Tapadh leibh airson tadhal air Nature.com. Chan eil ach beagan taic CSS aig an tionndadh brobhsair a tha thu a’ cleachdadh. Airson an eòlas as fheàrr, tha sinn a’ moladh gun cleachd thu brobhsair ùraichte (no cuir à comas Modh Co-chòrdalachd ann an Internet Explorer). Anns an eadar-ama, gus dèanamh cinnteach à taic leantainneach, bheir sinn seachad an làrach gun stoidhlichean agus JavaScript.
Tha thermophiles nam meanbh-fhàs-bheairtean a bhios a’ soirbheachadh aig teòthachd àrd. Le bhith gan sgrùdadh faodaidh iad fiosrachadh luachmhor a thoirt seachad mu mar a bhios beatha ag atharrachadh gu fìor dhroch shuidheachaidhean. Ach, tha e duilich suidheachaidhean teòthachd àrd a choileanadh le miocroscop optigeach gnàthach. Chaidh grunn fhuasglaidhean dachaigh stèidhichte air teasachadh dealain dìon ionadail a mholadh, ach chan eil fuasgladh malairteach sìmplidh ann. Anns a 'phàipear seo, tha sinn a' toirt a-steach bun-bheachd teasachadh laser microscale thairis air an raon sealladh miocroscop gus teòthachd àrd a thoirt seachad airson sgrùdaidhean thermophile fhad 'sa tha sinn a' cumail àrainneachd an neach-cleachdaidh tlàth. Faodar teasachadh microscale aig dian laser meadhanach a choileanadh le bhith a’ cleachdadh substrate còmhdaichte le nanoparticle òir mar sùghadair solais bith-fhreagarrach agus èifeachdach. Thathas a’ bruidhinn air na buaidhean a dh’ fhaodadh a bhith aig convection lionn microscale, gleidheadh cealla, agus gluasad thermophoretic ceud-ghluasadach. Tha an dòigh air a dhearbhadh ann an dà ghnè: (i) Geobacillus stearothermophilus, bacterium gnìomhach thermophilic a bhios a’ gintinn aig timcheall air 65 ° C, a tha sinn air fhaicinn a ’germachadh, a’ fàs agus a ’snàmh fo theasachadh microscale; (ii) Thiobacillus sp., archaea hyperthermophilic as fheàrr. aig 80 ° C. Tha an obair seo a’ fuasgladh na slighe airson amharc sìmplidh agus sàbhailte air meanbh-fhàs-bheairtean thermophilic a’ cleachdadh innealan microscopy ùr-nodha agus aig prìs reusanta.
Thairis air billeanan de bhliadhnaichean, tha beatha air an Talamh air atharrachadh gus gabhail ri raon farsaing de shuidheachaidhean àrainneachd a tha uaireannan air am meas fìor bho shealladh daonna. Gu sònraichte, bidh cuid de meanbh-fhàs-bheairtean thermophilic (bacteria, archaea, fungasan) ris an canar thermophiles a’ soirbheachadh anns an raon teòthachd bho 45 ° C gu 122 ° C1, 2, 3, 4. no raointean bholcànach. Tha an rannsachadh aca air mòran ùidh a thogail thar nan deicheadan mu dheireadh airson co-dhiù dà adhbhar. An toiseach, is urrainn dhuinn ionnsachadh bhuapa, mar eisimpleir, mar a tha thermophiles 5, 6, enzymes 7, 8 agus membranes 9 seasmhach aig teòthachd cho àrd, no mar as urrainn do thermophiles seasamh ri fìor ìrean de rèididheachd10. San dàrna h-àite, tha iad nam bunait airson mòran thagraidhean bith-theicneòlasach cudromach1,11,12 leithid cinneasachadh connaidh13,14,15,16, synthesis ceimigeach (dihydro, alcohols, meatan, amino-aigéid, msaa) 17, biomining18 agus biocatalysts thermostable7 ,11, 13. Gu sònraichte, tha an ath-bhualadh slabhraidh polymerase aithnichte an-dràsta (PCR)19 a’ toirt a-steach enzyme (Taq polymerase) air a sgaradh bhon bacterium thermophilic Thermus aquaticus, aon de na ciad thermophiles a chaidh a lorg.
Ach, chan e obair fhurasta a th’ ann a bhith a’ sgrùdadh thermophiles agus chan urrainnear a dhèanamh gun ullachadh ann an obair-lann bith-eòlasach sam bith. Gu sònraichte, chan urrainnear teirmean-tomhais beò a choimhead ann an vitro le miocroscop solais àbhaisteach, eadhon le seòmraichean teasachaidh a tha rim faighinn gu malairteach, mar as trice air an rangachadh airson teòthachd cho ìosal ri 40 ° C. Bho na 1990n, chan eil ach beagan bhuidhnean rannsachaidh air iad fhèin a chuir an sàs ann a bhith a’ toirt a-steach siostaman microscopaidh àrd-teodhachd (HTM). Ann an 1994, Glukh et al. Chaidh an seòmar teasachaidh / fuarachaidh a chruthachadh stèidhichte air cleachdadh cealla Peltier a bhios a’ cumail smachd air teòthachd capillaries ceart-cheàrnach dùinte gus anaerobicity 20 a chumail suas. Faodar an inneal a theasachadh suas gu 100 ° C aig ìre 2 ° C / s, a ’leigeil leis na h-ùghdaran sgrùdadh a dhèanamh air motility a’ bacterium hyperthermophilic Thermotoga maritima21. Ann an 1999 Horn et al. Chaidh inneal glè choltach a leasachadh, fhathast stèidhichte air cleachdadh capillaries teasachaidh a tha freagarrach airson microscopy malairteach gus sgrùdadh a dhèanamh air roinneadh / ceangal cealla. Às deidh ùine fhada de neo-ghnìomhachd càirdeach, thòisich an rannsachadh airson HTM èifeachdach ann an 2012, gu sònraichte an co-cheangal ri sreath de phàipearan leis a’ bhuidheann Wirth a chleachd inneal a chruthaich Horn et al. Còig bliadhna deug air ais, chaidh sgrùdadh a dhèanamh air motility àireamh mhòr de archaea, a ’toirt a-steach hyperthermophiles, aig teòthachd suas gu 100 ° C a’ cleachdadh capillaries teasachaidh23,24. Dh'atharraich iad cuideachd am miocroscop tùsail gus teasachadh nas luaithe a choileanadh (grunn mhionaidean an àite 35 mionaidean gus an teòthachd shuidhichte a ruighinn) agus caisead teodhachd sreathach de bharrachd air 2 cm a choileanadh thairis air a’ mheadhan. Chaidh an inneal cumadh caisead teòthachd seo (TGFD) a chleachdadh gus gluasad mòran thermophiles taobh a-staigh caisead teòthachd aig astaran buntainneach bith-eòlasach 24, 25 .
Chan e teasachadh capillaries dùinte an aon dòigh air thermophiles beò fhaicinn. Ann an 2012, Kuwabara et al. Chaidh seòmraichean Pyrex cuidhteasach dachaigh a chleachdadh air an seuladh le adhesive resistant teas (Super X2; Cemedine, Iapan). Chaidh na sampallan a chuir air truinnsear teasachaidh follaiseach a bha ri fhaighinn gu malairteach (Micro Heat Plate, Kitazato Corporation, Iapan) a tha comasach air teasachadh suas gu 110 ° C, ach nach deach a dhealbhadh an toiseach airson bith-ìomhaigheachd. Chunnaic na h-ùghdaran roinneadh èifeachdach de bacteria thermophilic anaerobic (Thermosipho globiformans, a’ dùblachadh ùine 24 min) aig 65 ° C. Ann an 2020, chaidh Pulshen et al. Chaidh teasachadh èifeachdach de shoithichean meatailt malairteach (AttofluorTM, Thermofisher) a dhearbhadh le bhith a’ cleachdadh dà eileamaid teasachaidh dachaigh: mullach agus àrd-ùrlar (rèiteachadh air a bhrosnachadh le inneal PCR). Bidh an ceangal seo a’ leantainn gu teòthachd lionn èideadh agus a’ cur casg air falmhachadh agus dùmhlachd aig bonn a’ mhullaich. Bidh cleachdadh fàinne O a’ seachnadh iomlaid gas leis an àrainneachd. Chaidh an HTM seo, ris an canar an Sulfoscope, a chleachdadh gus dealbh a dhèanamh de Sulfolobus acidocaldarius aig 75 ° C27.
B’ e cuingealachadh aithnichte de na siostaman sin uile a bhith a’ cuingealachadh cleachdadh amasan adhair, le bogadh ola sam bith mì-fhreagarrach airson teòthachd cho àrd agus airson ìomhaighean tro shamhlaichean follaiseach > 1-mm tiugh. B’ e cuingealachadh aithnichte de na siostaman sin uile a bhith a’ cuingealachadh cleachdadh amasan adhair, le bogadh ola sam bith mì-fhreagarrach airson teòthachd cho àrd agus airson ìomhaighean tro shamhlaichean follaiseach > 1-mm tiugh. Общепризнанным недостатком всех этих систем было ограничение на использование воздушныъеко imersionnое погружение масло не подходило для такой высокой температуры agus для визуализароцези ытолщиной > 1 mm. B’ e easbhaidh aithnichte de na siostaman sin uile a bhith a’ cuingealachadh cleachdadh amasan adhair, leis nach robh bogadh ola sam bith freagarrach airson teòthachd cho àrd agus airson fradharc tro shamhlaichean follaiseach> 1 mm tiorma.所有这些系统的一个公认限制是限制使用空气物镜, 任何油浸都不适合空逷油浸都不适合空气物镜),米厚的透明样品成像. Is e cuingealachadh aithnichte de na siostaman sin uile a bhith a’ cuingealachadh cleachdadh sgàthan le èadhar, leis gu bheil bogadh ola sam bith mì-fhreagarrach airson ìomhaighean follaiseach a dhèanamh de shamhlaichean> 1 mm tiorma aig teòthachd cho àrd. Общепризнанным Недостатком ятих исеюбое имМерсионное пог ружение в МА Непригодно ии Тоазци Толщиной> 1 ММ. Is e ana-cothrom aithnichte de na siostaman sin uile an cleachdadh cuibhrichte de lionsan adhair, tha bogadh ola sam bith mì-fhreagarrach airson teòthachd cho àrd agus fradharc tro shamhlaichean follaiseach> 1 mm de thighead.O chionn ghoirid, chaidh an cuingealachadh seo a thogail le Charles-Orzag et al. 28, a leasaich inneal nach eil a’ toirt seachad teas timcheall an t-siostam ùidh tuilleadh, ach taobh a-staigh a’ ghlainne còmhdaich fhèin, còmhdaichte le còmhdach tana follaiseach de resistor air a dhèanamh le ITO (indium-tin oxide). Faodar am mullach a theasachadh suas gu 75 ° C le bhith a’ dol seachad air sruth dealain tron t-sreath fhollaiseach. Ach, feumaidh an t-ùghdar cuideachd an lionsa a theasachadh chun an amas, ach gun a bhith nas àirde na 65 ° C, gus nach dèan e cron air.
Tha na h-obraichean sin a’ sealltainn nach deach gabhail gu farsaing ri leasachadh microscopaidh optigeach àrd-teòthachd èifeachdach, gu tric feumach air uidheamachd dachaigh, agus gu tric air a choileanadh aig cosgais fuasgladh spàsail, a tha na fhìor ana-cothrom leis nach eil meanbh-fhàs-bheairtean thermophilic nas motha na beagan. micrometers. Is e lùghdachadh ann an tomhas teasachaidh an dòigh as fheàrr air trì duilgheadasan gnèitheach HTM fhuasgladh: fuasgladh spàsail truagh, inertia teirmeach àrd nuair a bhios an siostam a’ teasachadh, agus teasachadh cronail de na h-eileamaidean mun cuairt (ola bogaidh, lionsa amas… no làmhan neach-cleachdaidh) aig fìor theodhachd. ).
Anns a’ phàipear seo, tha sinn a’ toirt a-steach HTM airson amharc thermophile nach eil stèidhichte air teasachadh resistive. An àite sin, choilean sinn teasachadh ionadail taobh a-staigh raon cuibhrichte de raon sealladh a’ mhicrosgop le irradachadh laser de fho-strat a tha a’ gabhail a-steach solas. Chaidh an cuairteachadh teòthachd fhaicinn le bhith a’ cleachdadh microscopy ìre cainneachdail (QPM). Tha èifeachdas an dòigh seo air a dhearbhadh le Geobacillus stearothermophilus, bacterium thermophilic motile a bhios a’ gintinn aig timcheall air 65 ° C agus aig a bheil ùine dùblachaidh goirid (timcheall air 20 mionaid), agus Sulfolobus shibatae, hyperthermophile a bhios a ’fàs aig 80 ° C (archaea). a dhealbh. Bhathar a’ cumail sùil air ìre mac-samhail àbhaisteach agus snàmh mar ghnìomh teothachd. Chan eil an HTM laser seo (LA-HTM) air a chuingealachadh le tiugh an còmhdach-chòmhdaich no le nàdar an amas (bogadh èadhair no ola). Leigidh seo le lionsa àrd-rèiteachaidh sam bith air a’ mhargaidh a chleachdadh. Chan eil e cuideachd a’ fulang le teasachadh slaodach mar thoradh air inertia teirmeach (a’ coileanadh teasachadh sa bhad air sgèile millisecond) agus a’ cleachdadh dìreach co-phàirtean a tha rim faighinn gu malairteach. Tha na h-aon draghan sàbhailteachd ùra co-cheangailte ri làthaireachd sailean laser cumhachdach (mar as trice suas ri 100 mW) taobh a-staigh an inneal agus is dòcha tro na sùilean, a dh’ fheumas goggles dìon.
Is e prionnsapal LA-HTM laser a chleachdadh gus an sampall a theasachadh gu h-ionadail taobh a-staigh raon sealladh a’ mhicrosgop (Fig. 1a). Gus seo a dhèanamh, feumaidh an sampall a bhith a 'gabhail a-steach solas. Gus cumhachd laser reusanta a chleachdadh (nas lugha na 100 mW), cha robh sinn an urra ri bhith a ’gabhail a-steach solas leis a’ mheadhan leaghaidh, ach mheudaich sinn gu saor-thoileach gabhail a-steach an t-sampall le bhith a ’còmhdach an t-substrate le nanoparticles òir (Fig. 1c). Tha teasachadh nanoparticles òir le solas air leth cudromach ann an raon plasmonics teirmeach, le tagraidhean ris a bheil dùil ann am bith-mheidigeach, nano-cheimigeachd no buain solas na grèine29,30,31. Thairis air na beagan bhliadhnaichean a dh’ fhalbh, tha sinn air an LA-HTM seo a chleachdadh ann an grunn sgrùdaidhean co-cheangailte ri tagraidhean plasma teirmeach ann am fiosaigs, ceimigeachd agus bith-eòlas. Is e am prìomh dhuilgheadas leis an dòigh seo a bhith a’ taisbeanadh a’ phròifil teothachd deireannach, leis gu bheil an teòthachd àrdaichte cuingealaichte ri sgìre microscale taobh a-staigh an t-sampall. Tha sinn air sealltainn gun gabh mapadh teodhachd a choileanadh leis an interferometer rùsgaidh transverse ceithir-tonn, dòigh shìmplidh, àrd-rèiteachaidh, agus glè mhothachail airson microscopy ìre cainneachdail a tha stèidhichte air cleachdadh gathan eadar-dhealachaidh dà-mheudach (ris an canar cuideachd crois-gràthan) 33,34,35,36. Tha earbsachd an dòigh microscopaidh teirmeach seo, a tha stèidhichte air microscopy aghaidh tonn croise (CGM), air a nochdadh ann an dusan pàipear a chaidh fhoillseachadh thairis air na deich bliadhna a dh’ fhalbh37,38,39,40,41,42,43.
Sgeama airson teasachadh laser co-shìnte, cumadh agus miocroscop teòthachd. b Eisimpleir de gheoimeatraidh anns a bheil seòmar AttofluorTM anns a bheil còmhdach còmhdaich air a chòmhdach le nanoparticles òir. c Seall gu dlùth air an sampall (chan ann a rèir sgèile). d a’ riochdachadh ìomhaigh giùlan laser èideadh agus (e) an cuairteachadh teothachd samhlachail às deidh sin air plèana sampall nan nanoparticles òir. Tha f na phròifil beam laser annular a tha freagarrach airson teòthachd èideadh a ghineadh mar a chithear ann an atharrais an t-sgaoilidh teòthachd mar thoradh air a chithear ann an (g). Bàr sgèile: 30 µm.
Gu sònraichte, o chionn ghoirid fhuair sinn teasachadh de cheallan mamail le LA-HTM agus CGM agus lorg sinn freagairtean clisgeadh teas cealla anns an raon 37-42 ° C, a’ sealltainn iomchaidheachd an dòigh seo airson ìomhaighean cealla beò singilte. Ach, chan eil cleachdadh LA-HTM airson sgrùdadh meanbh-fhàs-bheairtean aig teòthachd àrd gun teagamh, oir tha feum air barrachd rabhadh an taca ri ceallan mamail: an toiseach, teasachadh bonn a’ mheadhan le deichean de cheumannan (seach beagan cheumannan) a’ leantainn. gu caisead teòthachd làidir dìreach. is urrainn dha convection fluid 44 a chruthachadh a dh’ fhaodadh, mura h-eil e ceangailte gu daingeann ris an t-substrate, gluasad neo-mhiannach agus measgachadh bacteria adhbhrachadh. Faodar cuir às don convection seo le bhith a’ lughdachadh tiugh an t-sreath leaghan. Airson an adhbhair seo, anns a h-uile deuchainn a tha air a thaisbeanadh gu h-ìosal, chaidh crochaidhean bactaraidh a chuir eadar dà chòmhdach-chòmhdaich mu 15 µm de thighead air an cur am broinn cupa meatailt (AttofluorTM, Thermofisher, Fig. 1b,c). Ann am prionnsapal, faodar convection a sheachnadh ma tha tiugh an leaghan nas lugha na meud beam an leusair teasachaidh. San dàrna h-àite, faodaidh obair ann an geoimeatraidh cho cuibhrichte fàs-bheairtean aerobic a mhùchadh (faic Fig. S2). Faodar an duilgheadas seo a sheachnadh le bhith a’ cleachdadh substrate a tha comasach air ocsaidean (no gas deatamach sam bith eile), le bhith a’ fàgail builgeanan èadhair glaiste am broinn a’ chòmhdaich, no le bhith a’ drileadh tuill anns a’ chòmhdach-chòmhdaich as àirde (faic Fig. S1) 45 . Anns an sgrùdadh seo, thagh sinn am fuasgladh mu dheireadh (Figearan 1b agus S1). Mu dheireadh, chan eil teasachadh laser a 'toirt seachad cuairteachadh teòthachd èideadh. Eadhon aig an aon dian ris an t-seam laser (Fig. 1d), chan eil an cuairteachadh teòthachd èideadh, ach tha e coltach ri cuairteachadh Gaussian mar thoradh air sgaoileadh teirmeach (Fig. 1e). Nuair a tha e na amas teòthachd mionaideach a stèidheachadh anns an raon seallaidh airson a bhith a’ sgrùdadh shiostaman bith-eòlasach, chan eil pròifilean neo-chòmhnard air leth freagarrach agus faodaidh iad cuideachd leantainn gu gluasad thermophoretic bacteria mura cùm iad ris an t-substrate (faic Fig. S3, S4)39. Chun na crìche seo, chleachd sinn moduladair solais spàsail (SLM) gus cumadh a thoirt air an giùlan laser infridhearg a rèir cumadh an fhàinne (Fig. 1f) ann am plèana an t-sampall gus cuairteachadh teòthachd gu math èideadh a choileanadh taobh a-staigh raon geoimeatrach sònraichte, a dh'aindeoin sgaoileadh teirmeach (Fig. 1d) 39 , 42, 46. Cuir còmhdach-còmhdaich àrd thairis air mias meatailt (Figear 1b) gus nach tèid am meadhan a ghlanadh agus coimhead airson co-dhiù beagan làithean. Leis nach eil am mullach còmhdaich seo air a seuladh, faodar meadhan a bharrachd a chuir ris gu furasta aig àm sam bith ma tha sin riatanach.
Gus sealltainn mar a tha LA-HTM ag obair agus a’ sealltainn gu bheil e iomchaidh ann an rannsachadh thermophilic, rinn sinn sgrùdadh air na bacteria aerobic Geobacillus stearothermophilus, aig a bheil an teòthachd fàis as fheàrr timcheall air 60-65 ° C. Tha flagella agus comas snàmh aig a’ bacterium cuideachd, a’ toirt seachad comharra eile air gnìomhachd cealla àbhaisteach.
Chaidh sampaill (Fig. 1b) a ghluasad ro-làimh aig 60 ° C airson uair a thìde agus an uairsin a chuir ann an neach-gleidhidh sampall LA-HTM. Tha an ro-ghoir seo roghainneil, ach fhathast feumail, airson dà adhbhar: An toiseach, nuair a thèid an leusair a thionndadh air, bidh e ag adhbhrachadh gum bi na ceallan a 'fàs agus a' roinn sa bhad (faic film M1 ann an Stuthan Leasachail). Às aonais ro-ghoir, mar as trice bidh dàil air fàs bacteria timcheall air 40 mionaid gach uair a thèid àite seallaidh ùr a theasachadh air an sampall. San dàrna h-àite, bhrosnaich an ro-ghoir 1 uair a bhith a’ cumail na bacteria ris a’ chòmhdach-chòmhdaich, a’ cur casg air ceallan bho bhith a’ gluasad a-mach às an raon seallaidh air sgàth thermophoresis nuair a chaidh an leusair a thionndadh air (faic film M2 ann an Stuthan Leasachail). Is e thermophoresis gluasad mìrean no mholacilean air caisead teodhachd, mar as trice bho theth gu fuachd, agus chan eil bacteria mar eisgeachd43,47. Thathas a’ cuir às don bhuaidh neo-mhiannach seo thairis air raon sònraichte le bhith a’ cleachdadh SLM gus cumadh a thoirt air an beam laser agus cuairteachadh teòthachd rèidh a choileanadh.
Air fige. Tha Figear 2 a’ sealltainn an cuairteachadh teothachd air a thomhas le CGM a gheibhear le bhith ag irradachadh substrate glainne air a chòmhdach le nanoparticles òir le beam laser annular (Fig. 1f). Chaidh cuairteachadh teòthachd còmhnard fhaicinn thairis air an raon gu lèir a tha còmhdaichte leis an beam laser. Chaidh an sòn seo a shuidheachadh gu 65 ° C, an teòthachd fàis as fheàrr. Taobh a-muigh na roinne seo, tha an lùb teòthachd gu nàdarrach a’ tuiteam gu \(1/r\) (far a bheil \(r\) na cho-chomharran radial).
mapa teòthachd de thomhasan CGM a gheibhear le bhith a’ cleachdadh beam laser annular gus còmhdach de nanoparticles òir a irradachadh gus ìomhaigh teòthachd rèidh fhaighinn thairis air raon cruinn. b Isotherm den mhapa teòthachd (a). Tha cumadh an beam laser air a riochdachadh le cearcall dotagach glas. Chaidh an deuchainn ath-aithris dà uair (faic Stuthan Leasachail, Figear S4).
Chaidh sùil a chumail air comasachd cheallan bacteriach airson grunn uairean a thìde a’ cleachdadh LA-HTM. Air fige. Tha 3 a’ sealltainn an eadar-ama airson ceithir ìomhaighean a chaidh a thogail bho fhilm 3 uair 20 mionaid (Film M3, Fiosrachadh Leasachail). Bhathas a’ cumail a-mach gun robh bacteria a’ leudachadh gu gnìomhach taobh a-staigh an raon cruinn a chaidh a mhìneachadh leis an leusair far an robh an teòthachd as fheàrr, a’ tighinn faisg air 65 ° C. An coimeas ri sin, chaidh fàs cealla a lughdachadh gu mòr nuair a thuit an teòthachd fo 50 ° C airson 10 s.
Ìomhaighean doimhneachd optigeach de bacteria G. stearothermophilus a’ fàs às deidh teasachadh laser aig diofar amannan, (a) t = 0 min, (b) 1 h 10 min, (c) 2 h 20 min, (d) 3 h 20 min, a-mach à 200 Air a thoirt a-mach à film aon mhionaid (film M3 air a thoirt seachad ann am Fiosrachadh Leasachail) air a chuir thairis air a’ mhapa teòthachd co-fhreagarrach. Tionndaidhidh an leusair air aig àm \(t=0\). Chaidh Isotherms a chur ris an ìomhaigh dian.
Gus tuilleadh tomhas a dhèanamh air fàs cealla agus an eisimeil air teòthachd, thomhais sinn an àrdachadh ann am bith-thomas de dhiofar choloinidhean de bacteria a bha iomallach an toiseach ann an raon sealladh Movie M3 (Fig. 4). Tha na bacteria pàrant a chaidh a thaghadh aig toiseach cruthachadh aonad cruthachaidh mion-choloinidh (mCFU) air an sealltainn ann am Figear S6. Chaidh tomhas mòr tioram a ghabhail le camara CGM 48 a chaidh a chleachdadh gus cuairteachadh teothachd a mhapadh. Is e comas an CGM cuideam tioram agus teòthachd a thomhas neart an LA-HTM. Mar a bhiodh dùil, dh'adhbhraich teòthachd àrd fàs bacterial nas luaithe (Fig. 4a). Mar a chithear sa chuilbheart leth-log ann am Fig. 4b, tha fàs aig a h-uile teòthachd a’ leantainn fàs eas-chruthach, far a bheil an dàta a’ cleachdadh a’ ghnìomh eas-chruthach \(m={m}_{0}{10}^{t/\tau }+ {{ \mbox{cst}}}\), far a bheil \(\tau {{{{{\rm{log }}}}}}2\) – àm ginealach (no àm dùblachadh), \( g = 1/ \ tau\) - ìre fàis (àireamh de roinnean gach aonad ùine). Air fige. Tha 4c a’ sealltainn an ìre fàis fa leth agus an ùine ginealach mar ghnìomh teothachd. Tha mCFUn a tha a’ fàs gu luath air an comharrachadh le saturation fàis às deidh dà uair a thìde, giùlan ris a bheil dùil mar thoradh air dùmhlachd àrd bacterial (coltach ris an ìre pàipearachd ann an cultaran liùlach clasaigeach). Tha an cumadh coitcheann \(g\clì(T\deas)\) (Fig. 4c) a' freagairt ris an lùb dà-ìre ris a bheil dùil airson G. stearothermophilus le ìre fàis as fheàrr timcheall air 60-65°C. Maids an dàta le bhith a’ cleachdadh modal cardinal (Figear S5)49 far a bheil \(\left({{G}_{0}{;\;T}}_{{\min }};{T}_{{opt}}} ;{T}_{{\max}}\right)\) = (0.70 ± 0.2; 40 ± 4; 65 ± 1.6; 67 ± 3) °C, a tha ag aontachadh gu math le luachan eile air an ainmeachadh san litreachas49. Ged a ghabhas na paramadairean a tha an eisimeil teodhachd ath-riochdachadh, faodaidh an ìre fàis as àirde de \({G}_{0}\) a bhith eadar-dhealaichte bho aon deuchainn gu fear eile (faic figearan S7-S9 agus film M4). An coimeas ri paramadairean suidheachadh teòthachd, a bu chòir a bhith uile-choitcheann, tha an ìre fàis as àirde an urra ri feartan a ’mheadhan (cothrom mathachaidh, dùmhlachd ocsaidean) taobh a-staigh geoimeatraidh microscale a chaidh fhaicinn.
a fàs microbial aig diofar teòthachd. mCFU: Aonadan Cruthachaidh Mion-choloinidh. Dàta air fhaighinn bho bhidio de aon bacterium a’ fàs ann an caisead teothachd (film M3). b Co-ionann ri (a), sgèile leth-logarithmach. c Ìre fàis \ (\ tau \) agus ùine ginealach \ (g \) air a thomhas bho ais-tharraing sreathach (b). Bàraichean mearachd còmhnard: raon teòthachd thairis air an do leudaich mCFUn a-steach don raon seallaidh aig àm fàis. Bàraichean mearachd dìreach: mearachd àbhaisteach ais-tharraing sreathach.
A bharrachd air fàs àbhaisteach, bhiodh cuid de bacteria uaireannan a’ seòladh tro theasachadh leusair, a tha na ghiùlan ris a bheil dùil airson bacteria le flagella. Tha am film M5 ann am fiosrachadh a bharrachd a 'sealltainn gnìomhan snàmh mar sin. Anns an deuchainn seo, chaidh rèididheachd laser èideadh a chleachdadh gus caisead teòthachd a chruthachadh, mar a chithear ann am Figearan 1d, e agus S3. Tha Figear 5 a’ sealltainn dà shreath ìomhaigh a chaidh a thaghadh bhon fhilm M5 a’ sealltainn gu bheil aon bacterium a’ taisbeanadh gluasad stiùiridh fhad ‘s a tha a h-uile bacteria eile fhathast gun ghluasad.
Tha an dà fhrèam-ama (a) agus (b) a’ sealltainn snàmh dà bacteria eadar-dhealaichte air an comharrachadh le cearcallan dotagach. Chaidh na h-ìomhaighean a thoirt a-mach à film M5 (air an toirt seachad mar stuth leasachail).
Ann an cùis G. stearothermophilus, thòisich gluasad gnìomhach bacteria (Fig. 5) beagan dhiog às deidh an beam laser a thionndadh air. Tha an amharc seo a’ cur cuideam air freagairt ùineail a’ mhicro-organism thermophilic seo gu àrdachadh ann an teòthachd, mar a chaidh fhaicinn mar-thà le Mora et al. 24. Faodar cuspair motility bacterial agus eadhon thermotaxis a sgrùdadh tuilleadh a’ cleachdadh LA-HTM.
Cha bu chòir snàmh microbial a bhith air a mheasgadh le seòrsachan eile de ghluasad corporra, is e sin (i) gluasad Brownian, a tha coltach ri gluasad mì-rianail gun stiùireadh cinnteach, (ii) convection 50 agus thermophoresis 43, a 'gabhail a-steach gluasad cunbhalach de ghluasad air teòthachd caisead.
Tha G. stearothermophilus ainmeil airson a chomas a bhith a’ toirt a-mach spòran a tha gu math seasmhach (cruthachadh spòran) nuair a bhios e fosgailte do dhroch shuidheachadh àrainneachd mar dhìon. Nuair a dh’ fhàsas suidheachadh na h-àrainneachd fàbharach a-rithist, bidh na spòran a’ fàs a’ fàs, a’ cruthachadh cheallan beò agus a’ fàs a-rithist. Ged a tha am pròiseas sporulation/germination seo aithnichte, cha deach fhaicinn a-riamh ann an àm fìor. A’ cleachdadh LA-HTM, tha sinn ag aithris an seo air a’ chiad amharc air tachartasan ginideachadh ann an G. stearothermophilus.
Air fige. Tha 6a a’ sealltainn ìomhaighean ùine-tìm de dhoimhneachd optigeach (OT) a fhuaireadh a’ cleachdadh seata CGM de 13 spòran. Airson an ùine cruinneachaidh gu lèir (15 h 6 min, \ (t = 0 \) - toiseach teasachadh laser), chaidh 4 a-mach à 13 spòran a ghineadh, aig puingean ùine leantainneach \ (t = 2 \) h, \( 3 \ ) h \(10 \)', \(9\) h \(40\)' agus \(11\) h \(30\)'. Ged nach eil ach aon de na tachartasan sin air a shealltainn ann am Figear 6, faodar tachartasan ginideachaidh 4 fhaicinn anns an fhilm M6 anns an stuth leasachail. Gu inntinneach, tha coltas gu bheil ginideachadh air thuaiream: chan eil a h-uile spòran a 'fàs a' fàs agus chan eil iad a 'fàs aig an aon àm, a dh' aindeoin na h-aon atharrachaidhean ann an suidheachaidhean àrainneachd.
a Time-lapse air a dhèanamh suas de 8 ìomhaighean OT (bogadh ola, 60x, amas 1.25 NA) agus (b) mean-fhàs bith-thomas de cho-chruinneachaidhean G. stearothermophilus. c (b) Air a tharraing air sgèile leth-log gus sreathalachd an ìre fàis (loidhne bhriste) a shoilleireachadh.
Air fige. Tha 6b,c a’ sealltainn bith-thomas àireamhan cealla ann an raon an t-seallaidh mar ghnìomh ùine thar ùine iomlan cruinneachadh dàta. Lùghdachadh luath air a’ mhàs thioram a chaidh fhaicinn aig \(t=5\)h ann am fige. 6b, c, mar thoradh air cuid de cheallan a-mach às an raon seallaidh. Is e ìre fàis nan ceithir tachartasan sin \(0.77\pm 0.1\) h-1. Tha an luach seo nas àirde na an ìre fàis co-cheangailte ri Figear 3. 3 agus 4, far a bheil ceallan a 'fàs mar as trice. Chan eil e soilleir carson a tha ìre fàis nas àirde de G. stearothermophilus bho spòran soilleir, ach tha na tomhasan sin a’ soilleireachadh ùidh LA-HTM agus ag obair aig ìre aon chealla (no aig an aon ìre mCFU) gus barrachd ionnsachadh mu daineamaigs beatha cealla. .
Gus sealltainn gu bheil sùbailteachd LA-HTM agus a choileanadh aig teòthachd àrd, rinn sinn sgrùdadh air fàs Sulfolobus shibatae, archaea acidophilic hyperthermophilic le teòthachd fàis as fheàrr de 80 ° C51. An coimeas ri G. stearothermophilus, tha morf-eòlas gu math eadar-dhealaichte aig na h-arc-eòlaichean sin cuideachd, coltach ri 1 micron spheres (cocci) seach slatan fada (bacilli).
Tha Figear 7a a’ toirt a-steach ìomhaighean doimhneachd optigeach sreath de S. shibatae mCFU a fhuaireadh a’ cleachdadh CGM (faic film feart M7 ann an Stuthan Leasachail). Bidh am mCFU seo a’ fàs aig timcheall air 73 ° C, nas ìsle na an teòthachd as fheàrr de 80 ° C, ach taobh a-staigh an raon teòthachd airson fàs gnìomhach. Chunnaic sinn grunn thachartasan sgaoilidh a thug air mCFUn a bhith coltach ri micrograpes de archaea às deidh beagan uairean a thìde. Bho na h-ìomhaighean OT seo, chaidh bith-thomas mCFU a thomhas thar ùine agus air a thaisbeanadh ann am Figear 7b. Gu inntinneach, sheall S. shibatae mCFUs fàs sreathach seach am fàs eas-chruthach a chunnacas le G. stearothermophilus mCFUs. Tha deasbad air a bhith ann o chionn fhada 52 mu nàdar ìrean fàis cealla: ged a tha cuid de sgrùdaidhean ag aithris ìrean fàis de mhicroban a tha a rèir am meud (fàs eas-chruthach), tha cuid eile a’ nochdadh ìre seasmhach (fàs sreathach no dà-thaobhach). Mar a chaidh a mhìneachadh le Tzur et al.53, feumaidh eadar-dhealachadh eadar fàs eas-chruthach agus (bi) sreathach mionaideachd de <6% ann an tomhasan bith-thomas, a tha a-mach à ruigsinneachd airson a’ mhòr-chuid de dhòighean QPM, eadhon a’ toirt a-steach interferometry. Mar a chaidh a mhìneachadh le Tzur et al.53, feumaidh eadar-dhealachadh eadar fàs eas-chruthach agus (bi) sreathach mionaideachd de <6% ann an tomhasan bith-thomas, a tha a-mach à ruigsinneachd airson a’ mhòr-chuid de dhòighean QPM, eadhon a’ toirt a-steach interferometry. Как объяснили Цур и др.53, различение экспоненциального agus (би)линейного роста требует томност, что недостижимо для большинства методов QPM, agus an dàrna cuid использованием интерферометрии. Mar a chaidh a mhìneachadh le Zur et al.53, feumaidh eadar-dhealachadh eadar fàs eas-chruthach agus (bi) sreathach <6% cruinneas ann an tomhasan bith-thomas, rud nach gabh a choileanadh airson a’ mhòr-chuid de dhòighean QPM, eadhon a’ cleachdadh interferometry.Mar a mhìnich Zur et al. 53, a’ dèanamh eadar-dhealachadh eadar fàs eas-chruthach agus (bi) sreathach feumach air nas lugha na 6% de mhearachd ann an tomhasan bith-thomas, rud nach gabh a choileanadh airson a’ mhòr-chuid de dhòighean QPM, eadhon nuair a thèid interferometry a chleachdadh. Bidh CGM a’ coileanadh a’ mhearachd seo le mionaideachd fo-pg ann an tomhasan bith-thomas36,48.
a Time-lapse air a dhèanamh suas de 6 ìomhaighean OT (bogadh ola, 60x, amas NA 1.25) agus (b) mean-fhàs bith-thomas meanbh-CFU air a thomhas le CGM. Faic film M7 airson tuilleadh fiosrachaidh.
Bha fàs sreathach S. shibatae ris nach robh dùil agus cha deach aithris fhathast. Ach, tha dùil ri fàs eas-chruthach, co-dhiù air sgàth thar ùine, feumaidh grunn roinnean de cheallan 2, 4, 8, 16 ... tachairt. Bha sinn a’ smaoineachadh gum faodadh fàs sreathach a bhith mar thoradh air casg cealla mar thoradh air pacadh cealla dùmhail, dìreach mar a bhios fàs cealla a’ slaodadh sìos agus mu dheireadh a’ ruighinn staid thàmh nuair a tha dùmhlachd cealla ro àrd.
Bidh sinn a’ crìochnachadh le bhith a’ bruidhinn air na còig puingean inntinneach a leanas mu seach: lùghdachadh ann an tomhas-teasachaidh, lùghdachadh ann an inertia teirmeach, ùidh ann an nanoparticles òir, ùidh ann am miocroscop ìre cainneachdail, agus raon teodhachd a dh’ fhaodadh a bhith ann anns an gabh LA-HTM a chleachdadh.
An coimeas ri teasachadh resistive, tha teasachadh leusair a thathar a 'cleachdadh airson leasachadh HTM a' tabhann grunn bhuannachdan, a tha sinn a 'sealltainn san sgrùdadh seo. Gu sònraichte, ann am meadhanan liùlach ann an raon sealladh a ’mhicreascop, tha an tomhas teasachaidh air a chumail taobh a-staigh beagan (10 μm) 3 leabhraichean. San dòigh seo, chan eil ach na microbes a chaidh an sgrùdadh gnìomhach, fhad ‘s a tha bacteria eile nan tàmh agus faodar an cleachdadh airson tuilleadh sgrùdaidh a dhèanamh air an sampall - chan fheumar an sampall atharrachadh a h-uile uair a dh’ fheumar teòthachd ùr a sgrùdadh. A bharrachd air an sin, tha teasachadh microscale a 'ceadachadh sgrùdadh dìreach a dhèanamh air raon mòr de theodhachd: chaidh Figear 4c fhaighinn bho fhilm 3-uair (Film M3), a bhios mar as trice a' feumachdainn grunn shampaill ullachadh agus a sgrùdadh - aon airson gach sampall a tha fo sgrùdadh. is e y an teòthachd a tha a’ riochdachadh na h-àireimh de làithean anns an deuchainn. Le bhith a’ lughdachadh an tomhas teasachaidh cuideachd a’ cumail na pàirtean optigeach mun cuairt air a’ mhiocroscop, gu sònraichte an lionsa amas, aig teòthachd an t-seòmair, a tha air a bhith na dhuilgheadas mòr don choimhearsnachd gu ruige seo. Faodar LA-HTM a chleachdadh le lionsa sam bith, a’ toirt a-steach lionsan bogaidh ola, agus fuirichidh e aig teòthachd an t-seòmair eadhon le fìor theodhachd san raon seallaidh. Is e am prìomh chuingealachadh air an dòigh teasachaidh laser a tha sinn ag aithris san sgrùdadh seo gum faodadh ceallan nach eil a’ cumail no a’ seòladh a bhith fada bho raon an t-seallaidh agus duilich an sgrùdadh. Dh’ fhaodadh fuasgladh a bhith ann a bhith a’ cleachdadh lionsan meudachaidh ìosal gus àrdachadh teothachd nas motha a choileanadh nas àirde na beagan cheudan micron. An cois an rabhadh seo tha lùghdachadh ann an rùn spàsail, ach mas e an amas sgrùdadh a dhèanamh air gluasad meanbh-fhàs-bheairtean, chan eil feum air fuasgladh spàsail àrd.
Tha an raon-ama airson teasachadh (agus fuarachadh) an t-siostam \({{{{\rm{\tau }}}}}}_{{{\mbox{D}}}}\) a rèir a mheud , a-rèir an lagha \({{{({\rm{\tau }}}}}}_{{{\mbox{D}}}}={L}^{2}/D\), far a bheil \ (L \ ) meud sònraichte an stòr teas (tha trast-thomhas an t-seam laser san sgrùdadh againn \ (L \ timcheall air 100 \) μm), \ (D \) is e sgaoileadh teirmeach na h-àrainneachd (cuibheasach anns an sgrùdadh againn) cùis, glainne agus uisge Ìre sgaoilidh \ (D \ mu 2 \ fhillte {10} ^ {-7} \) m2 / s). atharrachaidhean teodhachd, a bhith an dùil.
Tha an dòigh a tha sinn a’ moladh a’ buntainn ri substrate sam bith a tha a’ gabhail a-steach solais (mar eisimpleir, sampallan malairteach le còmhdach ITO). Ach, tha nanoparticles òir comasach air sùghadh àrd a thoirt seachad anns an infridhearg agus in-ghabhail ìosal anns an raon fhaicsinneach, agus tha na feartan mu dheireadh aca inntinneach airson amharc optigeach èifeachdach anns an raon fhaicsinneach, gu sònraichte nuair a bhios iad a’ cleachdadh fluorescence. A bharrachd air an sin, tha òr biocompatible, ceimigeach inert, faodar dùmhlachd optigeach atharrachadh bho 530 nm gu faisg air infridhearg, agus tha ullachadh sampall sìmplidh agus eaconamach29.
Tha miocroscop aghaidh tonn-tonn transverse grating (CGM) a’ ceadachadh chan e a-mhàin mapadh teòthachd aig a’ mhicro-sgèile, ach cuideachd sgrùdadh bith-thomas, ga dhèanamh gu sònraichte feumail (mura h-eil sin riatanach) an co-bhonn ri LA-HTM. Thairis air na deich bliadhna a dh’ fhalbh, chaidh dòighean microscopaidh teodhachd eile a leasachadh, gu sònraichte ann an raon bith-ìomhaigheachd, agus feumaidh a’ mhòr-chuid dhiubh probes fluorescent a tha mothachail air teòthachd54,55 a chleachdadh. Ach, chaidh na dòighean sin a chàineadh agus tha cuid de na h-aithisgean air atharrachaidhean teothachd neo-reusanta taobh a-staigh cheallan a thomhas, is dòcha air sgàth gu bheil fluorescence an urra ri mòran fhactaran a bharrachd air teòthachd. A bharrachd air an sin, tha a’ mhòr-chuid de probes flùraiseach neo-sheasmhach aig teòthachd àrd. Mar sin, tha QPM agus gu sònraichte CGM a’ riochdachadh innleachd microscopaidh teothachd air leth freagarrach airson a bhith a’ sgrùdadh beatha aig teòthachd àrd a’ cleachdadh microscopy optigeach.
Tha sgrùdaidhean air S. shibatae, a tha a’ fuireach aig an ìre as fheàrr aig 80 ° C, a’ sealltainn gum faodar LA-HTM a chleachdadh airson sgrùdadh a dhèanamh air hyperthermophiles, chan e dìreach thermophiles sìmplidh. Ann am prionnsapal, chan eil crìoch air an raon teodhachd a ruigear le bhith a’ cleachdadh LA-HTM, agus faodar eadhon teòthachd os cionn 100 ° C a ruighinn aig cuideam àile gun a bhith a’ goil, mar a chithear leis a’ bhuidheann againn de 38 ann an tagraidhean ceimigeachd hydrothermal aig àile. cuideam A. Tha laser air a chleachdadh airson nanoparticles òir 40 a theasachadh san aon dòigh. Mar sin, tha comas aig LA-HTM a bhith air a chleachdadh gus hyperthermophiles nach fhacas a-riamh a choimhead le microscopy optigeach àrd-rèiteachaidh àbhaisteach fo chumhachan àbhaisteach (ie fo chuideam àrainneachd).
Chaidh a h-uile deuchainn a dhèanamh a’ cleachdadh miocroscop dachaigh, a’ toirt a-steach soillseachadh Köhler (le LED, M625L3, Thorlabs, 700 mW), neach-gleidhidh sampall le gluasad làimhe xy, amasan (Olympus, 60x, 0.7 NA, adhair, LUCPlanFLN60X no 60x, 1.25 NA, Ola , UPLFLN60XOI), camara CGM (crois-grèim QLSI, pitch 39 µm, 0.87 mm bho sensor camara Andor Zyla) gus ìomhaighean dian agus aghaidh tonn a thoirt seachad, agus camara sCMOS (modh ORCA Flash 4.0 V3, 16-bit, bho Hamamatsu) gus an dàta air a shealltainn ann am Figear 5 (snàmh bacterial). Is e oir 749 nm BrightLine (Semrock, FF749-SDi01) a th’ anns an splitter beam dichroic. Is e sìoltachan pas goirid 694 (FF02-694 / SP-25, Semrock) an sìoltachan air beulaibh a’ chamara. leusair sapphire titanium (Laser Verdi G10, 532 nm, 10 W, cuas laser air a phumpadh tsunami, Spectra-Physics ann am Fig. 2-5, le laser Millenia, Spectraphysics 10 W, cuas laser air a phumpadh Mira, Co-fhreagarrach, airson Fig. 2 -5). 6 agus 7) air an suidheachadh ris an tonn-tonn \({{{({\rm{\lambda }}}}}}=800\) nm, a tha a' freagairt ri speactram athshondas plasmon de nanoparticles òir. Modulators solais spàsail (1920 × 1152 piogsail) a cheannach bho Meadowlark Optics.
Tha miocroscop aghaidh tonn tar-ghrating (CGM) na dhòigh-obrach microscopaidh optigeach stèidhichte air a bhith a’ cothlamadh grating dà-thaobhach eadar-dhealachaidh (ris an canar cuideachd crois-ghrating) aig astar aon mhìleatair bho sensor camara àbhaisteach. Is e an eisimpleir as cumanta de CGM a chleachd sinn san sgrùdadh seo interferometer transverse shift ceithir-tonn (QLSI), far a bheil an crois-ghrat a’ toirt a-steach pàtran clàr-dearbhaidh dian / ìre a chaidh a thoirt a-steach agus a pheutant le Primot et al. ann an 200034. Bidh na loidhnichean grating dìreach is còmhnard a’ cruthachadh faileasan coltach ri cliath air an sensor, agus faodar an saobhadh aca a phròiseasadh gu àireamhach ann an àm fìor gus saobhadh aghaidh tonn optigeach (no ìomhaigh ìre co-ionann) den t-solais tachartais fhaighinn. Nuair a thèid a chleachdadh air miocroscop, faodaidh camara CGM an eadar-dhealachadh slighe optigeach de nì le ìomhaigh a thaisbeanadh, ris an canar cuideachd doimhneachd optigeach (OT), le cugallachd air òrdugh nanometers36. Ann an tomhas CGM sam bith, gus cuir às do uireasbhaidhean sam bith anns na co-phàirtean optigeach no na sailean, feumar prìomh ìomhaigh OT iomraidh a thoirt agus a thoirt air falbh bho ìomhaighean sam bith às deidh sin.
Chaidh microscopy teòthachd a dhèanamh a’ cleachdadh camara CGM mar a chaidh a mhìneachadh san iomradh. 32. Ann an ùine ghoirid, bidh teasachadh leaghan ag atharrachadh a chlàr-amais ath-tharraingeach, a’ cruthachadh buaidh lionsa teirmeach a bheir air falbh an t-seam tachartais. Tha an saobhadh tonn-tonn seo air a thomhas leis an CGM agus air a ghiullachd le bhith a’ cleachdadh algairim deconvolution gus cuairteachadh teòthachd trì-thaobhach fhaighinn anns a’ mheadhan lionn. Ma tha na nanoparticles òir air an cuairteachadh gu cothromach air feadh an t-sampall, faodar mapadh teòthachd a dhèanamh ann an raointean gun bacteria gus ìomhaighean nas fheàrr a thoirt gu buil, agus is e sin a bhios sinn uaireannan a’ dèanamh. Chaidh an ìomhaigh iomraidh CGM fhaighinn gun teasachadh (leis an leusair dheth) agus an uairsin air a ghlacadh san aon àite san ìomhaigh leis an leusair air.
Thathas a’ coileanadh tomhas mòr tioram a’ cleachdadh an aon chamara CGM a thathas a’ cleachdadh airson ìomhaighean teothachd. Chaidh ìomhaighean iomraidh CGM fhaighinn le bhith a’ gluasad an sampall gu luath ann an x agus y aig àm an nochd mar dhòigh air cuibheasachd de neo-ionannachd sam bith san OT mar thoradh air làthaireachd bacteria. Bho ìomhaighean OT de bacteria, chaidh am bith-thomas aca fhaighinn le bhith a’ cleachdadh cruinneachadh de dhealbhan thairis air raointean a chaidh a thaghadh a’ cleachdadh algairim sgaradh dachaigh Matlab (faic fo-earrann “Còd àireamhach”), a’ leantainn a’ mhodh-obrach a tha air a mhìneachadh ann an ref. 48. Ann an ùine ghoirid, cleachdaidh sinn an dàimh \(m={\alpha}^{-1}\iint {{\mbox{OT}}}\left(x,y\right){{\mbox{d}} } x{{\mbox{d}}}y\), far a bheil \({{\mbox{OT}}}\left(x,y\right)\) 'na ìomhaigh doimhneachd optigeach, tha \(m\) tha an cuideam tioram agus \({{{{\rm{\alpha }}}}}}\) seasmhach. Thagh sinn \({{{{\rm{\alpha)))))=0.18\) µm3/pg, a tha àbhaisteach airson ceallan beò.
Chaidh leathad còmhdaich 25 mm ann an trast-thomhas agus 150 µm de thighead còmhdaichte le nanoparticles òir a chuir a-steach do sheòmar AttofluorTM (Thermofisher) leis na nanoparticles òir mu choinneimh. Chaidh Geobacillus stearothermophilus a ro-chultarachadh thar oidhche ann am meadhan LB (200 rpm, 60 ° C) ro gach latha de dheuchainnean. Chaidh tuiteam de 5 µl de chrochaidh G. stearothermophilus le dùmhlachd optigeach (OD) de 0.3 gu 0.5 a chuir air bruthach còmhdaich le nanoparticles òir. An uairsin, chaidh slip còmhdach cruinn 18 mm ann an trast-thomhas le toll 5 mm ann an trast-thomhas sa mheadhan a leigeil sìos air an tuiteam, agus chaidh 5 μl de chrochadh bactaraidh leis an aon dùmhlachd optigeach a chuir a-steach a-rithist gu meadhan an toll. Chaidh na tobraichean air còmhdach-blàthachaidh ullachadh a rèir a’ mhodh-obrach a tha air a mhìneachadh ann an ref. 45 (faic Fiosrachadh Leasachail airson tuilleadh fiosrachaidh). An uairsin cuir 1 ml de mheadhan LB ris a’ chòmhdach-chòmhdaich gus casg a chuir air an t-sreath leaghan bho bhith a’ tiormachadh. Tha an còmhdach mu dheireadh air a chuir thairis air mullach dùinte seòmar Attofluor ™ gus casg a chuir air falmhachadh a’ mheadhan aig àm goir. Airson deuchainnean ginideachadh, chleachd sinn spòran, a bha, an dèidh deuchainnean àbhaisteach, uaireannan a 'còmhdach a' chòmhdaich as àirde. Chaidh dòigh coltach ris a chleachdadh airson Sulfolobus shibatae fhaighinn. Chaidh trì latha (200 rpm, 75 ° C) de àiteachadh tòiseachaidh Thiobacillus serrata a dhèanamh ann am meadhan 182 (DSMZ).
Chaidh sampaill de nanoparticles òir ullachadh le micellar bloc copolymer lithography. Tha am pròiseas seo air a mhìneachadh gu mionaideach anns a’ Chap. 60. Ann an ùine ghoirid, chaidh micelles a bha a 'toirt a-steach ianan òir a cho-chur còmhla le bhith a' measgachadh an copolymer le HAuCl4 ann an toluene. Chaidh na còmhdaichean glanaidh an uairsin a bhogadh anns an fhuasgladh agus air an làimhseachadh le irradachadh UV an làthair àidseant lughdachaidh gus sìol òir fhaighinn. Mu dheireadh, chaidh sìol òir fhàs le bhith a ’conaltradh ri còmhdach còmhdaich le fuasgladh uisgeach de KAuCl4 agus ethanolamine airson 16 mionaidean, a lean gu rèiteachadh leth-ùine agus glè èideadh de nanoparticles òir neo-spherical anns an infridhearg faisg air làimh.
Gus na interferograms a thionndadh gu ìomhaighean OT, chleachd sinn algorithm dachaigh, mar a tha air a mhìneachadh sa cheangal. 33 agus tha e ri fhaighinn mar phasgan Matlab anns an ionad poblach a leanas: https://github.com/baffou/CGMprocess. Faodaidh am pasgan ìomhaighean dian agus OT obrachadh a-mach stèidhichte air interferograms clàraichte (a’ toirt a-steach ìomhaighean iomraidh) agus astaran raon camara.
Gus am pàtran ìre a chaidh a chuir an sàs ann an SLM obrachadh a-mach gus ìomhaigh teodhachd sònraichte fhaighinn, chleachd sinn algairim dachaigh a chaidh a leasachadh roimhe39,42 a tha ri fhaighinn anns an stòr phoblach a leanas: https://github.com/baffou/SLM_temperatureShaping. Is e an cuir a-steach an raon teòthachd a tha thu ag iarraidh, a dh’ fhaodar a shuidheachadh gu didseatach no tro ìomhaigh monochrome bmp.
Gus na ceallan a sgaradh agus an cuideam tioram a thomhas, chleachd sinn an algairim Matlab againn a chaidh fhoillseachadh anns an ionad poblach a leanas: https://github.com/baffou/CGM_magicWandSegmentation. Air gach ìomhaigh, feumaidh an neach-cleachdaidh briogadh air na bacteria no mCFU inntinneach, atharraich cugallachd an t-slat, agus dearbhaich an taghadh.
Airson tuilleadh fiosrachaidh mu dhealbhadh sgrùdaidh, faic geàrr-chunntas Aithisg Rannsachadh Nàdair ceangailte ris an artaigil seo.
Gheibhear dàta a’ toirt taic do thoraidhean an sgrùdaidh seo bho na h-ùghdaran fa-leth ma thèid iarraidh reusanta.
Tha an còd tùsail a chaidh a chleachdadh san sgrùdadh seo air a mhìneachadh anns an roinn Dòighean, agus faodar dreachan deasbaid a luchdachadh sìos bho https://github.com/baffou/ anns na stòran a leanas: SLM_temperatureShaping, CGMprocess, agus CGM_magicWandSegmentation.
Mehta, R., Singhal, P., Singh, H., Damle, D. & Sharma, AK Lèirsinn air thermophiles agus na tagraidhean speactram farsaing aca. Mehta, R., Singhal, P., Singh, H., Damle, D. & Sharma, AK Lèirsinn air thermophiles agus na tagraidhean speactram farsaing aca.Mehta, R., Singhal, P., Singh, H., Damle, D. agus Sharma, AK Sealladh farsaing air thermophiles agus an cleachdadh farsaing. Mehta, R., Singhal, P., Singh, H., Damle, D. & Sharma, AK 深 入 了解 嗜热菌及其广谱应用. Mehta, R., Singhal, P., Singh, H., Damle, D. & Sharma, AK.Mehta R., Singhal P., Singh H., Damle D. agus Sharma AK Tuigse dhomhainn air thermophiles agus raon farsaing de thagraidhean.3 Bith-theicneòlas 6, 81 (2016).
Ùine puist: Sultain-26-2022