Name: preparation and 3d tracking of catalytic swimming devices
Uploaded: 2016-07-01T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 50 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices at JoVE.com

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

DİKKAT: Kullanmadan önce tüm ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarını danışın. Bu protokolde kullanılan Hidrojen peroksit zararlı ve platin maruz oksijen gazının evrimi bir patlama riski oluşturur. ise peroksit çözümleri (davlumbaz) ve kişisel koruyucu donanımlar (güvenlik gözlük, eldiven ve laboratuvar önlüğü) taşıma mühendislik kontrolleri de dahil olmak üzere, bu protokol sırasında tüm uygun güvenlik kontrollerini kullanın. 1. Katalitik Janus Parçacıklar yapma <ol><li> Cam slayt substratı hazırlayın <ol><li> deiyonize (DI) su, cam dekontaminasyon solüsyonu ve DI su birkaç dakika her biri için sıralı yıkama kullanarak kullanılmayan bir standart mikroskop lamı temizleyin. etanol h karışımı: Daha sonra 70:30 h ile yıkayın DI su ve son olarak temiz bir hava / azot akımı içinde, kuru darbe. </li><li> Yüzey partiküler kontaminasyon delillerin temiz ve ücretsiz doğrulamak için bir mikroskop altında cam slayt inceleyin. Adımı tekrarlayın 1.1.1 Gerekirse. </li></ol></li><li> Birikimi için kolloidal dispersiyon hazırlanması <ol><li> Pipet sulu stok flüoresan kolloid solüsyonu (% 10 ağ.) Ihtiva eden 990 ul içinde 10 ul. Yaklaşık% 0.1 ağırlık koloidal süspansiyonu gelmesi için kullanılan stok çözelti konsantrasyonuna bağlı olarak gerektiği gibi hacimleri ayarlayın. </li><li> 10 saniye boyunca vorteks karışımı. </li></ol></li><li> Cam slayt yüzey üzerine Spin kat kolloidal dağılım <ol><li> temiz bir cam slayt ile spin kaplayıcı donatın. Yukarıda hazırlanan seyreltilmiş koloidal çözeltinin 100 ul, bir pipet ucu doldurun. Program spin lak bir 30 sn, 2000 rpm döngüsü çalıştırmak için. Spin kaplayıcı başlatın ve hızlandırmak zaman sürekli dönen cam slayt merkezi üzerine hazırlanan çözüm pipetle. </li><li> Spin kaplayıcı cam slayt kaldırmak optik mikroskop dönmek ve çoğunlukla olmayan dokunmadan ayrı kolloidler eşit dağılım merkez bölgesi o kapaklar doğrulamakCam slayt f. </li></ol></li><li> Kolloid dekore cam slayt üzerine vakum buharlaştığı platin metali <ol><li> metal buharlaştırıcı içine kolloid kaplı cam slayt yerleştirin. Yan buharlaşma kaynağı baktığından dekore kolloid emin olun. Bir platin metal buharlaşma kaynağı takın ve platin metal 15 nm mevduat. Not: metal kaplama sonra, örnekler, bir atıl atmosfer altında muhafaza edilmelidir. </li></ol></li></ol> 2. &quot;Yüzme&quot; Janus Parçacıklar <ol><li> Bir peroksit içeren solüsyon içine Janus Kolloidaller yeniden askıya <ol><li> objektif bir doku 1 x 1 cm kare kesin ve DI su 10 ul sonuna nemlendirin. cımbızla tutun ve yavaşça (bu adım fiziksel olarak substrat kolloidler kaldırır) platin kaplı kolloid dekore cam slayt yüzeyi boyunca sürün. </li><li> Dİ su, 1.5 ml mercek dokularından yerleştirin ve el ile sızdırmaz tu 30 saniye boyunca kuvvetli bir şekilde çalkalanırolacak. Lens doku çıkarın. </li><li> Pipet h H2O 2 stok solüsyonu 1 w / ml% 30 ile dolu yeni bir kaba alınır solüsyon içeren koloidin 1 mi. Yavaşça çözüm karıştırın ve daha sonra başka bir 25 dakika karıştırılmadan inkübasyon süresi, ardından 5 dakika için oda sıcaklığında, bir ultrasonik banyo içinde yer. DİKKAT: Bu çözüm oksijen gelişebilir; mühür yok. </li><li> Bir tarama elektron mikroskobu (SEM) saplama üzerine geri kalan sulu koloidal çözelti kuru 100 ul Janus kolloid yapısının SEM doğrulama sağlamak için. 14 </li></ol></li><li> Analiz küveti hazırlanması <ol><li> Hızlı tahrik izin vermek için uygun bir yakıt gücü (% 10) ulaşmak için peroksit ve platin kaplı kolloidleri ihtiva kuluçkalanmıştır çözeltiye DI su ilave 1 ml ilave edilir. Not: Ön inkübasyon aşamaları platin katalizör yüzeyi temizlemek için daha yüksek bir konsantrasyon yakıt konsantrasyonlarında gerçekleştirilmiştir. </li><li> Bir lo doldurunkuluçkaya çözümü ile w hacim dikdörtgen kuvars cam küvet. Gevşekçe push-in kapağını takınız. DİKKAT: Patlama riski - vidalı kapağını kullanmayın. </li></ol></li></ol> 3. Mikroskobik Gözlem <ol><li> Çevrede parçacık bulun <ol><li> Yük, uygun bir hedef (örneğin, 20X) ile donatılmış bir flüoresan mikroskop içine küvet ve uygun bir filtre kombinasyonu (eksitasyon 450-490 nm, emisyon&gt; 515 nm) kullanılarak fluorofor emisyon harekete geçirir. </li><li> El ile küvete içinde floresan kolloidler arayın. Not: peroksit konsantrasyonunu muhafaza gerekebilir ise kolloid yoğunluğunu ayarlama. Örneğin, kolloid yoğunluğu yüksek ise seyreltme tavsiye edilir, ve akışlarını üreten çok sayıda oksijen kabarcıkları bulunur. 0.003 ile% bir kolloid hacim konsantrasyonu tavsiye edilen bir başlangıç ​​noktasıdır. </li><li> 3D izleme için optik ayarlarını optimize: Uygun aydınlatma koşullarında, benn kadar keskin dairesel nesneler görünür kolloidler odaklanır. tahrik kolloidler görülecektir kürenin etrafında parlak halkayı değişen ve odak düzlemi dışında farklı bir boyut taşır Ancak, bu z 3D izlemeyi etkinleştirmek için koordinat belirlemek için kullanılır. </li></ol></li><li> Video kaydetmek <ol><li> ilgi parçacık odağı konumunda &quot;altında&quot; parçacık, eşmerkezli halka üretir, böylece video çekimi başlamadan önce, mikroskop odak. Video çekimi sırasında odak düzlemini hareket ettirmeyin. </li><li> ilgi parçacıkların Video kaydetme. Ayrıntılı yörünge yeniden sağlamak için 30 Hz aşan kare hızları ile 30 saniye video süreleri kullanın. </li></ol></li><li> 3D yörünge rekonstrüksiyon <ol><li> Z-eksenini kalibre <ol><li> % 2 wt Makyaj. eşdeğer küvet içinde 60 ° C&#39;de, bir yerde floresan Janus parçacıkların bir süspansiyonu içeren su içinde gellan zamkı çözeltisiYukarıda kullanılan ve sabit statik kolloidler içeren sert şeffaf jölelenmişti örnek oluşturacak şekilde ayarlamanıza olanak verir. </li><li> Yukarıda seçilen aynı aydınlatma koşulları kullanılarak tek bir sabit kolloid odaklanın, şimdi bu düzlemine göre bilinen yer değiştirmeler tarafından yükseltilir z odak noktası olarak hareketsiz görüntülerin bir dizi kaydedin. </li><li> Bilinen her odak 11 pozisyonunda halka yarıçapı belirleyin. Not: Bu hala çerçeveleri ve videolar en verimli şekilde yapılan tüm kalibrasyon bir toplu işlem olarak uygulanabilir bir görüntü analiz algoritmasını kullanarak edilir. Tipik bir yaklaşım görüntü yumuşatma içerir, eşikleme nesnelerin merkezinin yaklaşık konumunu belirlemek ve daha sonra yoğunluk zirveleri ya halka tarafı arasındaki mesafeyi ölçerek gerçek x ve halka merkezinin y koordinatlarını bulmak için. Halka merkezden yoğunluk tepelerine ortalama radyal mesafe sonra bulunabilir. 11 Bu aydınlık halkanın yarıçapı hem izin verird xy alt piksel doğrulukla tespit edilecek koordinat. görüntülerin bir zaman dizisi içinde, odak düzlemi arasında gellan zamkı 30 um sabitlenmiş Janus kürenin X, Y, Z, pozisyonlar yerleştirilmesi ile, parçacıkların her bir eksen boyunca ± 25 nm olan bir hata ile yerleştirilebilir. Hata görüntü gürültü atfedilebilir. Bu nedenle gürültü oranı ve sinyal, yer algoritmaları doğruluğu tespit flüoresan ışığının yoğunluğuna bağlıdır. Bir Janus küre odak düzlemi uzak olduğunda onun yoğunluğu doğru mikron mümkün yaklaşık 200 z-aralık kolloid, örneğin, onu izlemek bir 4.8 mikron çap kadar zayıf olur. Alternatif olmayan algoritmik bir yöntem X, Y merkezi ve yarıçapı basit el ölçümü kullanmak için, ancak bu hassasiyeti azaltır. </li><li> Z-konumuna yarıçapı ilişkilendirmek için bir kalibrasyon eğrisi çizilir ve uygun bir fonksiyon (örn kübik denklemi) interpolasyon izin için uygun. 11 </li></ol></li> &lt;li&gt; Kalibre x, y ekseni <ol><li> Hala 3.2 seçilen aynı mikroskop koşulları kullanılarak bir mekansal kalibrasyon mercek ağı optik mikroskop görüntüsünü çerçeve bir kayıt. </li><li> Mekansal kalibrasyon mercek ağı görüntüsünden bilinen gerçek dünya boyutu ile bir nesnenin &quot;piksel&quot; boyutunu ölçün ve x, y görüntü düzlemi için mikron dönüşüm faktörü bir piksel kurmak için kullanabilirsiniz. </li></ol></li><li> yörünge yeniden yapılandırma <ol><li> 3.3.1.3.&#39;deki açıklandığı gibi x ve y dönüştürmek z içine yarıçapı dönüştürmek için 3.3.1.4 bulunan fonksiyon ve 3.3.2.2 bulunan kalibrasyon faktörünü kullanmak, video dizisinin her kare için x ve y koordinatlarını ve yarıçapını belirler piksel mikron içine koordine eder. Bu prosedür, bir zaman fonksiyonu olarak itici parçacıklar konum koordinat doğru bir x, y, z neden olacaktır. Şekil 11, bu prosedür, bir algoritma kullanılarak gerçekleştirilir, ya da manuel olarak yapılabilir. </li><li> türetilmiş p belirleyinBöyle ortalama hız gibi zellikler gözlenen katalitik yüzme derecesini ölçmek için. </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.

platin Janus parçacıkları için hazırlık protokolünde çok sayıda değişken gözlenen yörüngeleri etkileyecektir. saniyede 10 mikron sırasına göre sevk hızları verecek 2 mikron çapında partikülleri kullanarak tarif edildiği gibi parametreler. Daha küçük parçacıkların kullanılması durumunda parçacık boyutuna artan tahrik hızı azalırken, hızlar, artar. Buharlaşma protokolü 12 detayları da gözlenmiştir yörüngeleri değiştirecektir. Bu, mevcut protokol, bir koloid, seyrek dağılımı arada sürgü yönüne normal metal buharlaştırma ile önerilir. Bu koşullar, Brown dönme difüzyon sınırları içinde lineer yörüngeleri yol Şekil 2&#39;de gösterildiği gibi, simetrik Janus yapılan ortaya çıkarır. 13. Bunun aksine, dar paketlenmiş kolloidler açısı çökelmesini bakarak tabi ise, Janus kapağın daha sonra simetrik kırılabilir davranışı iplik ikna etmek. 14 paBurada üretilen rticles her üç boyutta nispeten izotropik hareket görüntüler; kalın platin kaplamalar ya da daha büyük partiküllerin kullanıldığı, ancak eğer bir yukarı doğru sapma veya gravitaxis kazandırabilecektir. üretim sonrası Janus Kolloidlerin depolama 11 detayları da görülen bir yüzme hızları etkileyebilir. Buharlaşma aşamasından çıkan yüksek yüzey enerjisi, temiz platin yüzeyi hidrokarbonlar örneğin kirlenme yüzey duyarlıdır ve özellikle tiyoller bölgesindeki. 15 Buna ek olarak, çözelti özellikleri olan Janus koloitler yeniden askıya tahrik gözlemlemek için kritik öneme sahiptir vardır. Düşük peroksit konsantrasyonları ayrışma reaksiyonu üretmek hareket oranı azaltır, daha yavaş hızlarda neden olur. 6 Ayrıca, sevk hızında bir azalmaya neden olacaktır tuzları düşük konsantrasyonlarda. 7 Burada üretilen kolloidler önemli bir özelliği onların ne olduğunu3B izleme için bunları uygun kılan utral yüzdürme. Genel olarak yüzme cihazlarının alan neden kısmen yoğun metallerden yapılan bazı belirgin örnekler, 3D efektler pek önemsemediği etti onları hızla tortu, 16 değil, aynı zamanda nedeniyle gerekli ölçümleri yaparak ilişkili zorluklar ve gider için. Bazı kurulan 3D izleme yöntemleri için net sakıncaları örneğin, konfokal tarayıcı laser mikroskopi yörüngeleri çözmek için görüntülerin yeterli sayıda kaydetmek için zamansal çözünürlüğe yoksun olabilir, bunlar hızla hareket eden koloitlerin için var. Bu bağlamda, biz burada mevcut yöntem yalnızca dolayısıyla yüksek kare hızları izin veren z koordinat tahmini, izin tek bir kare gerektiren önemli bir avantaja sahiptir. z koordinat yeniden sadece tek kare içinde odak-kolloid göreli kontrast dayanmaktadır olarak da, oldukça mutlak floresan yoğunluğu yerine, su verme ve yanıp sönen efektler için esnek birfluorofor içinde. Bu avantajlar 3D yörünge rekonstrüksiyonu mümkün olduğu üzerinde bir alan azaltılmış derinlikte pahasına, ve iyi ayrılmış örtüşmeyen kolloidler için gereksinimi de mümkündür. Biz onların yüzme cihazları sade bir dille ve hassas bir yüksek derecesi ile bu bilgilere erişmek için protokol anlatan 3D davranış bir ilgi ile diğer araştırma grupları sağlayacak umuyoruz. 3D bu cihazların anlayış genişleyen ilginç gelecek olayların ve uygulamaların önemli bir dizi açılacaktır açıktır. yörünge analizi daha detaylı bilgi ilgilenen okuyucular itici sistemleri ve nasıl sevk hızlarının doğru kantifikasyon sağlamak için ortak eserler anlatılmaktadır Referans 17 yöneliktir.

Katalitik yüzme cihazları küçük ölçekli, özerk akışkan ortamlarda hareket üretme kapasitesine sahip zincirlenmemiş kolloidler vardır. Böyle ilaç dağıtım, 3 bir çip taşıma lab-on gibi heyecan verici yeni işlevleri etkinleştirmek için potansiyele sahip olarak 1,2 Bu cihazlar önemli araştırma ilgi çeken 4 ve çevresel iyileştirme. 5 bir çok çalışılan örnek &quot;Janus&quot; yüzücü katalitik bulunmaktadır. 6 Bu parçacıklar (Janus iki yüzlü Roma tanrısı) iki ayrı tarafı, ya da yüzü olan kendi adını almak. başka inert ise bir tarafı, katalitik olarak aktif bir ayrışma reaksiyonu yapabilmektedir. Uygun çözündürüldü Yakıt moleküllerinin varlığında, elde edilen asimetrik kimyasal reaksiyon kendi kendine diffusiophoresis / elektroforez ile hareket üretebilir kolloidler yaklaşık gradyanları oluşturur. 7. Bu hızla hareket eden nesnelerin hareket karakterize cha olduğunu<html> llenging ve bugüne kadar pek çok deneysel gözlemler 2D sınırlı kalmıştır. Ancak, nihai uygulamalar 3D toplu çözümlere boyunca taşımak için katalitik yüzme cihazları yeteneği yararlanmak olasıdır. 8 Bu adres için, burada yüzme cihazları belirlenecek için doğru 3D yörüngeleri sağlayan bir protokol açıklar. Bu yöntem sabit odaklı objektif, 9 ile gözlenen odak floresan kolloidler dışı üretilen halka yapıları yorumlama dayalı ve geleneksel değiştirilmemiş mikroskop kullanarak uygulamak kolaydır. açıkça burada bu yöntemi anlatarak, bu alandaki diğer araştırmacılar gibi 3D bilgilere erişmek için güçlü olmak yararınıza olacaktır. Bu yüzme cihazlar için hareket özellikleri gelecekteki anlayışlar yardımcı olacaktır. Bu potansiyelin kanıt en kolay 3D izleme uygulaması ile görüntülendi olabilir 10,11 davranış, yerçekimi tarafından yönlendirilen yüzme cihazlarının son raporunda verilir. 11 &quot;Ove_content&gt; Bu yazıda da açıkça bu cihazları araştıran mevcut araştırma grupları arasında yöntemlerini standardize ve ayrıca yapım ve yüzme cihazları soruşturma ilgilenen yeni araştırmacılara yol için daha fazla yarar olacaktır katalitik Janus parçacık yüzme cihazları imalatı için bir yöntem belgelemektedir.

<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.

Şekil 1 platin yatırma önce temiz bir cam slayt kolloidlerin tipik dağılımını göstermektedir. 2 platin kaplı bölge parlak kontrast üreten bu görüntüleme modu altında, Janus yüzücü kaplı bir buçuk platin için tipik bir geri saçılan SEM görüntüsü göstermektedir. İstenilen yarım küre platin tabaka açıktır. 3 görüntüler gellan sakızının sabit optimum aydınlatma koşullarında tipik bir floresan Janus yüzücünün görünümü Şekil. Yüzücü simetrik bir halka özellik olarak görünür ve odaklama konumuna kolloid nisbetle z-konumunu belirlemek için kullanılabilir halka yarıçapıdır. Şekil 4, radyal parlaklık yoğunluğu dağılımı Örnek kesitlerini gösterir doğru merkezi ve koloidin belirgin çapındaki bulmak için görüntü analiz algoritmaları ile kombinasyon halinde kullanılır. Şekil 5 </stron<html> g&gt; odak konumundan belirgin kolloidal boyut ve mesafe ilişkilendirmek için sabit bir koloidal örnek ve kalibre mikroskop z-çeviri aşamasında kullanılarak elde edilen bir kalibrasyon eğrisi içerir. Bu eğri, Z koordinatı olarak belirgin çapındaki dönüştürmek için kullanılan kübik fonksiyonu takılmıştır. Son olarak, Şekil 6, görüntüler tipik bir x, y, bir flüoresan Janus partikül yüzücü z yörünge. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/54247/54247fig1.jpg" /> Şekil 1.9 mikron çaplı Polistiren mikroküreler 1. Optik görüntü. Mikro Platin birikimi önce temizlenmiş cam slayt dağılmıştır. Ölçek çubuğu 40 mikron temsil etmektedir. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> ES / ftp_upload / 54.247 / 54247fig2.jpg &quot;/&gt; 1.9 mikron çaplı Polistiren mikroküreler 2. SEM backscatter görüntü Şekil. Mikroküreler platin birikimi sonra gösterilmektedir. Ölçek çubuğu 2 mikron temsil etmektedir. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/54247/54247fig3.jpg" /> Şekil 20X objektif (0.4 NA) kullanılarak kaydedilen gellan sakızının sabit bir 4.8 mikron çapında floresan polistiren kürenin 3. Kalibrasyon görüntüler. Her resmin altında mesafeler kürenin üstünde hedefin odak düzlemi arasındaki mesafeyi göstermektedir. Görüntü parlak halkaya parlak disk değişiklikleri 0 um ila 200 um odak resimdeki defokus gibi, yarıçap olan, spher büyütme bağlıdıre büyüklüğü ve odak düzlemi uzaklığı. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/54247/54247fig4.jpg" /> Şekil 4. X, y, z parçacık izleme prosedürü. Kendinden yazılı algoritmalar bir dizi ilk ortalama orta dikey ve yatay çizgilerden oluşan bir dizi ayıklanması ve bularak parlak halkanın (x, y) merkezini bulmak için kullanılır parlak tepeler arasındaki nokta (a). Halka yarıçapı sonra halka merkezi (b) dışarı yayılan ortalama piksel gri değerleri takılan bir eğri tepe yoğunluğu hesaplanır. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Şekil 5. Z koordinatı gellan sakızının sabit kürelerin parlak halka yarıçapı ölçerek elde edilen Janus küreler için kalibrasyon grafiği (Şekil 3 ve 4). Kalibrasyon grafiği bir Z- ölçülen halka yarıçapı dönüştürmek için algoritmaları tarafından kullanılan koordinat. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig5large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="Şekil 6," src="/files/ftp_upload/54247/54247fig6.jpg" /> Şekil 6. Tipik bir floresan Janus küre yüzme cihazının bir yörünge. Hareketli yüzme cihazının görüntü sırası 33 Hz kare hızında 30 saniyelik bir süre boyunca kaydedildi. (X, y, z) (parlak bir halka merkezi konumlandırılmasıyla elde edilmiştir yörünge Fi koordinatlarışekil 4 (a)) ve sırayla her bir görüntü için kalibrasyon grafiği ölçülen halka yarıçapı karşılaştırarak (Şekil 4 (b) ve 5). <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/54247/54247fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</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.

Katalitik Yüzme Cihazların Hazırlanması ve 3D İzleme

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 Görüntüleme.  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.

Dokunmatik uyarılmış Yanıt ve Hareket Deneyleri kullanarak Zebra balığı kas Performans ve fonksiyonunu değerlendirmek için

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

Gelişim Biyolojisi

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.

Yüzücülerin Kardiyorespiratuar Değerlendirmesi için Hızla Artan Tethered-Swimming Maksimal Protokolü

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

Biyokimya

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.

Kemirgenler preklinik çalışmalar için 3D Kinematic yürüyüş analizi

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 ...

Davranış

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.

Serbestçe Yüzme Zayıf Elektrik Balık Uzun vadeli Davranış Takip

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

Nörobilim

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.

Kardiyak Kas hücresine Dayalı Aktüatör ve Kendiliğinden Sertleşen Biorobot - BÖLÜM 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 ...

Biyomühendislik

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.

Gerçek zamanlı 3D tek parçacık izleme için bir iletişim kuralı

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.

Balıklar yüzme Performans Değerlendirme

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

Biyoloji

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.

ve Otomatik Analizi<em&gt; C. elegans</emCelest Yazılım Kullanma&gt; Deniz Davranışı

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.

Hücre İzleme Kullanılarak Oral Aparat Rejenerasyonu Sırasında ve Sonrasında Stentor Motilite Paternlerinin Analizi

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