በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ህይወት በጨረር-የሞቁ የወርቅ ናኖፓርቲሎች በብልቃጥ ውስጥ ይታያል

Nature.comን ስለጎበኙ እናመሰግናለን። እየተጠቀሙበት ያለው የአሳሽ ስሪት የተወሰነ የሲኤስኤስ ድጋፍ አለው። ለበለጠ ልምድ፣ የዘመነ አሳሽ እንድትጠቀም እንመክርሃለን (ወይም የተኳኋኝነት ሁነታን በኢንተርኔት ኤክስፕሎረር አሰናክል)። እስከዚያው ድረስ ቀጣይ ድጋፍን ለማረጋገጥ ጣቢያውን ያለ ቅጦች እና ጃቫስክሪፕት እናቀርባለን።
ቴርሞፊል በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ የሚበቅሉ ረቂቅ ተሕዋስያን ናቸው. እነሱን ማጥናት ሕይወት ከከባድ ሁኔታዎች ጋር እንዴት እንደሚላመድ ጠቃሚ መረጃ ሊሰጥ ይችላል። ይሁን እንጂ በተለመደው የኦፕቲካል ማይክሮስኮፕ አማካኝነት ከፍተኛ የሙቀት ሁኔታዎችን ማግኘት አስቸጋሪ ነው. በአካባቢው ተከላካይ ኤሌክትሪክ ማሞቂያ ላይ የተመሰረቱ በርካታ የቤት ውስጥ መፍትሄዎች ቀርበዋል, ነገር ግን ቀላል የንግድ መፍትሄ የለም. በዚህ ጽሑፍ ውስጥ የተጠቃሚውን አካባቢ መለስተኛ በማድረግ ለቴርሞፊል ጥናቶች ከፍተኛ ሙቀትን ለማቅረብ በማይክሮስኮፕ እይታ መስክ ላይ የማይክሮሚካል ሌዘር ማሞቂያ ጽንሰ-ሀሳብ እናስተዋውቃለን። በመካከለኛ የሌዘር ጥንካሬ ላይ የማይክሮሚካል ማሞቂያ በወርቅ ናኖፓርቲክል የተሸፈነ ንጣፍ እንደ ባዮኬሚካላዊ እና ቀልጣፋ ብርሃን አምጪ በመጠቀም ማግኘት ይቻላል። የማይክሮሚካል ፈሳሽ መወዛወዝ ፣ የሕዋስ ማቆየት እና ሴንትሪፉጋል ቴርሞፎረቲክ እንቅስቃሴ ሊሆኑ የሚችሉ ውጤቶች ተብራርተዋል። ዘዴው በሁለት ዝርያዎች ታይቷል (i) Geobacillus stearothermophilus, በ 65 ዲግሪ ሴንቲግሬድ አካባቢ የሚራባ ንቁ ቴርሞፊል ባክቴሪያ, ይህም በአጉሊ መነጽር ማሞቂያ ስር ለመብቀል, ለማደግ እና ለመዋኘት; (ii) Thiobacillus sp., በጣም ጥሩ የሆነ hyperthermophilic archaea. በ 80 ° ሴ. ይህ ሥራ ዘመናዊ እና ተመጣጣኝ የሆኑ ማይክሮስኮፕ መሳሪያዎችን በመጠቀም ቴርሞፊል ረቂቅ ተሕዋስያንን ቀላል እና ደህንነቱ የተጠበቀ ምልከታ መንገድ ይከፍታል።
በቢሊዮኖች ለሚቆጠሩ አመታት በምድር ላይ ያለው ህይወት አንዳንድ ጊዜ ከሰው ልጅ እይታ እጅግ በጣም ጽንፍ ከሚባሉት ከተለያዩ የአካባቢ ሁኔታዎች ጋር ለመላመድ ተፈጥሯል። በተለይም ቴርሞፊል የሚባሉት አንዳንድ ቴርሞፊል ረቂቅ ተህዋሲያን (ባክቴሪያዎች፣ አርኬአ፣ ፈንገሶች) ከ45°C እስከ 122°C1፣ 2, 3, 4 ባለው የሙቀት መጠን ውስጥ ይበቅላሉ። ወይም የእሳተ ገሞራ አካባቢዎች. የእነርሱ ጥናት ባለፉት ጥቂት አሥርተ ዓመታት ቢያንስ በሁለት ምክንያቶች ብዙ ፍላጎት ፈጥሯል። በመጀመሪያ፣ ከነሱ የምንማረው ለምሳሌ ቴርሞፊል 5፣ 6፣ ኢንዛይሞች 7፣ 8 እና ገለፈት 9 በከፍተኛ የሙቀት መጠን እንዴት እንደሚረጋጉ ወይም ቴርሞፊል እንዴት ከፍተኛ የጨረር ደረጃን እንደሚቋቋም10። በሁለተኛ ደረጃ, ለብዙ ጠቃሚ የባዮቴክኖሎጂ አፕሊኬሽኖች መሰረት ናቸው1,11,12 እንደ ነዳጅ ማምረት 13,14,15,16, የኬሚካል ውህደት (ዳይሃይሮ, አልኮሆል, ሚቴን, አሚኖ አሲዶች, ወዘተ) 17, ባዮሚኒንግ18 እና ቴርሞስታብል ባዮካታሊስት 7,11, 13. በተለይም በአሁኑ ጊዜ ታዋቂው የ polymerase chain reaction (PCR) 19 ኢንዛይም (ታክ ፖሊሜሬዝ) ከቴርሞፊል ባክቴሪያ ቴርሙስ አኳቲከስ ተለይቶ ከታዩ የመጀመሪያዎቹ ቴርሞፊሎች አንዱ ነው።
ይሁን እንጂ የቴርሞፊል ጥናት ቀላል ስራ አይደለም እናም በማንኛውም ባዮሎጂካል ላብራቶሪ ውስጥ ሊሻሻል አይችልም. በተለይም ህያው ቴርሞፊል በብልቃጥ ውስጥ በማንኛውም መደበኛ የብርሃን ማይክሮስኮፕ፣ ለገበያ በሚቀርቡ የማሞቂያ ክፍሎችም ቢሆን፣ አብዛኛውን ጊዜ እስከ 40 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ባለው የሙቀት መጠን ሊታዩ አይችሉም። ከ 1990 ዎቹ ጀምሮ ፣ ከፍተኛ የሙቀት መጠን በማይክሮስኮፕ (ኤችቲኤም) ስርዓቶችን ለማስተዋወቅ የተወሰኑ የምርምር ቡድኖች ብቻ እራሳቸውን ሰጥተዋል። በ 1994 ግሉክ እና ሌሎች. የማሞቂያ / የማቀዝቀዣ ክፍል የተፀነሰው አናሮቢሲቲ 20 ን ለመጠበቅ የተዘጉ አራት ማዕዘን ቅርጽ ያላቸው ካፒላሎች የሙቀት መጠንን የሚቆጣጠረው የፔልቲየር ሴል በመጠቀም ነው. መሳሪያው እስከ 100 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ባለው የሙቀት መጠን በ 2 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ / ሰከንድ ሊሞቅ ይችላል, ይህም ደራሲዎቹ የሃይፐር ቴርሞፊል ባክቴሪያ ቴርሞቶጋ maritima21 እንቅስቃሴን እንዲያጠኑ ያስችላቸዋል. በ 1999 ሆርን እና ሌሎች. የሕዋስ ክፍፍል/ግንኙነትን ለማጥናት ለንግድ ማይክሮስኮፕ ተስማሚ የሆኑ ሙቅ ካፊላሪዎችን በመጠቀም አሁንም ተመሳሳይ ተመሳሳይ መሣሪያ ተዘጋጅቷል። ከረዥም ጊዜ አንፃራዊ እንቅስቃሴ-አልባነት በኋላ ውጤታማ ኤችቲኤምኤስ ፍለጋ በ2012 ቀጠለ ፣በተለይ በሆርን እና ሌሎች የፈለሰፈውን መሳሪያ ከተጠቀመው ዊርዝ ቡድን ተከታታይ ወረቀቶች ጋር በተያያዘ። ከአስራ አምስት አመታት በፊት, ሃይፐርቴርሞፊልን ጨምሮ ከፍተኛ ቁጥር ያለው የአርኪዮሎጂ እንቅስቃሴ እስከ 100 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ በሚደርስ የሙቀት መጠን 23,24 የሚሞቁ ካፕላሪዎችን በመጠቀም ጥናት ተደርጓል. እንዲሁም ፈጣን ማሞቂያን ለማግኘት የመጀመሪያውን ማይክሮስኮፕ አሻሽለዋል (በተወሰነው የሙቀት መጠን ለመድረስ ከ 35 ደቂቃዎች ይልቅ ብዙ ደቂቃዎች) እና በመሃል ላይ ከ 2 ሴ.ሜ በላይ የሆነ የመስመራዊ የሙቀት ቅልጥፍና ማሳካት ችለዋል። ይህ የሙቀት ቅልጥፍና ቅርጽ መሳሪያ (TGFD) በባዮሎጂካል አግባብነት ባላቸው ርቀቶች 24, 25 ባለው የሙቀት ቅልጥፍና ውስጥ ያሉትን የብዙ ቴርሞፊሎችን ተንቀሳቃሽነት ለማጥናት ጥቅም ላይ ውሏል።
የቀጥታ ቴርሞፊሎችን ለመከታተል የተዘጉ ካፊላሪዎችን ማሞቅ ብቸኛው መንገድ አይደለም. በ 2012, ኩዋባራ እና ሌሎች. በቤት ውስጥ የሚጣሉ የፒሬክስ ክፍሎች ሙቀትን በሚቋቋም ማጣበቂያ (Super X2; Cemedine, Japan) የታሸጉ ናቸው. ናሙናዎቹ እስከ 110 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ድረስ ማሞቅ በሚችል ለገበያ በሚቀርብ ግልጽ የማሞቂያ ሳህን (ማይክሮ ሙቀት ፕሌት፣ ኪታዛቶ ኮርፖሬሽን፣ ጃፓን) ላይ ተቀምጠዋል፣ ነገር ግን በመጀመሪያ ለባዮሜጂንግ የታሰቡ አይደሉም። ደራሲዎቹ የአናይሮቢክ ቴርሞፊል ባክቴሪያን (ቴርሞሲፎ ግሎቢፎርማንስ ፣ እጥፍ ጊዜ 24 ደቂቃ) በ 65 ° ሴ ውጤታማ ክፍፍል ተመልክተዋል። በ 2020, Pulshen et al. የንግድ የብረት ምግቦችን (Attofluor TM, Thermofisher) ውጤታማ ሙቀት ሁለት የቤት ማሞቂያ ንጥረ ነገሮች በመጠቀም አሳይቷል: አንድ ክዳን እና ደረጃ (PCR ማሽን አነሳሽ ውቅር). ይህ ማህበር አንድ ወጥ የሆነ ፈሳሽ ሙቀትን ያመጣል እና በክዳኑ ግርጌ ላይ ያለውን ትነት እና እርጥበት ይከላከላል. የ O-ring አጠቃቀም ከአካባቢው ጋር የጋዝ ልውውጥን ያስወግዳል. ይህ ኤችቲኤም, Sulfoscope ተብሎ የሚጠራው, Sulfolobus acidocaldariusን በ 75 ° C27 ምስል ለማሳየት ጥቅም ላይ ውሏል.
የእነዚህ ሁሉ ስርዓቶች የታወቀ ገደብ የአየር አላማዎችን አጠቃቀም መገደብ ነው፣ ማንኛውም የዘይት መጥመቅ ለእንደዚህ አይነት ከፍተኛ ሙቀት እና በ>1-ሚሜ ውፍረት ባለው ግልጽ ናሙናዎች ለመሳል የማይመች ነው። የእነዚህ ሁሉ ስርዓቶች የታወቀ ገደብ የአየር አላማዎችን አጠቃቀም መገደብ ነው፣ ማንኛውም የዘይት መጥመቅ ለእንደዚህ አይነት ከፍተኛ ሙቀት እና በ>1-ሚሜ ውፍረት ባለው ግልጽ ናሙናዎች ለመሳል የማይመች ነው። Общепризнаныm ኔዶስታትኮም ቪሴ эtyh ሲስተም ባይሎ ኦገስትዬና ዊዝፖልዞቫኒ ቮዝዱሽን obsъektыv, е погружение скачать видео - ማንኛውም የዘይት መጥመቅ ለእንደዚህ ዓይነቱ ከፍተኛ ሙቀት እና ግልጽ በሆነ ናሙና> 1 ሚሜ ውፍረት ላለው እይታ ተስማሚ ስላልሆነ የእነዚህ ሁሉ ስርዓቶች የታወቀ ጉድለት የአየር ዓላማዎችን አጠቃቀም ውስንነት ነው።所有这些系统的一个公认限制是限制使用空气物镜，任何油浸都不认限制是限制使用空气物镜。厚的透明样品成像。 የእነዚህ ሁሉ ስርዓቶች የታወቀ ገደብ በአየር የተቀላቀለ መስታወት የመጠቀም ገደብ ነው, ምክንያቱም ማንኛውም የዘይት መጥመቅ ግልጽ የሆኑ ናሙናዎችን> 1 ሚሜ ውፍረት ባለው ከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ለመሳል ተስማሚ አይደለም. Общепризнаныm ኔዶስታትኮም ቪሴ эtyh system ያቪልሺያ ኦግራንቺንኖ ኢስፖሎዞቫኒ ቮዝዱሽን obъektы, скачать видео - видео - የእነዚህ ሁሉ ስርዓቶች የታወቀ መሰናክል የአየር ሌንሶች ውስን አጠቃቀም ነው ፣ ማንኛውም የዘይት መጥመቅ ለእንደዚህ ዓይነቱ ከፍተኛ የሙቀት መጠን እና ግልጽ በሆነ ናሙና> 1 ሚሜ ውፍረት ላለው እይታ ተስማሚ አይደለም።በቅርቡ፣ ይህ ገደብ በቻርለስ-ኦርዛግ እና ሌሎች ተነስቷል። 28 ፣ ከአሁን በኋላ በፍላጎት ስርዓት ዙሪያ ሙቀትን የማያቀርብ ፣ ይልቁንም ከውስጡ ሽፋን መስታወት ውስጥ ፣ ከ ITO (ኢንዲየም-ቲን ኦክሳይድ) በተሰራ ተከላካይ በተሸፈነ ቀጭን ግልጽ ሽፋን ያለው መሳሪያ የሠራ። ግልጽ በሆነው ንብርብር ውስጥ የኤሌክትሪክ ፍሰትን በማለፍ ክዳኑ እስከ 75 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ማሞቅ ይቻላል. ይሁን እንጂ ደራሲው ሌንሱን እንዳይጎዳው ግን ከ 65 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ያልበለጠ ሌንሱን ወደ አላማው ማሞቅ አለበት.
እነዚህ ሥራዎች የሚያሳዩት ብቃት ያለው ከፍተኛ ሙቀት ያለው የኦፕቲካል ማይክሮስኮፒን ማሳደግ በሰፊው ተቀባይነት አላገኘም ፣ ብዙውን ጊዜ በቤት ውስጥ የሚሠሩ መሣሪያዎችን ይፈልጋል ፣ እና ብዙውን ጊዜ በቦታ መፍታት ዋጋ ላይ ተገኝቷል ፣ ይህ ደግሞ ቴርሞፊል ረቂቅ ተሕዋስያን ከጥቂቶች የማይበልጡ በመሆናቸው ትልቅ ኪሳራ ነው ። ማይክሮሜትሮች. የሙቀት መጠኑ መቀነስ ሶስት የኤችቲኤም ችግሮችን ለመፍታት ቁልፍ ነው፡ ደካማ የቦታ መፍታት፣ ስርዓቱ ሲሞቅ ከፍተኛ የሙቀት መጠንና መነቃቃት እና በአካባቢው ያሉ ንጥረ ነገሮችን (ኢመርሽን ዘይት፣ ተጨባጭ መነፅር… ወይም የተጠቃሚ እጅ) በከባድ የሙቀት መጠን ማሞቅ። ).
በዚህ ጽሑፍ ውስጥ, በተከላካይ ማሞቂያ ላይ ያልተመሰረተ ኤችቲኤም ለቴርሞፊል ምልከታ እናስተዋውቃለን. በምትኩ፣ ብርሃን የሚስብ ንኡስ ክፍልን በሌዘር ጨረር በማውጣት በአጉሊ መነፅር እይታ መስክ በተወሰነ ክልል ውስጥ የአካባቢ ማሞቂያን አገኘን ። የሙቀት ስርጭቱ የሚታየው በቁጥር ደረጃ ማይክሮስኮፒ (QPM) በመጠቀም ነው። የዚህ ዘዴ ውጤታማነት በጂኦባሲለስ ስቴሮቴርሞፊለስ በ 65 ዲግሪ ሴንቲግሬድ አካባቢ የሚራባ እና አጭር እጥፍ ጊዜ ያለው (20 ደቂቃ ያህል) ያለው ተንቀሳቃሽ ቴርሞፊል ባክቴሪያ እና በ 80 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ (archaea) ላይ በጥሩ ሁኔታ የሚበቅል ሃይፐርቴርሞፊል በ Sulfolobus shibatae ተረጋግጧል። በምሳሌ ለማስረዳት። እንደ ሙቀት መጠን መደበኛ የማባዛት መጠን እና መዋኘት ተስተውሏል. ይህ ሌዘር ኤችቲኤም (LA-HTM) በሽፋኑ ውፍረት ወይም በዓላማው ተፈጥሮ (በአየር ወይም በዘይት መጥለቅ) የተገደበ አይደለም። ይህ በገበያ ላይ ያለ ማንኛውም ከፍተኛ ጥራት ያለው ሌንስ ጥቅም ላይ እንዲውል ያስችላል። በተጨማሪም በሙቀት መጨናነቅ ምክንያት በዝግታ ማሞቂያ አይሠቃይም (ፈጣን ማሞቂያ በሚሊሰከንድ ሚዛን) እና ለንግድ የሚገኙ ክፍሎችን ብቻ ይጠቀማል። ብቸኛው አዲስ የደህንነት ስጋቶች በመሳሪያው ውስጥ ኃይለኛ የሌዘር ጨረሮች (በተለምዶ እስከ 100 ሜጋ ዋት) እና ምናልባትም በአይኖች ውስጥ ከመኖራቸው ጋር የተያያዘ ነው, ይህም የመከላከያ መነጽር ያስፈልገዋል.
የLA-HTM መርህ በአጉሊ መነጽር እይታ መስክ ውስጥ ናሙናውን በአካባቢው ለማሞቅ ሌዘርን መጠቀም ነው (ምስል 1 ሀ). ይህንን ለማድረግ ናሙናው ብርሃን የሚስብ መሆን አለበት. ምክንያታዊ የሆነ የሌዘር ሃይል ለመጠቀም (ከ 100 ሜጋ ዋት ባነሰ) ብርሃንን በፈሳሽ ሚዲው በመሳብ ላይ አልተመካም ነገር ግን ሰው ሰራሽ በሆነ መንገድ የናሙናውን ንጥረ ነገር በወርቅ ናኖፓርቲሎች በመቀባት (ምስል 1 ሐ)። የወርቅ ናኖፓርቲሎችን በብርሃን ማሞቅ ለሙቀት ፕላዝማሞኒክስ መስክ መሠረታዊ ጠቀሜታ አለው፣ በባዮሜዲኪን ፣ ናኖኬሚስትሪ ወይም የፀሐይ ብርሃን መሰብሰብ 29,30,31 ይጠበቃል። ባለፉት ጥቂት አመታት፣ ይህንን LA-HTM በፊዚክስ፣ በኬሚስትሪ እና በባዮሎጂ ከሙቀት ፕላዝማ አፕሊኬሽኖች ጋር በተያያዙ በርካታ ጥናቶች ተጠቅመንበታል። ከፍተኛው የሙቀት መጠን በናሙናው ውስጥ ባለው ማይክሮሚል ክልል ውስጥ የተገደበ ስለሆነ የዚህ ዘዴ ዋናው ችግር የመጨረሻውን የሙቀት መገለጫ ማሳየት ነው. የሙቀት ካርታን በአራት-ሞገድ ርዝመት ተሻጋሪ ሸለተ ኢንተርፌሮሜትር ቀላል፣ ከፍተኛ ጥራት ያለው እና በጣም ስሜታዊ በሆነ የቁጥር ደረጃ ማይክሮስኮፒ ዘዴ በሁለት-ልኬት ዳይፍሬክሽን ግሬቲንግስ (በተጨማሪም መስቀል ግሬቲንግስ በመባልም ይታወቃል) ማሳካት እንደሚቻል አሳይተናል። 33,34,35,36. በተሻገረ የግራቲንግ ሞገድ ፊት ለፊት ማይክሮስኮፒ (ሲጂኤም) ላይ የተመሰረተው የዚህ የሙቀት ማይክሮስኮፒ ቴክኒክ አስተማማኝነት ባለፉት አስርት ዓመታት ውስጥ በታተሙ ደርዘን ወረቀቶች ታይቷል37,38,39,40,41,42,43.
ትይዩ የሌዘር ማሞቂያ, ቅርጽ እና የሙቀት ማይክሮስኮፕ መጫን እቅድ. b የናሙና ጂኦሜትሪ AttofluorTM ክፍል በወርቅ ናኖፓርቲሎች የተሸፈነ ሽፋን ያለው። ሐ ናሙናውን በቅርበት ይመልከቱ (ለመመዘን አይደለም)። d አንድ ወጥ የሆነ የሌዘር ጨረር መገለጫ እና (ሠ) በወርቅ ናኖፓርቲሎች ናሙና አውሮፕላን ላይ የተመሰለውን ተከታይ የሙቀት ስርጭትን ይወክላል። f በ (g) ላይ በሚታየው የውጤት የሙቀት ስርጭት መምሰል ላይ እንደሚታየው አንድ ወጥ የሆነ የሙቀት መጠን ለማመንጨት ተስማሚ የሆነ አመታዊ የሌዘር ጨረር መገለጫ ነው። የመጠን አሞሌ፡ 30µm
በተለይም፣ በቅርብ ጊዜ አጥቢ ህዋሶችን በLA-HTM እና CGM ማሞቅ እና በ37-42°C ክልል ውስጥ የሴሉላር ሙቀት ድንጋጤ ምላሾችን ተከታትለናል፣ይህ ዘዴ በነጠላ ህያው ሴል ኢሜጂንግ ላይ ተፈጻሚነት እንዳለው ያሳያል። ይሁን እንጂ የLA-HTM ን በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ረቂቅ ተሕዋስያንን ለማጥናት አሻሚ አይደለም, ምክንያቱም ከአጥቢ ​​እንስሳት ሴሎች ጋር ሲወዳደር የበለጠ ጥንቃቄ ስለሚያስፈልገው በመጀመሪያ, መካከለኛውን የታችኛው ክፍል በአስር ዲግሪ (ከጥቂት ዲግሪ ይልቅ) ማሞቅ. ወደ ጠንካራ አቀባዊ የሙቀት ቅልጥፍና. ፈሳሽ ኮንቬክሽን 44 ሊፈጥር ይችላል, ይህም ከመሬት በታች በጥብቅ ካልተጣበቀ, የማይፈለግ እንቅስቃሴን እና የባክቴሪያዎችን መቀላቀል ሊያስከትል ይችላል. የፈሳሹን ንብርብር ውፍረት በመቀነስ ይህ ኮንቬክሽን ሊወገድ ይችላል. ለዚሁ ዓላማ፣ ከዚህ በታች በቀረቡት ሁሉም ሙከራዎች፣ በግምት 15 µm ውፍረት ባለው በሁለት ሽፋኖች መካከል የባክቴሪያ እገዳዎች በብረት ስኒ ውስጥ ተቀምጠዋል (AttofluorTM፣ Thermofisher፣ Fig. 1b፣c)። በመርህ ደረጃ, የፈሳሹ ውፍረት ከማሞቂያ ሌዘር ጨረር መጠን ያነሰ ከሆነ ኮንቬክሽንን ማስወገድ ይቻላል. በሁለተኛ ደረጃ, እንደዚህ ባለ ውስን ጂኦሜትሪ ውስጥ መስራት የኤሮቢክ ህዋሳትን ማፈን ይችላል (ምስል S2 ይመልከቱ). ይህንን ችግር ለኦክሲጅን (ወይም ለሌላ ማንኛውም አስፈላጊ ጋዝ) የሚያልፍ ንጥረ ነገርን በመጠቀም ፣ የታሰሩ የአየር አረፋዎችን በሸፈኑ ውስጥ በመተው ወይም የላይኛው ሽፋን ላይ ቀዳዳዎችን በመቆፈር (ምስል S1 ይመልከቱ) 45 . በዚህ ጥናት ውስጥ, የመጨረሻውን መፍትሄ መርጠናል (ምስል 1 ለ እና S1). በመጨረሻም ሌዘር ማሞቂያ አንድ አይነት የሙቀት ስርጭት አይሰጥም. በጨረር ጨረር (ምስል 1 ዲ) ተመሳሳይ ጥንካሬ እንኳን, የሙቀት ስርጭቱ አንድ አይነት አይደለም, ነገር ግን በሙቀት ስርጭት ምክንያት የጋውሲያን ስርጭትን ይመስላል (ምስል 1e). ግቡ ባዮሎጂያዊ ሥርዓቶችን ለማጥናት በእይታ መስክ ውስጥ ትክክለኛ የሙቀት መጠኖችን ማቋቋም ሲቻል ፣ ያልተስተካከሉ መገለጫዎች ተስማሚ አይደሉም እና እንዲሁም ወደ substrate የማይጣበቁ ከሆነ የባክቴሪያ ቴርሞፎረቲክ እንቅስቃሴን ሊያመጣ ይችላል (ምስል S3 ፣ S4 ይመልከቱ)39። ለዚህም የኢንፍራሬድ ሌዘር ጨረሩን እንደ ቀለበት ቅርፅ (ምስል 1 ረ) በናሙና አውሮፕላን ለመቅረጽ የቦታ ብርሃን ሞዱላተር (SLM) ተጠቀምን በተሰጠው ጂኦሜትሪክ አካባቢ ውስጥ ፍጹም ወጥ የሆነ የሙቀት መጠን እንዲኖር ማድረግ። ምንም እንኳን የሙቀት ስርጭት ቢኖርም (ምስል 1 መ) 39, 42, 46. መካከለኛውን ትነት ለማስቀረት እና ቢያንስ ለተወሰኑ ቀናት በብረት ሳህን ላይ የላይኛው ሽፋን ያስቀምጡ (ምስል 1 ለ). ይህ የላይኛው ሽፋን ስላልታሸገ, አስፈላጊ ከሆነ ተጨማሪ መካከለኛ በቀላሉ በማንኛውም ጊዜ ሊጨመር ይችላል.
LA-HTM እንዴት እንደሚሰራ ለማሳየት እና በቴርሞፊል ምርምር ላይ ተግባራዊነቱን ለማሳየት፣ ከ60-65°C አካባቢ ከፍተኛ የእድገት ሙቀት ያላቸውን ኤሮቢክ ባክቴሪያ Geobacillus stearothermophilus አጥንተናል። ባክቴሪያው እንዲሁ ፍላጀላ እና የመዋኘት ችሎታ ስላለው መደበኛ ሴሉላር እንቅስቃሴን ሌላ አመልካች ይሰጣል።
ናሙናዎች (ምስል 1 ለ) በ 60 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ውስጥ ለአንድ ሰዓት ያህል ቀድመው ተተክለዋል ከዚያም በLA-HTM ናሙና መያዣ ውስጥ ይቀመጣሉ. ይህ ቅድመ-መታቀፉ እንደ አማራጭ ነው፣ ግን አሁንም ጠቃሚ ነው፣ በሁለት ምክንያቶች በመጀመሪያ፣ ሌዘር ሲበራ፣ ሴሎቹ ወዲያውኑ እንዲያድጉ እና እንዲከፋፈሉ ያደርጋል (ፊልሙን M1 በተጨማሪ ዕቃዎች ይመልከቱ)። ያለ ቅድመ-መታቀፉ፣ አዲስ የእይታ ቦታ በናሙናው ላይ በሚሞቅበት በእያንዳንዱ ጊዜ የባክቴሪያ እድገት በ40 ደቂቃ ያህል ይዘገያል። ሁለተኛ፣ የ1 ሰአት ቅድመ-መታቀፉ ባክቴሪያውን ከሽፋን ጋር በማጣበቅ ህዋሶች ሌዘር ሲበራ በቴርሞፎረሲስ ምክንያት ከእይታ መስክ እንዳይወጡ አግዟል (ፊልም M2 በተጨማሪ እቃዎች ይመልከቱ)። ቴርሞፎረሲስ በሙቀት ቅልመት ላይ ያሉ ቅንጣቶች ወይም ሞለኪውሎች እንቅስቃሴ ነው፣ ብዙ ጊዜ ከሙቅ ወደ ቅዝቃዜ፣ እና ባክቴሪያዎች ከ43,47 በስተቀር። የሌዘር ጨረርን ለመቅረጽ እና ጠፍጣፋ የሙቀት ስርጭትን ለማግኘት SLM በመጠቀም ይህ የማይፈለግ ውጤት በተወሰነ ቦታ ላይ ይወገዳል.
በለስ ላይ. ምስል 2 በሲጂኤም የሚለካውን የሙቀት መጠን ስርጭት በወርቅ ናኖፓርቲሎች የተሸፈነውን የብርጭቆ ንጣፍ ከዓመታዊ ሌዘር ጨረር ጋር በማጣራት የተገኘውን የሙቀት መጠን ያሳያል (ምስል 1 ረ)። በሌዘር ጨረር በተሸፈነው አካባቢ በሙሉ ጠፍጣፋ የሙቀት ስርጭት ታይቷል። ይህ ዞን ወደ 65 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ተዘጋጅቷል, በጣም ጥሩው የእድገት ሙቀት. ከዚህ ክልል ውጭ፣ የሙቀት መጠኑ በተፈጥሮው ወደ \(1/r\) ይወርዳል ((r\) ራዲያል መጋጠሚያ በሆነበት)።
ክብ በሆነ ቦታ ላይ ጠፍጣፋ የሙቀት መጠን ለማግኘት የወርቅ ናኖፓርቲሎች ንብርብርን ለማንፀባረቅ በ anular laser beam በመጠቀም የተገኘ CGM መለኪያዎች የሙቀት ካርታ። ለ የሙቀት ካርታ (a) Isotherm. የሌዘር ጨረሩ ኮንቱር በግራጫ ነጠብጣብ ክብ ነው የሚወከለው። ሙከራው ሁለት ጊዜ ተደግሟል (ተጨማሪ እቃዎች፣ ምስል S4 ይመልከቱ)።
LA-HTM በመጠቀም የባክቴሪያ ህዋሶች አዋጭነት ለብዙ ሰዓታት ክትትል ተደርጓል። በለስ ላይ. 3 ከ3 ሰዓት ከ20 ደቂቃ ፊልም (ፊልም M3፣ ተጨማሪ መረጃ) ለተነሱት አራት ምስሎች ያለውን የጊዜ ክፍተት ያሳያል። የሙቀት መጠኑ በጣም ጥሩ በሆነበት በሌዘር በተገለፀው ክብ አካባቢ ውስጥ ባክቴሪያዎች በንቃት ሲባዙ ተስተውለዋል, ወደ 65 ° ሴ. በተቃራኒው የሙቀት መጠኑ ከ 50 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በታች ለ 10 ሰከንድ ሲቀንስ የሕዋስ እድገት በከፍተኛ ሁኔታ ቀንሷል.
በተለያዩ ጊዜያት ከጨረር ማሞቂያ በኋላ የሚበቅሉ የጂ ስቴሮተርሞፊል ባክቴሪያ የእይታ ጥልቀት ምስሎች (ሀ) t = 0 ደቂቃ፣ (ለ) 1 ሰ 10 ደቂቃ፣ (ሐ) 2 ሰ 20 ደቂቃ፣ (መ) 3 ሰ 20 ደቂቃ፣ ከ 200 ከአንድ ደቂቃ ፊልም የተወሰደ (M3 ፊልም በማሟያ መረጃ የቀረበ) በሚዛመደው የሙቀት ካርታ ላይ ተጭኖ። ሌዘር በሰዓቱ ይበራል \(t=0\)። Isotherms ወደ ጥንካሬ ምስል ተጨምሯል.
የሕዋስ እድገትን እና በሙቀት ላይ ያለውን ጥገኝነት የበለጠ ለመለካት በፊልም M3 እይታ መስክ (ምስል 4) ውስጥ የተለያዩ ቅኝ ግዛቶች የባዮማስ መጨመርን ለካን። ሚኒ ቅኝ ግዛት (mCFU) ምስረታ መጀመሪያ ላይ የተመረጡት የወላጅ ባክቴሪያዎች በስእል S6 ይታያሉ። የደረቁ የጅምላ መለኪያዎች የሙቀት ስርጭቱን ለመለካት በ CGM 48 ካሜራ ተወስደዋል። የ CGM ደረቅ ክብደት እና የሙቀት መጠንን የመለካት ችሎታ የLA-HTM ጥንካሬ ነው. እንደተጠበቀው, ከፍተኛ ሙቀት ፈጣን የባክቴሪያ እድገትን አስከትሏል (ምስል 4 ሀ). በስእል 4ለ ከፊል ሎግ ሴራ ላይ እንደሚታየው በሁሉም ሙቀቶች ላይ ያለው እድገት ገላጭ እድገትን ይከተላል፣ መረጃው አርቢ ተግባር \(m={m}_{0}{10}^{t/\ tau}+) ይጠቀማል። {{ \mbox{cst}}}\) ፣ \(\tau {{{{\rm{log}}}}}2\) - የትውልድ ጊዜ (ወይም እጥፍ ጊዜ) ፣ \( g =1/ \tau\) - የእድገት መጠን (በአንድ ክፍለ ጊዜ የክፍሎች ብዛት). በለስ ላይ. 4c እንደ የሙቀት መጠን የየራሳቸውን የእድገት መጠን እና የትውልድ ጊዜን ያሳያል። በፍጥነት በማደግ ላይ ያሉ mCFUs ከሁለት ሰአት በኋላ በእድገት ሙሌት ይታወቃሉ፣ ይህም በከፍተኛ የባክቴሪያ እፍጋት ምክንያት የሚጠበቀው ባህሪ (በጥንታዊ ፈሳሽ ባህሎች ውስጥ ካለው የማይንቀሳቀስ ደረጃ ጋር ተመሳሳይ)። አጠቃላይ ቅርፅ \(g\ግራ(ቲ\ቀኝ)\)(ምስል 4c) ከሚጠበቀው ባለ ሁለት-ደረጃ ከርቭ G. stearothermophilus ጋር ይዛመዳል ከ60-65°C አካባቢ ጥሩ የእድገት መጠን። \(\ግራ({{G}_{0}{;\;T}}_{{\min }}፤{T}_{{opt} }) ካርዲናል ሞዴልን በመጠቀም ውሂቡን አዛምድ (ምስል S5)49 ;{T}_{{\max}}\ቀኝ ምንም እንኳን የሙቀት-ጥገኛ መለኪያዎች ሊባዙ የሚችሉ ቢሆኑም፣ ከፍተኛው የ \({G}_{0}\) የእድገት መጠን ከአንድ ሙከራ ወደ ሌላ ሊለያይ ይችላል (ሥዕሎችን S7-S9 እና ፊልም M4 ይመልከቱ)። ከሙቀት መግጠሚያ መለኪያዎች በተቃራኒ, ሁለንተናዊ መሆን አለበት, ከፍተኛው የዕድገት መጠን በሚታየው ጥቃቅን ጂኦሜትሪ ውስጥ በመካከለኛው (የአመጋገብ ንጥረ ነገሮች መገኘት, የኦክስጂን ክምችት) ባህሪያት ይወሰናል.
በተለያዩ የሙቀት መጠኖች ውስጥ የማይክሮቦች እድገት። mCFU፡ ትንሹ የቅኝ ግዛት መሥሪያ ክፍሎች። በሙቀት ቅልመት (ፊልም M3) ውስጥ የሚበቅል ነጠላ ባክቴሪያ ከቪዲዮ የተገኘ መረጃ። ለ (ሀ) ተመሳሳይ፣ ከፊል-ሎጋሪዝም ሚዛን። c የእድገት መጠን \(\tau \) እና የትውልድ ጊዜ \(g \) ከመስመር ሪግሬሽን (b) ይሰላል። አግድም የስህተት አሞሌዎች፡ በዕድገት ወቅት mCFUs ወደ እይታ መስክ የተስፋፉበት የሙቀት መጠን። አቀባዊ የስህተት አሞሌዎች፡ የመስመራዊ መመለሻ መደበኛ ስህተት።
ከመደበኛ እድገት በተጨማሪ አንዳንድ ባክቴሪያዎች በሌዘር ማሞቂያ ወቅት ወደ እይታ ይንሳፈፋሉ, ይህም ባንዲራ ላለባቸው ባክቴሪያዎች የሚጠበቀው ባህሪ ነው. ተጨማሪ መረጃ ላይ ያለው ፊልም M5 እንደዚህ አይነት የመዋኛ እንቅስቃሴዎችን ያሳያል። በዚህ ሙከራ ውስጥ፣ በስእል 1d፣ e እና S3 ላይ እንደሚታየው የሙቀት ቅልጥፍናን ለመፍጠር ወጥ የሆነ የሌዘር ጨረር ጥቅም ላይ ውሏል። ምስል 5 ከኤም 5 ፊልም የተመረጡ ሁለት የምስል ቅደም ተከተሎችን ያሳያል አንድ ባክቴሪያ የአቅጣጫ እንቅስቃሴን ሲያሳዩ ሁሉም ሌሎች ባክቴሪያዎች እንቅስቃሴ አልባ ሆነው ይቆያሉ።
ሁለቱ የጊዜ ክፈፎች (ሀ) እና (ለ) በነጥብ ክበቦች ምልክት የተደረገባቸውን ሁለት የተለያዩ ባክቴሪያዎች መዋኘት ያሳያሉ። ምስሎቹ የተወሰዱት ከM5 ፊልም ነው (እንደ ተጨማሪ ቁሳቁስ የቀረበ)።
በ G. stearothermophilus ውስጥ የባክቴሪያዎች ንቁ እንቅስቃሴ (ምስል 5) የሌዘር ጨረር ከተከፈተ ከጥቂት ሰከንዶች በኋላ ተጀመረ. ይህ ምልከታ ይህ ቴርሞፊል ረቂቅ ተሕዋስያን ለሙቀት መጨመር የሚሰጠውን ጊዜያዊ ምላሽ ያጎላል, ቀደም ሲል በሞራ et al. 24 . የባክቴሪያ እንቅስቃሴ እና ቴርሞታክሲስ ርዕሰ ጉዳይ LA-HTMን በመጠቀም የበለጠ መመርመር ይቻላል።
የማይክሮባይል ዋና ከሌሎች የአካላዊ እንቅስቃሴ ዓይነቶች ጋር መምታታት የለበትም፣ እነሱም (i) ብራውንያን እንቅስቃሴ፣ ይህም ግልጽ ያልሆነ አቅጣጫ ያለው የሚመስለው ምስቅልቅል እንቅስቃሴ፣ (ii) ኮንቬክሽን 50 እና ቴርሞፎረሲስ 43፣ ከሙቀት ጋር በመደበኛነት የመንቀሳቀስ እንቅስቃሴን ያካትታል። ቀስ በቀስ.
G. stearothermophilus እንደ መከላከያ ለአሉታዊ የአካባቢ ሁኔታዎች ሲጋለጥ በጣም የሚቋቋሙ ስፖሮች (ስፖሬሽን) በመፍጠር ይታወቃል. የአካባቢ ሁኔታዎች እንደገና ተስማሚ ሲሆኑ, ስፖሮች ይበቅላሉ, ህይወት ያላቸው ሴሎችን ይፈጥራሉ እና እንደገና ያድጋሉ. ምንም እንኳን ይህ የመብቀል / የመብቀል ሂደት በጣም የታወቀ ቢሆንም, በእውነተኛ ጊዜ ታይቶ አያውቅም. LA-HTM ን በመጠቀም፣ እዚህ በጂ. ስቴሮቴርሞፊል ውስጥ የመብቀል ክስተቶችን የመጀመሪያ ምልከታ ሪፖርት እናደርጋለን።
በለስ ላይ. 6a የ CGM ስብስብ 13 ስፖሮች በመጠቀም የተገኙ የጨረር ጥልቀት (OT) ጊዜ ያለፈባቸው ምስሎችን ያሳያል። ለጠቅላላው የመሰብሰቢያ ጊዜ (15 ሰ 6 ደቂቃ, \ (t = 0 \) - የሌዘር ማሞቂያ መጀመሪያ), 4 ከ 13 ስፖሮች ይበቅላሉ, በተከታታይ ጊዜያት \ (t = 2 \) h, \ ( 3 \ ). ) h \(10 \)'፣ \(9\) h \(40\)' እና \(11\) h \(30\)'። ምንም እንኳን ከእነዚህ ክስተቶች ውስጥ አንዱ ብቻ በስእል 6 ቢታይም 4 የመብቀል ክስተቶች በ M6 ፊልም ተጨማሪ ዕቃዎች ውስጥ ሊታዩ ይችላሉ. የሚገርመው, ማብቀል በዘፈቀደ ነው የሚመስለው: በአካባቢ ሁኔታዎች ላይ ተመሳሳይ ለውጦች ቢኖሩም, ሁሉም ስፖሮች አይበቅሉም እና በአንድ ጊዜ አይበቅሉም.
8 የብኪ ምስሎች (ዘይት መጥለቅ፣ 60x፣ 1.25 ኤንኤ ዓላማ) እና (ለ) የጂ ስቴሮቴርሞፊለስ ድምርን ባዮማስ ዝግመተ ለውጥን ያካተተ የጊዜ ማለፊያ። ሐ (ለ) የዕድገት ፍጥነቱን መስመራዊነት ለማጉላት በግማሽ ሎግ ሚዛን (የተሰበረ መስመር)።
በለስ ላይ. 6b,c በጠቅላላው የመረጃ አሰባሰብ ጊዜ ውስጥ በጊዜ ሂደት የሕዋስ ህዝቦችን ባዮማስ በእይታ መስክ ያሳያል. በ \(t=5\) h ላይ የሚታየው ደረቅ የጅምላ ፈጣን መበስበስ የበለስ. 6b, c, አንዳንድ ሕዋሳት ከእይታ መስክ በመውጣታቸው ምክንያት. የእነዚህ አራት ክስተቶች የእድገት መጠን \(0.77\pm 0.1 \) h-1 ነው። ይህ እሴት ከስእል 3. 3 እና 4 ጋር ከተገናኘው የእድገት መጠን ከፍ ያለ ነው, ሴሎች በመደበኛነት ያድጋሉ. ከስፖሬስ የጂ ስቴሮቴርሞፊለስ የእድገት መጠን መጨመር ምክንያቱ ግልጽ አይደለም, ነገር ግን እነዚህ መለኪያዎች የ LA-HTM ፍላጎትን ያጎላሉ እና በነጠላ ሕዋስ ደረጃ (ወይም በአንድ mCFU ደረጃ) ስለ ሴል ህይወት ተለዋዋጭነት የበለጠ ለማወቅ ይሠራሉ. .
የLA-HTMን ሁለገብነት እና በከፍተኛ ሙቀቶች ውስጥ ያለውን አፈጻጸም የበለጠ ለማሳየት የሱልፎሎቡስ ሺባታኤ እድገትን መርምረናል። ከጂ ስቴሮቴርሞፊለስ ጋር ሲነጻጸሩ፣ እነዚህ አርኬያ እንዲሁ 1 ማይክሮን ሉል (cocci) የሚመስሉ በጣም የተለያየ ቅርጽ አላቸው።
ምስል 7a CGM ን በመጠቀም የተገኘውን የኤስ shibatae mCFU ተከታታይ የኦፕቲካል ጥልቀት ምስሎችን ያቀፈ ነው (በተጨማሪ ዕቃዎች ውስጥ የM7 ባህሪ ፊልም ይመልከቱ)። ይህ mCFU በ 73 ዲግሪ ሴንቲግሬድ አካባቢ, ከከፍተኛው ከ 80 ዲግሪ ሴንቲግሬድ የሙቀት መጠን በታች, ነገር ግን በንቃት እድገት ውስጥ ባለው የሙቀት መጠን ውስጥ ያድጋል. ኤምሲኤፍዩዎች ከጥቂት ሰአታት በኋላ እንደ ማይክሮግራፍ ኦፍ አርኬያ የሚመስሉ በርካታ የፊስሽን ክስተቶችን ተመልክተናል። ከእነዚህ የብኪ ምስሎች፣ mCFU biomass በጊዜ ሂደት ተለካ እና በስእል 7b ቀርቧል። የሚገርመው፣ S. shibatae mCFUs በG.stearothermophilus mCFUs ከሚታየው የሰፋፊ ዕድገት ይልቅ ቀጥተኛ እድገት አሳይተዋል። የረጅም ጊዜ ውይይት ተደርጓል 52 ስለ የሕዋስ እድገት ደረጃዎች ተፈጥሮ አንዳንድ ጥናቶች ማይክሮቦች በመጠን መጠናቸው የተመጣጠነ እድገትን ሲዘግቡ ሌሎች ደግሞ የማያቋርጥ ፍጥነት (መስመራዊ ወይም ባለ ሁለትዮሽ እድገት) ያሳያሉ። በTzur et al.53 እንደተብራራው፣ ገላጭ እና (ቢ) መስመራዊ እድገትን መለየት የባዮማስ መለኪያዎችን የ<6% ትክክለኛነትን ይጠይቃል፣ይህም ለአብዛኛዎቹ QPM ቴክኒኮች ተደራሽነት የለውም፣ ኢንተርፌሮሜትሪም ጭምር። በTzur et al.53 እንደተብራራው፣ ገላጭ እና (ቢ) መስመራዊ እድገትን መለየት የባዮማስ መለኪያዎችን የ<6% ትክክለኛነትን ይጠይቃል፣ይህም ለአብዛኛዎቹ QPM ቴክኒኮች ተደራሽነት የለውም፣ ኢንተርፌሮሜትሪም ጭምር። Каk obъyasnyሊ ዩር እና ደር.53 ፣ ራዝሊችነ ኢክስፖንሲልኖጎ እና (ቢ) ሊንኖ ሮስታ ትሬቢት ቶሲን ፣ остижимо для большинства методов QPM, даже сиспользованием интерферометрии. Zur et al.53 እንዳብራራው፣ ገላጭ እና (ቢ) መስመራዊ እድገትን መለየት በባዮማስ ልኬቶች ውስጥ <6% ትክክለኛነትን ይጠይቃል፣ይህም ለአብዛኛዎቹ QPM ዘዴዎች ኢንተርፌሮሜትሪ እንኳን ሳይቀር ሊደረስበት የማይችል ነው።ዙር እና ሌሎች እንዳብራሩት. 53, በገለፃ እና (ቢ) መስመራዊ እድገት መካከል ያለውን ልዩነት በባዮማስ መለኪያዎች ውስጥ ከ6% ያነሰ ትክክለኛነትን ይፈልጋል፣ ይህም ለአብዛኛዎቹ QPM ዘዴዎች ኢንተርፌሮሜትሪ ጥቅም ላይ በሚውልበት ጊዜም እንኳን ሊደረስበት የማይችል ነው። CGM ይህንን ትክክለኛነት በንዑስ ገጽ ትክክለኛነት በባዮማስ ልኬቶች36,48 ያሳካል።
6 የብኪ ምስሎች (ዘይት መጥለቅ፣ 60x፣ ኤንኤ ዓላማ 1.25) እና (ለ) ማይክሮ-CFU ባዮማስ ዝግመተ ለውጥን ከሲጂኤም ጋር ያቀፈ የጊዜ ማለፊያ። ለበለጠ መረጃ ፊልም M7 ይመልከቱ።
የኤስ ሺባታይ ፍጹም ቀጥተኛ እድገት ያልተጠበቀ ነበር እና እስካሁን ሪፖርት አልተደረገም። ነገር ግን፣ ገላጭ እድገት ይጠበቃል፣ ቢያንስ በጊዜ ሂደት፣ በርካታ የ2፣ 4፣ 8፣ 16… ህዋሶች መከሰት አለባቸው። የሴል እድገታቸው እየቀነሰ እንደሚሄድ እና የሕዋስ እፍጋት በጣም ከፍተኛ በሚሆንበት ጊዜ ውሎ አድሮ ወደ እንቅልፍ ደረጃ እንደሚደርስ ሁሉ የመስመራዊ እድገት በጥቅጥቅ ሕዋስ ማሸግ ምክንያት በሴሎች መከልከል ምክንያት ሊሆን እንደሚችል ገምተናል።
እኛ በተራው የሚከተሉትን አምስት የፍላጎት ነጥቦችን በመወያየት እንጨርሳለን-የሙቀት መጠንን መቀነስ ፣የሙቀት-inertia መቀነስ ፣የወርቅ ናኖፓርቲሎች ፍላጎት ፣የቁጥራዊ ደረጃ ማይክሮስኮፒ ፍላጎት እና LA-HTM ጥቅም ላይ ሊውል የሚችል የሙቀት መጠን።
ከተከላካይ ማሞቂያ ጋር ሲነፃፀር ለኤችቲኤም ልማት የሚውለው የሌዘር ማሞቂያ ብዙ ጥቅሞችን ይሰጣል ፣ በዚህ ጥናት ውስጥ እናሳያለን። በተለይም በአጉሊ መነጽር እይታ ውስጥ በፈሳሽ ሚዲያዎች ውስጥ, የሙቀት መጠኑ በጥቂት (10 μm) 3 ጥራዞች ውስጥ ይቀመጣል. በዚህ መንገድ, የተመለከቱት ማይክሮቦች ብቻ ንቁ ናቸው, ሌሎች ባክቴሪያዎች ተኝተው እና ናሙናውን የበለጠ ለማጥናት ጥቅም ላይ ሊውሉ ይችላሉ - አዲስ የሙቀት መጠን መፈተሽ በሚያስፈልግበት ጊዜ ሁሉ ናሙናውን መለወጥ አያስፈልግም. በተጨማሪም ማይክሮሚል ማሞቂያ ከፍተኛ መጠን ያለው የሙቀት መጠንን በቀጥታ ለመመርመር ያስችላል: ምስል 4c የተገኘው ከ 3-ሰዓት ፊልም (ፊልም M3) ሲሆን ይህም አብዛኛውን ጊዜ በርካታ ናሙናዎችን ማዘጋጀት እና መመርመርን ይጠይቃል - በጥናት ላይ ላለው ለእያንዳንዱ ናሙና. y በሙከራው ውስጥ ያሉትን የቀኖች ብዛት የሚወክል የሙቀት መጠን ነው። የሚሞቀውን መጠን መቀነስ እንዲሁ በዙሪያው ያሉትን የማይክሮስኮፕ ኦፕቲካል ክፍሎች በተለይም የዕውነታው መነፅርን በክፍል ሙቀት ውስጥ እንዲቆይ ያደርገዋል፣ይህም እስካሁን በህብረተሰቡ ዘንድ ትልቅ ችግር ሆኖ ቆይቷል። LA-HTM በማንኛውም ሌንስ ጥቅም ላይ ሊውል ይችላል፣ የዘይት መነፅር ሌንሶችን ጨምሮ፣ እና በእይታ መስክ ከፍተኛ የሙቀት መጠን ቢኖረውም በክፍል ሙቀት ውስጥ ይቆያል። በዚህ ጥናት ውስጥ የምንዘግበው የሌዘር ማሞቂያ ዘዴ ዋናው ገደብ የማይጣበቁ ወይም የማይንሳፈፉ ሴሎች ከእይታ መስክ የራቁ እና ለማጥናት አስቸጋሪ ሊሆኑ ይችላሉ. መፍትሄው ከጥቂት መቶ ማይክሮን በላይ የሆነ ትልቅ የሙቀት መጠን ለመጨመር ዝቅተኛ የማጉያ ሌንሶችን መጠቀም ሊሆን ይችላል። ይህ ጥንቃቄ የቦታ መፍታት ከመቀነሱ ጋር አብሮ ይመጣል, ነገር ግን ግቡ ረቂቅ ተሕዋስያን እንቅስቃሴን ለማጥናት ከሆነ, ከፍተኛ የቦታ መፍታት አያስፈልግም.
ስርዓቱን ለማሞቅ (እና ለማቀዝቀዝ) የጊዜ መለኪያ \({{{{\rm{\tau}}}}}}}_{{{\mbox{D}}}}\) እንደ መጠኑ ይወሰናል። በህጉ መሰረት \({{({\rm{\tau}}}}}}_{{\mbox{D}}}={L}^{2}/D\)፣ የት \ (L \) የሙቀት ምንጭ የባህሪ መጠን ነው (በእኛ ጥናት ውስጥ ያለው የሌዘር ጨረር ዲያሜትር \(L \ ገደማ 100 \) μm ነው) ፣ \ (D \) የአካባቢ ሙቀት ስርጭት ነው (በእኛ አማካይ መያዣ, ብርጭቆ እና የውሃ ስርጭት መጠን \ (D \ ገደማ 2 \ እጥፍ {10}^{-7}\) m2/s). የሙቀት ለውጥ ሊጠበቅ ይችላል።
ያቀረብነው ዘዴ ለማንኛውም ብርሃን-የሚስብ ንኡስ ክፍል (ለምሳሌ፣ የንግድ ናሙናዎች ከ ITO ሽፋን) ጋር ተፈጻሚ ይሆናል። ይሁን እንጂ, የወርቅ nanoparticles ወደ ኢንፍራሬድ ውስጥ ከፍተኛ ለመምጥ እና በሚታይ ክልል ውስጥ ዝቅተኛ ለመምጥ ማቅረብ ይችላሉ, የኋለኛው ባህርያት በተለይ ፍሎረሰንት በመጠቀም ጊዜ የሚታይ ክልል ውስጥ ውጤታማ የጨረር ምልከታ ፍላጎት ናቸው. በተጨማሪም ወርቅ ባዮኬሚካላዊ ነው፣ በኬሚካል የማይሰራ፣ የጨረር ጥግግት ከ530 nm ወደ ኢንፍራሬድ ቅርብ ሊስተካከል ይችላል፣ እና የናሙና ዝግጅት ቀላል እና ኢኮኖሚያዊ29 ነው።
Transverse grating wavefront ማይክሮስኮፒ (ሲጂኤም) በማይክሮስኬል ላይ የሙቀት ካርታን ብቻ ሳይሆን የባዮማስ ቁጥጥርንም ያስችላል፣ ይህም በተለይ ከLA-HTM ጋር በማጣመር ጠቃሚ ያደርገዋል (አስፈላጊ ካልሆነ)። ባለፉት አስርት ዓመታት ውስጥ, ሌሎች የሙቀት ማይክሮስኮፕ ዘዴዎች በተለይም በባዮኢሜጂንግ መስክ ተዘጋጅተዋል, እና አብዛኛዎቹ የሙቀት-ተለዋዋጭ የፍሎረሰንት መመርመሪያዎችን መጠቀም ይፈልጋሉ54,55. ይሁን እንጂ እነዚህ ዘዴዎች ተችተዋል እና አንዳንድ ሪፖርቶች በሴሎች ውስጥ ከእውነታው የራቁ የሙቀት ለውጦችን ይለካሉ, ምናልባትም ፍሎረሰንት ከሙቀት በስተቀር በብዙ ነገሮች ላይ የተመሰረተ ነው. በተጨማሪም, አብዛኛው የፍሎረሰንት መመርመሪያዎች በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ያልተረጋጉ ናቸው. ስለዚህ, QPM እና በተለይም CGM በከፍተኛ ሙቀት ውስጥ ህይወትን በኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ በመጠቀም ለማጥናት ተስማሚ የሙቀት ማይክሮስኮፕ ዘዴን ይወክላሉ.
በ 80 ዲግሪ ሴንቲግሬድ ውስጥ በጥሩ ሁኔታ የሚኖሩት የኤስ ሺባታይ ጥናቶች እንደሚያሳዩት LA-HTM ቀላል ቴርሞፊሎችን ብቻ ሳይሆን hyperthermophilesን ለማጥናት ሊተገበር ይችላል። በመርህ ደረጃ LA-HTMን በመጠቀም የሚደርሰው የሙቀት መጠን ገደብ የለውም ከ100 ዲግሪ ሴንቲግሬድ በላይ የሆነ የሙቀት መጠን እንኳን ሳይፈላ በከባቢ አየር ግፊት ሊደርስ ይችላል 38 ቡድናችን በሃይድሮተርማል ኬሚስትሪ አፕሊኬሽኖች በከባቢ አየር ግፊት ሀ. ሌዘር የወርቅ ናኖፓርተሎችን 40 በተመሳሳይ መንገድ ለማሞቅ ያገለግላል። ስለዚህ፣ LA-HTM ከዚህ ቀደም ታይቶ የማይታወቅ ሃይፐርቴርሞፊሎችን ከመደበኛ ከፍተኛ ጥራት ያለው ኦፕቲካል ማይክሮስኮፒ ጋር በመደበኛ ሁኔታዎች (ማለትም በከባቢያዊ ጭንቀት) ለመመልከት የመጠቀም እድል አለው።
ሁሉም ሙከራዎች የተከናወኑት በቤት ውስጥ ማይክሮስኮፕ በመጠቀም ነው፣የኮህለር አብርሆትን (ከኤልኢዲ፣ M625L3፣ Thorlabs፣ 700mW)፣ በእጅ xy እንቅስቃሴ ያለው ናሙና ያዥ፣ አላማዎች (ኦሊምፐስ፣ 60x፣ 0.7 NA፣ አየር፣ LUCPlanFLN60X ወይም 60x፣ 1.25 NA , UPLFLN60XOI)፣ CGM ካሜራ (QLSI መስቀል ግሬቲንግ፣ 39 µm pitch፣ 0.87 ሚሜ ከ Andor Zyla ካሜራ ዳሳሽ) ጥንካሬን እና የሞገድ ፊት ምስልን ለማቅረብ፣ እና sCMOS ካሜራ (ORCA Flash 4.0 V3፣ 16-bit mode፣ from Hamamatsu) በስእል 5 (በባክቴሪያ መዋኘት) ላይ የሚታየው መረጃ. የዲክሮክ ጨረር መሰንጠቂያው 749 nm BrightLine ጠርዝ ነው (ሴምሮክ፣ ኤፍኤፍ749-SDi01)። በካሜራው ፊት ያለው ማጣሪያ 694 አጭር ማለፊያ ማጣሪያ (FF02-694/SP-25, Semrock) ነው. ቲታኒየም ሰንፔር ሌዘር (Laser Verdi G10፣ 532 nm፣ 10 W፣ Pumped Sunami Laser Cavity፣ Spectra-Physics በስእል 2-5፣ በይበልጥ በሚሌኒያ ሌዘር ተተካ፣ Spectraphysics 10 W፣ ፓምፕ የተደረገ ሚራ ሌዘር ዋሻ፣ ኮኸረንት፣ ለሥዕል 2 -5)። 6 እና 7) ወደ ሞገድ ርዝመት ተቀናብረዋል \({{({\rm{\lambda}}}}}=800\) nm፣ይህም ከወርቅ ናኖፓርቲሎች የፕላዝማን ድምጽ ማጉያ ስፔክትረም ጋር ይዛመዳል።የቦታ ብርሃን ሞጁሎች (1920 ×) 1152 ፒክስሎች) የተገዙት ከሜዳውላርክ ኦፕቲክስ ነው።
ክሮስ ግሬቲንግ ሞገድ ፊት ለፊት ማይክሮስኮፒ (ሲጂኤም) ከተለመደው የካሜራ ዳሳሽ በአንድ ሚሊሜትር ርቀት ላይ ባለ ሁለት አቅጣጫዊ ዲፍራክሽን ግሪንግ (በተጨማሪም መስቀል ግሬቲንግ በመባልም ይታወቃል) በማጣመር ላይ የተመሰረተ የጨረር ማይክሮስኮፒ ዘዴ ነው። በዚህ ጥናት ውስጥ በጣም የተለመደው የCGM ምሳሌ አራት-ሞገድ ተሻጋሪ ለውጥ ኢንተርፌሮሜትር (QLSI) ይባላል፣ መስቀለኛ ግርዶሹ በፕሪሞት እና ሌሎች አስተዋወቀ እና በፕራይሞት እና ሌሎች የባለቤትነት መብቱ የተጠበቀ ነው። እ.ኤ.አ. በ 200034. የቋሚ እና አግድም ግሪድ መስመሮች በሴንሰሩ ላይ ፍርግርግ የሚመስሉ ጥላዎችን ይፈጥራሉ ፣ የእነሱ መዛባት በእውነተኛ ጊዜ በቁጥር ሊሰራ የሚችል የአደጋውን ብርሃን የኦፕቲካል ሞገድ የፊት ገጽታ መዛባት (ወይም ተመጣጣኝ ደረጃ መገለጫ) ለማግኘት። በአጉሊ መነጽር ጥቅም ላይ ሲውል የ CGM ካሜራ በምስል የተቀረጸውን ነገር የኦፕቲካል ዱካ ልዩነትን ያሳያል፣ በተጨማሪም የኦፕቲካል ጥልቀት (OT) በመባል የሚታወቀው በ nanometers36 ቅደም ተከተል ላይ ካለው ስሜት ጋር። በማንኛውም የ CGM መለኪያ፣ በኦፕቲካል ክፍሎች ወይም ጨረሮች ላይ ያሉ ማናቸውንም ጉድለቶች ለማስወገድ፣ ዋና የማጣቀሻ የብኪ ምስል ከማንኛውም ተከታይ ምስሎች መነሳት እና መቀነስ አለበት።
በማጣቀሻው ላይ እንደተገለጸው የሙቀት መጠን ማይክሮስኮፕ በሲጂኤም ካሜራ ተጠቅሟል። 32. በአጭር አነጋገር, ፈሳሽ ማሞቅ የማጣቀሻውን ጠቋሚ ይለውጣል, የአደጋውን ጨረር የሚያዛባ የሙቀት ሌንስ ተጽእኖ ይፈጥራል. ይህ የሞገድ ፊት መዛባት የሚለካው በሲጂኤም ነው እና በፈሳሽ መካከለኛ ውስጥ ባለ ሶስት አቅጣጫዊ የሙቀት ስርጭትን ለማግኘት በዲኮንቮሉሽን ስልተ-ቀመር በመጠቀም የተሰራ ነው። የወርቅ ናኖፓርቲሎች በናሙናው ውስጥ በእኩል መጠን ከተከፋፈሉ ፣የሙቀት መጠን ካርታ ከባክቴሪያ ነፃ በሆኑ አካባቢዎች የተሻለ ምስሎችን ለመስራት ያስችላል ፣ይህም አንዳንድ ጊዜ የምናደርገው ነው። የማጣቀሻው የ CGM ምስል ያለ ማሞቂያ (ሌዘር ጠፍቶ) የተገኘ ሲሆን በመቀጠልም ሌዘር በርቶ በምስሉ ላይ በተመሳሳይ ቦታ ተይዟል።
ደረቅ የጅምላ መለካት ለሙቀት ምስል ጥቅም ላይ የሚውለውን CGM ካሜራ በመጠቀም ይከናወናል። የ CGM ማመሳከሪያ ምስሎች የተገኙት በባክቴሪያ በመኖሩ በብሉይ ኪዳን ውስጥ ያለውን ማንኛውንም ኢ-ግብረ-ሰዶማዊነት አማካኝ ለማድረግ በተጋለጡበት ወቅት ናሙናውን በ x እና y በፍጥነት በማንቀሳቀስ ነው። ከብሉይ ኪዳን የባክቴሪያ ምስሎች ባዮማስ የተገኘው የማትላብ የቤት ክፍፍል ስልተ-ቀመር በመጠቀም በተመረጡ ቦታዎች ላይ የምስሎች ስብስብን በመጠቀም ነው (ንኡስ ክፍል “ቁጥር ኮድ”ን ይመልከቱ)፣ በማጣቀሻው ላይ የተገለጸውን አሰራር ተከትሎ። 48. ባጭሩ ግንኙነቱን \(m={\alpha}^{-1}\int {{\mbox{OT}}}\ግራ(x,y\right){{\mbox{d}} እንጠቀማለን። } x{{\mbox{d}}}y\) \({{\mbox{OT}}}\ግራ(x,y\ቀኝ)\) የጨረር ጥልቀት ምስል ሲሆን \(m\) ነው ደረቅ ክብደት እና \({{{{\rm{\alpha}}}}}\) ቋሚ ነው። \({{{\rm{\alpha))))))=0.18\) µm3/pg መርጠናል፣ ይህም ለሕያዋን ህዋሳት የተለመደ ነው።
በዲያሜትር 25 ሚ.ሜ እና 150 µm ውፍረት ባለው የወርቅ ናኖፓርቲሎች የተሸፈነ የሽፋን ወረቀት ወደ AttofluorTM ክፍል (ቴርሞፊሸር) የወርቅ ናኖፓርቲሎች ወደ ላይ እንዲታዩ ተደርጓል። Geobacillus stearothermophilus ከእያንዳንዱ ቀን ሙከራ በፊት በ LB መካከለኛ (200 rpm፣ 60°C) በአንድ ሌሊት ተዘጋጅቷል። ከ0.3 እስከ 0.5 የሆነ የኦፕቲካል ጥግግት (OD) ያለው G. stearothermophilus እገዳ 5 µl ጠብታ በወርቅ ናኖፓርቲሎች የሽፋን ወረቀት ላይ ተቀምጧል። ከዚያም በ 18 ሚሊ ሜትር ዲያሜትር ያለው የክብ ሽፋን ሸርተቴ 5 ሚሊ ሜትር የሆነ ቀዳዳ ያለው ቀዳዳ ወደ ጠብታው ላይ ተጥሏል, እና 5 μl የባክቴሪያ እገዳ ተመሳሳይ የኦፕቲካል እፍጋት ወደ ቀዳዳው መሃል ላይ በተደጋጋሚ ተተግብሯል. በሽፋን ላይ ያሉ ጉድጓዶች በማጣቀሻው ላይ በተገለጸው አሰራር መሰረት ተዘጋጅተዋል. 45 (ለበለጠ መረጃ ተጨማሪ መረጃን ይመልከቱ)። ከዚያም ፈሳሹን ንብርብር እንዳይደርቅ ለመከላከል 1 ሚሊ ሜትር የ LB መካከለኛ ወደ ሽፋኑ ላይ ይጨምሩ. የመጨረሻው መሸፈኛ በ Attofluor™ ክፍል ውስጥ በተዘጋው ክዳን ላይ ይደረጋል ። ለመብቀል ሙከራዎች, ስፖሮችን እንጠቀማለን, ከተለመደው ሙከራዎች በኋላ, አንዳንድ ጊዜ የላይኛውን ሽፋን ይሸፍናል. Sulfolobus shibatae ለማግኘት ተመሳሳይ ዘዴ ጥቅም ላይ ውሏል. የሶስት ቀናት (200 ራፒኤም, 75 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ) የቲዮባሲለስ ሴራታ ቀዳሚ እርባታ በአማካይ 182 (DSMZ) ተካሂዷል.
የወርቅ ናኖፓርቲሎች ናሙናዎች በሚሴላር ብሎክ ኮፖሊመር ሊቶግራፊ ተዘጋጅተዋል። ይህ ሂደት በምዕራፍ ውስጥ በዝርዝር ተገልጿል. 60. ባጭሩ፣ የወርቅ ionዎችን የሚሸፍኑ ማይሌሎች የተዋሃዱት ኮፖሊመርን ከ HAuCl4 ጋር በቶሉይን ውስጥ በማቀላቀል ነው። የፀዳው ሽፋኖች በመፍትሔው ውስጥ ጠልቀው እና በ UV irradiation አማካኝነት የወርቅ ዘሮችን ለማግኘት በሚቀንስ ኤጀንት ውስጥ ይታከማሉ. በመጨረሻም የወርቅ ዘሮች የሚበቅሉት ለ16 ደቂቃ ያህል የ KAuCl4 እና የኢታኖላሚን የውሃ መፍትሄ ያለው ሽፋን በመገናኘት ሲሆን ይህም በቅርብ ኢንፍራሬድ ውስጥ ሉላዊ ያልሆኑ የወርቅ ናኖፓርቲሎች ኳሲ-ወቅታዊ እና በጣም ወጥ የሆነ ዝግጅት አስገኝቷል።
ኢንተርፌሮግራሞችን ወደ የብኪ ምስሎች ለመቀየር በአገናኙ ላይ በዝርዝር እንደተገለፀው በቤት ውስጥ የተሰራ ስልተ-ቀመር ተጠቀምን። 33 እና እንደ Matlab ጥቅል በሚከተለው የህዝብ ማከማቻ ውስጥ ይገኛል፡ https://github.com/baffou/CGMprocess። ጥቅሉ በተቀረጹ ኢንተርፌሮግራሞች (የማጣቀሻ ምስሎችን ጨምሮ) እና የካሜራ አደራደር ርቀቶችን መሰረት በማድረግ የጥንካሬ እና የብኪ ምስሎችን ማስላት ይችላል።
የተወሰነ የሙቀት ፕሮፋይል ለማግኘት በSLM ላይ የተተገበረውን የደረጃ ንድፍ ለማስላት ከዚህ ቀደም የተሰራ የቤት ውስጥ አልጎሪዝም39,42 ተጠቅመንበታል ይህም በሚከተለው የህዝብ ማከማቻ ውስጥ ይገኛል፡ https://github.com/baffou/SLM_temperatureShaping። ግብአቱ የሚፈለገው የሙቀት መስክ ነው፣ እሱም በዲጂታል ወይም በሞኖክሮም bmp ምስል ሊዘጋጅ ይችላል።
ሴሎቹን ለመከፋፈል እና ደረቅ ክብደታቸውን ለመለካት በሚከተለው የህዝብ ማከማቻ ውስጥ የታተመውን ማትላብ ስልተ ቀመር ተጠቅመንበታል፡ https://github.com/baffou/CGM_magicWandSegmentation። በእያንዳንዱ ምስል ላይ ተጠቃሚው የፍላጎት ባክቴሪያ ወይም mCFU ላይ ጠቅ ማድረግ፣ የዋንዳውን ስሜት ማስተካከል እና ምርጫውን ማረጋገጥ አለበት።
በጥናት ንድፍ ላይ ተጨማሪ መረጃ ለማግኘት ከዚህ ጽሁፍ ጋር የተገናኘውን የተፈጥሮ ምርምር ዘገባን ይመልከቱ።
የዚህን ጥናት ውጤት የሚደግፉ መረጃዎች ምክንያታዊ በሆነ ጥያቄ ከሚመለከታቸው ደራሲዎች ይገኛሉ።
በዚህ ጥናት ውስጥ ጥቅም ላይ የዋለው የምንጭ ኮድ በዘዴዎች ክፍል ውስጥ ተዘርዝሯል፣ እና የማረም ስሪቶች ከ https://github.com/baffou/ በሚከተሉት ማከማቻዎች ሊወርዱ ይችላሉ፡ SLM_temperatureShaping፣ CGMprocess እና CGM_magicWandSegmentation።
መህታ፣ አር.፣ ሲንጋል፣ ፒ.፣ ሲንግ፣ ኤች.፣ ዳምሌ፣ ዲ. እና ሻርማ፣ ኤኬ ኢንሳይት ወደ ቴርሞፊል እና ሰፊ ስፔክትረም መተግበሪያዎቻቸው። መህታ፣ አር.፣ ሲንጋል፣ ፒ.፣ ሲንግ፣ ኤች.፣ ዳምሌ፣ ዲ. እና ሻርማ፣ ኤኬ ኢንሳይት ወደ ቴርሞፊል እና ሰፊ ስፔክትረም መተግበሪያዎቻቸው።Mehta, R., Singhal, P., Singh, H., Damle, D. እና Sharma, AK ስለ ቴርሞፊል እና ሰፊ አተገባበር አጠቃላይ እይታ. መህታ፣ አር.፣ ሲንጋል፣ ፒ.፣ ሲንግ፣ ኤች.፣ ዳምሌ፣ ዲ. እና ሻርማ፣ ኤኬ መህታ፣ አር.፣ ሲንጋል፣ ፒ.፣ ሲንግ፣ ኤች.፣ ዳምሌ፣ ዲ. እና ሻርማ፣ ኤኬ።Mehta R.፣ Singhal P.፣ Singh H.፣ Damle D. እና Sharma AK ስለ ቴርሞፊል እና ሰፊ አፕሊኬሽኖች ጥልቅ ግንዛቤ።3 ባዮቴክኖሎጂ 6, 81 (2016).