td>Cuvette</td><td>Hellma</td><td></td><td>fused quartz, 40 x 10 x 1 mm</td></tr><tr><td>Vortex mixer</td><td>IKA</td><td></td><td>Lab Dancer S2</td></tr><tr><td>Spin coater</td><td>Laurell Technologies Corp.</td><td></td><td>Model WS-400BZ-6NPP/Lite</td></tr><tr><td>Ultrasonic bath</td><td>Eumax</td><td></td><td>2 liter</td></tr><tr><td>Lens tissue</td><td>Whatman</td><td>2105 841</td><td></td></tr><tr><td>Hydrogen Peroxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>31642-1L</td><td>30 wt%</td></tr><tr><td>Platinum</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>267171</td><td>0.25 mm, 99.99%</td></tr><tr><td>Colloids</td><td>Thermo Scientific</td><td></td><td>Fluoro-Max PS microspheres, d = 1.9&amp;nbsp;microns</td></tr><tr><td>Glass decontamination solution</td><td>Fisher Scientific</td><td>D/0025/15</td><td>Decon 90</td></tr><tr><td>Ethanol</td><td>Fisher Scientific</td><td>E/0600DF/17</td><td>Absolute Ethanol</td></tr><tr><td>DI water</td><td>Elga</td><td></td><td>Purelab Option filtration system (15 MW)</td></tr><tr><td>Gellan gum</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>P8169-100G</td><td>&quot;Phytagel&quot;</td></tr></tbody></table>

preparation and 3d tracking of catalytic swimming devices

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence microscopy. One commonly deployed method for catalytically active colloids to produce enhanced motion is via an asymmetrical distribution of catalyst. Here this is achieved by spin coating a dispersed layer of fluorescent polymeric colloids onto a flat planar substrate, and then using directional platinum vapor deposition to half coat the exposed colloid surface, making a two faced "Janus" structure. The Janus colloids are then re-suspended from the planar substrate into an aqueous solution containing hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide serves as a fuel for the platinum catalyst, which is decomposed into water and oxygen, but only on one side of the colloid. The asymmetry results in gradients that produce enhanced motion, or "swimming". A fluorescence microscope, together with a video camera is used to record the motion of individual colloids. The center of the fluorescent emission is found using image analysis to provide an x and y coordinate for each frame of the video. While keeping the microscope focal position fixed, the fluorescence emission from the colloid produces a characteristic concentric ring pattern which is subject to image analysis to determine the particles relative z position. In this way 3D trajectories for the swimming colloid are obtained, allowing swimming velocity to be accurately measured, and physical phenomena such as gravitaxis, which may bias the colloids motion to be detected.

La figura 1 mostra una dispersione tipica di colloidi su un vetrino di vetro pulito prima di depositare il platino. La figura 2 mostra un&#39;immagine SEM di una tipica retrodiffusa per mezzo di platino rivestito Janus nuotatore, in questa modalità di imaging regione ricoperto platino produce contrasto luminoso. Il platino strato emisferica desiderato è evidente. La Figura 3 mostra l&#39;aspetto di un tipico fluorescenti Janus nuotatore in condizioni ottimali di illuminazione fissati in gellano. Il nuotatore appare come una funzione di suoneria simmetrica, ed è il raggio dell&#39;anello che può essere utilizzato per determinare la posizione z del relativo colloidale alla posizione del fuoco. Figura 4 mostra rappresentativi sezioni per la distribuzione di intensità della luminosità radiale è usato in combinazione con algoritmi di analisi dell&#39;immagine per localizzare con precisione il centro e il raggio apparente del colloide. Figura 5 </stron<html> g&gt; contiene una curva di calibrazione ottenuta utilizzando un campione colloidale fissa e un microscopio fase Z-traduzione calibrato di mettere in relazione apparente dimensione colloidale e la distanza dalla posizione di messa a fuoco. Questa curva è montata ad una funzione cubica, che viene utilizzato per convertire raggio apparente nella coordinata z. Infine, la figura 6 mostra una tipica x, y, z traiettoria di fluorescenza Janus nuotatore particelle. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig1.jpg" /> Figura 1. immagine ottica di 1,9 micron di diametro microsfere di polistirolo. Le microsfere sono dispersi su un vetrino puliti prima deposizione di platino. Barra della scala rappresenta 40 micron. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> es / ftp_upload / 54247 / 54247fig2.jpg &quot;/&gt; Figura 2. immagine backscatter SEM di un 1,9 micron di diametro microsfere di polistirolo. Le microsfere sono mostrati dopo la deposizione di platino. Barra della scala rappresenta il 2 micron. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig3.jpg" /> Figura 3. immagini di calibrazione di 4,8 micron di diametro fluorescente sfera polistirolo fissato gellano registrato utilizzando un obiettivo 20X (0,4 NA). Le distanze sotto ogni immagine indica la distanza del piano focale dell&#39;obiettivo sopra della sfera. Poiché l&#39;immagine viene defocalizzato da 0 micron a 200 micron l&#39;immagine a fuoco di un brillante disco passa un anello luminoso, il cui raggio dipende ingrandimento, la sphere dimensioni e la sua distanza dal piano focale. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig3large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig4.jpg" /> Figura 4. X, y, z procedura particle tracking. Una serie di algoritmi auto-scritta è utilizzato per individuare primo centro (x, y) dell&#39;anello luminoso estraendo una serie di linee verticali e orizzontali e trovare la media metà punto tra i picchi luminosi (a). Il raggio anello viene quindi calcolato dal picco di intensità di una spline montato il grigio-valori dei pixel media si irradiano dal centro dell&#39;anello (b). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig4large.jpg" target="_blank">Si prega di cliccare qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> Figura 5. coordinata Z grafico di calibrazione per le sfere Janus ottenuti misurando il raggio luminoso anello di sfere fissati in gellano (vedi figure 3 e 4). La tabella di calibrazione viene utilizzato dai nostri algoritmi per convertire il raggio dell&#39;anello misurata ad un z- coordinare. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig5large.jpg" target="_blank">clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig6.jpg" /> Figura 6. Una traiettoria di un tipico dispositivo fluorescente Janus sfera nuoto. Una sequenza di immagini del dispositivo di nuoto movimento è stato registrato su un periodo di 30 secondi ad un frame rate di 33 Hz. L&#39;(x, y, z) coordinate della traiettoria sono stati ottenuti posizionando il centro anello luminoso (Fifigura 4 (a)) e confrontando il raggio dell&#39;anello misurato al grafico di taratura per ciascuna immagine nella sequenza (figure 4 (b), e 5). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig6large.jpg" target="_blank">Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices at JoVE.com

Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices

A method to prepare catalytically active Janus colloids that can "swim" in fluids and determine their 3D trajectories is presented.

Preparazione e 3D tracking di catalitici nuoto Devices

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence ...

preparation-and-3d-tracking-of-catalytic-swimming-devices

Universidad de Cartagena UDEC

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Motion in Two or Three Dimensions

SCIENTISTS IN ACTION

7.5K Views.  University of Sheffield. A method to prepare catalytically active Janus colloids that can "swim" in fluids and determine their 3D trajectories is presented.

Video: Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices

Using Touch-evoked Response and Locomotion Assays to Assess Muscle Performance and Function in Zebrafish

Zebrafish muscle development is highly conserved with mammalian systems making them an excellent model to study muscle function and disease. Many myopathies affecting skeletal muscle function can be quickly and easily assessed in zebrafish over the first few days of embryogenesis. By 24 hr post-fertilization (hpf), wildtype zebrafish spontaneously contract their tail muscles and by 48 hpf, zebrafish exhibit controlled swimming behaviors. Reduction in the frequency of, or other alterations in, these movements may indicate a skeletal muscle dysfunction. To analyze swimming behavior and assess muscle performance in early zebrafish development, we utilize both touch-evoked escape response and locomotion assays.
Touch-evoked escape response assays can be used to assess muscle performance during short burst movements resulting from contraction of fast-twitch muscle fibers. In response to an external stimulus, which in this case is a tap on the head, wildtype zebrafish at 2 days post-fertilization (dpf) typically exhibit a powerful burst swim, accompanied by sharp turns. Our method quantifies skeletal muscle function by measuring the maximum acceleration during a burst swimming motion, the acceleration being directly proportional to the force produced by muscle contraction.
In contrast, locomotion assays during early zebrafish larval development are used to assess muscle performance during sustained periods of muscle activity. Using a tracking system to monitor swimming behavior, we obtain an automated calculation of the frequency of activity and distance in 6-day old zebrafish, reflective of their skeletal muscle function. Measurements of swimming performance are valuable for phenotypic assessment of disease models and high-throughput screening of mutations or chemical treatments affecting skeletal muscle function.

Zebrafish are an excellent model to study muscle function and disease. During early embryogenesis zebrafish begin regular muscle contractions producing rhythmic swimming behavior, which is altered when the muscle is disrupted. Here we describe a touch-evoked response and locomotion assay to examine swimming performance as a measure of muscle function.

Utilizzando risposta al tocco evocata e di locomozione saggi per valutare le prestazioni e sulla funzione muscolare in Zebrafish

Zebrafish muscle development is highly conserved with mammalian systems making them an excellent model to study muscle function and disease. Many ...

Ricerca

Biologia dello sviluppo

A Rapidly Incremented Tethered-Swimming Maximal Protocol for Cardiorespiratory Assessment of Swimmers

Incremental exercise testing is the standard means of assessing cardiorespiratory capacity of endurance athletes. While the maximal rate of oxygen consumption is typically used as the criterion measurement in this regard, two metabolic breakpoints that reflect changes in the dynamics of lactate production/consumption as the work rate is increased are perhaps more relevant for endurance athletes from a functional standpoint. Exercise economy, which represents the rate of oxygen consumption relative to performance of submaximal work, is also an important parameter to measure for endurance-athlete assessment. Ramp incremental tests comprising a gradual but rapid increase in work rate until the limit of exercise tolerance is reached are useful for determining these parameters. This type of test is typically performed on a cycle ergometer or treadmill because there is a need for precision with respect to work-rate incrementation. However, athletes should be tested while performing the mode of exercise required for their sport. Consequently, swimmers are typically assessed during free-swimming incremental tests where such precision is difficult to achieve. We have recently suggested that stationary swimming against a load that is progressively increased (incremental tethered swimming) can serve as a &#34;swim ergometer&#34; by allowing sufficient precision to accommodate a gradual but rapid loading pattern that reveals the aforementioned metabolic breakpoints and exercise economy. However, the degree to which the peak rate of oxygen consumption achieved during such a protocol approximates the maximal rate that is measured during free swimming remains to be determined. In the present article, we explain how this rapidly incremented tethered-swimming protocol can be employed to assess the cardiorespiratory capacity of a swimmer. Specifically, we explain how assessment of a short-distance competitive swimmer using this protocol revealed that his rate of oxygen uptake was 30.3 and 34.8 mL&#8729;min-1&#8729;kg-1BM at his gas-exchange threshold and respiratory compensation point, respectively.

As opposed to measurement during free swimming, which presents inherent challenges and limitations, determination of important parameters of cardiorespiratory function for swimmers can be made using a more feasible and easier to administer tethered-swimming rapidly incremented protocol with gas exchange and ventilatory data collection.

Un protocollo massimo tethered-swimming rapidamente incrementato per la valutazione cardiorespiratoria dei nuotatori

Incremental exercise testing is the standard means of assessing cardiorespiratory capacity of endurance athletes. While the maximal rate of oxygen ...

Biochimica

3D Kinematic Gait Analysis for Preclinical Studies in Rodents

The utility of three-dimensional (3D) kinematic motion analysis systems is limited in rodents. Part of the reason for this inadequacy is the use of complex algorithms and mathematical modeling that accompany 3D data collection and analysis procedures. This work provides a simple, user-friendly, step-by-step detailed methodology for 3D kinematic gait analysis during treadmill locomotion in healthy and neurotraumatic rats using a six-camera motion capture system. Also provided are details on 1) calibration of the system in an experimental set-up customized for quadrupedal locomotion, 2) data collection for treadmill locomotion in adult rats using markers positioned on all four limbs, 3) options available for video tracking and processing, and 4) basic 3D kinematic data generation and visualization and quantification of data using the built-in data collection software. Finally, it is suggested that the utility of this motion capture system be expanded to studying a variety of motor behaviors before and after neurotrauma.

Presented here is a protocol to collect and analyze three-dimensional kinematics of quadrupedal locomotion in rodents for preclinical studies.

The utility of three-dimensional (3D) kinematic motion analysis systems is limited in rodents. Part of the reason for this inadequacy is the use of ...

Comportamento

Long-term Behavioral Tracking of Freely Swimming Weakly Electric Fish

Long-term behavioral tracking can capture and quantify natural animal behaviors, including those occurring infrequently. Behaviors such as exploration and social interactions can be best studied by observing unrestrained, freely behaving animals. Weakly electric fish (WEF) display readily observable exploratory and social behaviors by emitting electric organ discharge (EOD). Here, we describe three effective techniques to synchronously measure the EOD, body position, and posture of a free-swimming WEF for an extended period of time. First, we describe the construction of an experimental tank inside of an isolation chamber designed to block external sources of sensory stimuli such as light, sound, and vibration. The aquarium was partitioned to accommodate four test specimens, and automated gates remotely control the animals&#39; access to the central arena. Second, we describe a precise and reliable real-time EOD timing measurement method from freely swimming WEF. Signal distortions caused by the animal&#39;s body movements are corrected by spatial averaging and temporal processing stages. Third, we describe an underwater near-infrared imaging setup to observe unperturbed nocturnal animal behaviors. Infrared light pulses were used to synchronize the timing between the video and the physiological signal over a long recording duration. Our automated tracking software measures the animal&#39;s body position and posture reliably in an aquatic scene. In combination, these techniques enable long term observation of spontaneous behavior of freely swimming weakly electric fish in a reliable and precise manner. We believe our method can be similarly applied to the study of other aquatic animals by relating their physiological signals with exploratory or social behaviors.

We describe a set of techniques for studying spontaneous behavior of freely swimming weakly electric fish over an extended period of time, by synchronously measuring the animal&#39;s electric organ discharge timing, body position and posture both accurately and reliably in a specially designed aquarium tank inside a sensory isolation chamber.

A lungo termine comportamentale inseguimento di Liberamente Nuoto debolmente elettrico Pesce

Long-term behavioral tracking can capture and quantify natural animal behaviors, including those occurring infrequently. Behaviors such as exploration and ...

Neuroscienze

Cardiac Muscle-cell Based Actuator and Self-stabilizing Biorobot - PART 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living components. Due to their inherent advantages, biorobots are gaining interest as alternatives to traditional fully artificial robots. Various studies have focused on harnessing the power of biological actuators, but only recently studies have quantitatively characterized the performance of biorobots and studied their geometry to enhance functionality and efficiency. Here, we demonstrate the development of a self-stabilizing swimming biorobot that can maintain its pitch, depth, and roll without external intervention. The design and fabrication of the PDMS scaffold for the biological actuator and biorobot followed by the functionalization with fibronectin is described in this first part. In the second part of this two-part article, we detail the incorporation of cardiomyocytes and characterize the biological actuator and biorobot function. Both incorporate a base and tail (cantilever) which produce fin-based propulsion. The tail is constructed with soft lithography techniques using PDMS and laser engraving. After incorporating the tail with the device base, it is functionalized with a cell adhesive protein and seeded confluently with cardiomyocytes. The base of the biological actuator consists of a solid PDMS block with a central glass bead (acts as a weight). The base of the biorobot consists of two composite PDMS materials, Ni-PDMS and microballoon-PDMS (MB-PDMS). The nickel powder (in Ni-PDMS) allows magnetic control of the biorobot during cells seeding and stability during locomotion. Microballoons (in MB-PDMS) decrease the density of MB-PDMS, and enable the biorobot to float and swim steadily. The use of these two materials with different mass densities, enabled precise control over the weight distribution to ensure a positive restoration force at any angle of the biorobot. This technique produces a magnetically controlled self-stabilizing swimming biorobot.

In this two-part study, a biological actuator was developed using highly flexible polydimethylsiloxane (PDMS) cantilevers and living muscle cells (cardiomyocytes), and characterized. The biological actuator was incorporated with a base made of modified PDMS materials to build a self-stabilizing, swimming biorobot.

Azionatore a base cardiaca basata sul muscolo e bioroboto auto-stabilizzante - PARTE 1

Biological machines often referred to as biorobots, are living cell- or tissue-based devices that are powered solely by the contractile activity of living ...

Bioingegneria

A Protocol for Real-time 3D Single Particle Tracking

Real-time three-dimensional single particle tracking (RT-3D-SPT) has the potential to shed light on fast, 3D processes in cellular systems. Although various RT-3D-SPT methods have been put forward in recent years, tracking high speed 3D diffusing particles at low photon count rates remains a challenge. Moreover, RT-3D-SPT setups are generally complex and difficult to implement, limiting their widespread application to biological problems. This protocol presents a RT-3D-SPT system named 3D Dynamic Photon Localization Tracking (3D-DyPLoT), which can track particles with high diffusive speed (up to 20 &#181;m2/s) at low photon count rates (down to 10 kHz). 3D-DyPLoT employs a 2D electro-optic deflector (2D-EOD) and a tunable acoustic gradient (TAG) lens to drive a single focused laser spot dynamically in 3D. Combined with an optimized position estimation algorithm, 3D-DyPLoT can lock onto single particles with high tracking speed and high localization precision. Owing to the single excitation and single detection path layout, 3D-DyPLoT is robust and easy to set up. This protocol discusses how to build 3D-DyPLoT step by step. First, the optical layout is described. Next, the system is calibrated and optimized by raster scanning a 190 nm fluorescent bead with the piezoelectric nanopositioner. Finally, to demonstrate real-time 3D tracking ability, 110 nm fluorescent beads are tracked in water.

This protocol details the construction and operation of a real-time 3D single particle tracking microscope capable of tracking nanoscale fluorescent probes at high diffusive speeds and low photon count rates.

Un protocollo per il monitoraggio in tempo reale 3D singola particella

Real-time three-dimensional single particle tracking (RT-3D-SPT) has the potential to shed light on fast, 3D processes in cellular systems. Although ...

Swimming Performance Assessment in Fishes

Swimming performance tests of fish have been integral to studies of muscle energetics, swimming mechanics, gas exchange, cardiac physiology, disease, pollution, hypoxia and temperature. This paper describes a flexible protocol to assess fish swimming performance using equipment in which water velocity can be controlled. The protocol involves one to several stepped increases in flow speed that are intended to cause fish to fatigue. Step speeds and their duration can be set to capture swimming abilities of different physiological and ecological relevance. Most frequently step size is set to determine critical swimming velocity (Ucrit), which is intended to capture maximum sustained swimming ability. Traditionally this test has consisted of approximately ten steps each of 20 min duration. However, steps of shorter duration (e.g. 1 min) are increasingly being utilized to capture acceleration ability or burst swimming performance. Regardless of step size, swimming tests can be repeated over time to gauge individual variation and recovery ability. Endpoints related to swimming such as measures of metabolic rate, fin use, ventilation rate, and of behavior, such as the distance between schooling fish, are often included before, during and after swimming tests. Given the diversity of fish species, the number of unexplored research questions, and the importance of many species to global ecology and economic health, studies of fish swimming performance will remain popular and invaluable for the foreseeable future.

The lives of the majority of fish are predicated on swimming. This protocol describes techniques for capturing a range of swimming modes available to individual and schooling fish, and includes metrics associated with swimming physiology and behaviour.

La valutazione delle prestazioni nuoto in Pesci

Swimming performance tests of fish have been integral to studies of muscle energetics, swimming mechanics, gas exchange, cardiac physiology, disease, ...

Biologia

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

Dissecting the neuronal and neuromuscular circuits that regulate behavior remains a major challenge in biology. The nematode Caenorhabditis elegans has proven to be an invaluable model organism in helping to tackle this challenge, from inspiring technological approaches,&#160;building the human brain connectome, to actually shedding light on the specific molecular drivers of basic functional patterns. The bulk of the behavioral studies in C. elegans have been performed on solid substrates. In liquid, animals exhibit behavioral patterns that include movement at a range of speeds in 3D, as well as partial body movements, such as a posterior curl without anterior shape change, which introduce new challenges for quantitation. The steps of a simple procedure, and use of a software that enables high-resolution analysis of C. elegans swim behavior, are presented here. The software, named CeleST, uses a specialized computer program that tracks multiple animals simultaneously and provides novel measures of C. elegans locomotion in liquid (swimming). The measures are mostly grounded in animal posture and based on mathematics used in computer vision and pattern recognition, without computational requirements for threshold cut-offs. The software tool can be used to both assess overall swimming prowess in hundreds of animals from combined small batch trials and to reveal novel phenotypes even in well-characterized genetic mutants. The preparation of specimens for analysis with CeleST is simple and low-tech, enabling wide adaptation by the scientific community. Use of the computational approach described here should therefore contribute to the greater understanding of behavior and behavioral circuits in the C. elegans model.

Automated Analysis of C. elegans Swim Behavior Using CeleST Software

An efficient and simple methodology for computer-based analysis of nematode swimming behavior in liquid is described. The method requires little to no investment for C. elegans laboratories. The hardware used is standard, and the computer software for the behavioral analysis (CeleST) is an open source one.

Analisi automatizzata di<em&gt; C. elegans</em&gt; Comportamento Swim Utilizzando Celest Software

Dissecting the neuronal and neuromuscular circuits that regulate behavior remains a major challenge in biology. The nematode Caenorhabditis elegans has ...

Using an Automated 3D-tracking System to Record Individual and Shoals of Adult Zebrafish

Like many aquatic animals, zebrafish (Danio rerio) moves in a 3D space. It is thus preferable to use a 3D recording system to study its behavior. The presented automatic video tracking system accomplishes this by using a mirror system and a calibration procedure that corrects for the considerable error introduced by the transition of light from water to air. With this system it is possible to record both single and groups of adult zebrafish. Before use, the system has to be calibrated. The system consists of three modules: Recording, Path Reconstruction, and Data Processing. The step-by-step protocols for calibration and using the three modules are presented. Depending on the experimental setup, the system can be used for testing neophobia, white aversion, social cohesion, motor impairments, novel object exploration etc. It is especially promising as a first-step tool to study the effects of drugs or mutations on basic behavioral patterns. The system provides information about vertical and horizontal distribution of the zebrafish, about the xyz-components of kinematic parameters (such as locomotion, velocity, acceleration, and turning angle) and it provides the data necessary to calculate parameters for social cohesions when testing shoals.

The use of a 3D automatic video system that can track individual and groups of zebrafish is described. As application example we explore the effects of the NMDA-receptor antagonist MK-801 on shoals of zebrafish.

Like many aquatic animals, zebrafish (Danio rerio) moves in a 3D space. It is thus preferable to use a 3D recording system to study its behavior. The ...

Analysis of Motility Patterns of Stentor During and After Oral Apparatus Regeneration Using Cell Tracking

Stentor coeruleus is a well-known model organism for the study of unicellular regeneration. Transcriptomic analysis of individual cells revealed hundreds of genes&#8212;many not associated with the oral apparatus (OA)&#8212;that are differentially regulated in phases throughout the regeneration process. It was hypothesized that this systemic reorganization and mobilization of cellular resources towards growth of a new OA will lead to observable changes in movement and behavior corresponding in time to the phases of differential gene expression. However, the morphological complexity of S. coeruleus necessitated the development of an assay to capture the statistics and timescale. A custom script was used to track cells in short videos, and statistics were compiled over a large population (N ~100). Upon loss of the OA, S. coeruleus initially loses the ability for directed motion; then starting at ~4 h, it exhibits a significant drop in speed until ~8 h. This assay provides a useful tool for the screening of motility phenotypes and can be adapted for the investigation of other organisms.

Analysis of Motility Patterns of Stentor During and After Oral Apparatus Regeneration Using Cell Tracking

We present a protocol for the characterization of motility and behavior of a population of hundred micron- to millimeter-sized cells using brightfield microscopy and cell tracking. This assay reveals that Stentor coeruleus transitions through four behaviorally distinct phases when regenerating a lost oral apparatus.

Analisi dei modelli di motilità dello stentor durante e dopo la rigenerazione dell'apparato orale utilizzando il monitoraggio cellulare

Stentor coeruleus is a well-known model organism for the study of unicellular regeneration. Transcriptomic analysis of individual cells revealed hundreds ...