લેસર-હીટેડ ગોલ્ડ નેનોપાર્ટિકલ્સ સાથે વિટ્રોમાં જોવા મળતા ઊંચા તાપમાને જીવન

Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર. તમે જે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો તે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ ધરાવે છે. શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો). આ દરમિયાન, સતત સમર્થન સુનિશ્ચિત કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટને રેન્ડર કરીશું.
થર્મોફિલ્સ એ સૂક્ષ્મજીવો છે જે ઊંચા તાપમાને ખીલે છે. તેમનો અભ્યાસ જીવન આત્યંતિક પરિસ્થિતિઓમાં કેવી રીતે અનુકૂલન કરે છે તે વિશે મૂલ્યવાન માહિતી પ્રદાન કરી શકે છે. જો કે, પરંપરાગત ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપ સાથે ઉચ્ચ તાપમાનની સ્થિતિ પ્રાપ્ત કરવી મુશ્કેલ છે. સ્થાનિક પ્રતિરોધક વિદ્યુત ગરમી પર આધારિત ઘણાં ઘરેલું ઉકેલો પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે, પરંતુ ત્યાં કોઈ સરળ વ્યાવસાયિક ઉકેલ નથી. આ પેપરમાં, અમે વપરાશકર્તાના પર્યાવરણને હળવું રાખીને થર્મોફાઈલ અભ્યાસ માટે ઉચ્ચ તાપમાન પ્રદાન કરવા માટે માઈક્રોસ્કોપ ક્ષેત્ર પર માઈક્રોસ્કેલ લેસર હીટિંગનો ખ્યાલ રજૂ કરીએ છીએ. જૈવ સુસંગત અને કાર્યક્ષમ પ્રકાશ શોષક તરીકે ગોલ્ડ નેનોપાર્ટિકલ કોટેડ સબસ્ટ્રેટનો ઉપયોગ કરીને મધ્યમ લેસર તીવ્રતા પર માઇક્રોસ્કેલ હીટિંગ પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. માઇક્રોસ્કેલ પ્રવાહી સંવહન, સેલ રીટેન્શન અને સેન્ટ્રીફ્યુગલ થર્મોફોરેટિક ગતિની સંભવિત અસરોની ચર્ચા કરવામાં આવી છે. પદ્ધતિ બે પ્રજાતિઓમાં દર્શાવવામાં આવી છે: (i) જીઓબેસિલસ સ્ટીરોથર્મોફિલસ, એક સક્રિય થર્મોફિલિક બેક્ટેરિયમ જે લગભગ 65 °C તાપમાને પુનઃઉત્પાદન કરે છે, જેને આપણે માઇક્રોસ્કેલ હીટિંગ હેઠળ અંકુરિત, વૃદ્ધિ અને તરવાનું અવલોકન કર્યું છે; (ii) થિયોબેસિલસ એસપી., એક શ્રેષ્ઠ હાઇપરથર્મોફિલિક આર્ચીઆ. 80 ° સે પર. આ કાર્ય આધુનિક અને સસ્તું માઇક્રોસ્કોપી સાધનોનો ઉપયોગ કરીને થર્મોફિલિક સુક્ષ્મસજીવોના સરળ અને સલામત નિરીક્ષણ માટે માર્ગ મોકળો કરે છે.
અબજો વર્ષોમાં, પૃથ્વી પરનું જીવન પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓની વિશાળ શ્રેણીને અનુકૂલન કરવા માટે વિકસિત થયું છે જે ક્યારેક આપણા માનવીય પરિપ્રેક્ષ્યમાં આત્યંતિક માનવામાં આવે છે. ખાસ કરીને, કેટલાક થર્મોફિલિક સુક્ષ્મસજીવો (બેક્ટેરિયા, આર્કિઆ, ફૂગ) જેને થર્મોફિલ્સ કહેવાય છે તે તાપમાનની રેન્જમાં 45°C થી 122°C1, 2, 3, 4 સુધી ખીલે છે. થર્મોફિલ્સ વિવિધ ઇકોસિસ્ટમમાં રહે છે, જેમ કે ઊંડા સમુદ્રના હાઇડ્રોથર્મલ વેન્ટ્સ, હોટ સ્પ્રિંગ. અથવા જ્વાળામુખી વિસ્તારો. તેમના સંશોધને ઓછામાં ઓછા બે કારણોસર છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓમાં ઘણો રસ પેદા કર્યો છે. પ્રથમ, આપણે તેમની પાસેથી શીખી શકીએ છીએ, ઉદાહરણ તરીકે, થર્મોફાઈલ્સ 5, 6, ઉત્સેચકો 7, 8 અને પટલ 9 આટલા ઊંચા તાપમાને કેવી રીતે સ્થિર છે, અથવા કેવી રીતે થર્મોફાઈલ્સ કિરણોત્સર્ગના અત્યંત સ્તરનો સામનો કરી શકે છે. બીજું, તેઓ ઘણા મહત્વપૂર્ણ બાયોટેકનોલોજીકલ એપ્લિકેશન્સ1,11,12 માટે આધાર છે જેમ કે બળતણ ઉત્પાદન13,14,15,16, રાસાયણિક સંશ્લેષણ (ડાયહાઇડ્રો, આલ્કોહોલ્સ, મિથેન, એમિનો એસિડ, વગેરે)17, બાયોમાઇનિંગ18 અને થર્મોસ્ટેબલ બાયોકેટાલિસ્ટ્સ7,11, 13. ખાસ કરીને, હાલમાં જાણીતી પોલિમરેઝ ચેઇન રિએક્શન (PCR)19 માં થર્મોફિલિક બેક્ટેરિયમ થર્મસ એક્વેટીકસમાંથી અલગ કરાયેલ એન્ઝાઇમ (Taq પોલિમરેઝ)નો સમાવેશ થાય છે, જે શોધાયેલ પ્રથમ થર્મોફાઇલ્સમાંનો એક છે.
જો કે, થર્મોફિલ્સનો અભ્યાસ એ સરળ કાર્ય નથી અને તેને કોઈપણ જૈવિક પ્રયોગશાળામાં સુધારી શકાતું નથી. ખાસ કરીને, જીવંત થર્મોફિલ્સ કોઈપણ પ્રમાણભૂત પ્રકાશ માઈક્રોસ્કોપ વડે વિટ્રોમાં અવલોકન કરી શકાતા નથી, સામાન્ય રીતે 40 ડિગ્રી સેલ્સિયસ જેટલા નીચા તાપમાન માટે વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ હીટિંગ ચેમ્બર સાથે પણ. 1990 ના દાયકાથી, માત્ર કેટલાક સંશોધન જૂથોએ ઉચ્ચ-તાપમાન માઇક્રોસ્કોપી (HTM) સિસ્ટમ્સની રજૂઆત માટે પોતાને સમર્પિત કર્યા છે. 1994 માં Glukh એટ અલ. હીટિંગ/કૂલિંગ ચેમ્બરની કલ્પના પેલ્ટિયર સેલના ઉપયોગના આધારે કરવામાં આવી હતી જે એનારોબિસિટી 20 જાળવવા માટે બંધ લંબચોરસ રુધિરકેશિકાઓના તાપમાનને નિયંત્રિત કરે છે. ઉપકરણને 2 °C/s ના દરે 100 °C સુધી ગરમ કરી શકાય છે, જેનાથી લેખકો હાયપરથર્મોફિલિક બેક્ટેરિયમ થર્મોટોગા મેરીટીમા21ની ગતિશીલતાનો અભ્યાસ કરી શકે છે. 1999 માં હોર્ન એટ અલ. કોષ વિભાજન/કનેક્શનનો અભ્યાસ કરવા માટે કોમર્શિયલ માઈક્રોસ્કોપી માટે યોગ્ય ગરમ રુધિરકેશિકાઓના ઉપયોગ પર આધારિત એક ખૂબ જ સમાન ઉપકરણ વિકસાવવામાં આવ્યું છે. સાપેક્ષ નિષ્ક્રિયતાના લાંબા ગાળા પછી, અસરકારક HTM ની શોધ 2012 માં ફરી શરૂ થઈ, ખાસ કરીને વિર્થ જૂથ દ્વારા પેપરોની શ્રેણીના સંબંધમાં જેમાં હોર્ન એટ અલ દ્વારા શોધાયેલ ઉપકરણનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. પંદર વર્ષ પહેલાં, હાયપરથર્મોફાઇલ્સ સહિત મોટી સંખ્યામાં આર્કિઆની ગતિશીલતાનો અભ્યાસ 100°C સુધીના તાપમાને ગરમ રુધિરકેશિકાઓ 23,24નો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યો હતો. તેઓએ ઝડપી ગરમી (સેટ તાપમાન સુધી પહોંચવા માટે 35 મિનિટને બદલે કેટલીક મિનિટો) અને સમગ્ર માધ્યમમાં 2 સે.મી.થી વધુનો રેખીય તાપમાનનો ઢાળ પ્રાપ્ત કરવા માટે મૂળ માઇક્રોસ્કોપમાં પણ ફેરફાર કર્યો. આ ટેમ્પરેચર ગ્રેડિયન્ટ શેપિંગ ડિવાઈસ (TGFD) નો ઉપયોગ જૈવિક રીતે સંબંધિત અંતર 24, 25 પર તાપમાનના ઢાળમાં ઘણા થર્મોફાઈલ્સની ગતિશીલતાનો અભ્યાસ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો છે.
બંધ રુધિરકેશિકાઓને ગરમ કરવું એ જીવંત થર્મોફિલ્સનું નિરીક્ષણ કરવાનો એકમાત્ર રસ્તો નથી. 2012 માં, કુવાબારા એટ અલ. ગરમી-પ્રતિરોધક એડહેસિવ (સુપર X2; સેમેડિન, જાપાન) સાથે સીલ કરેલ હોમમેઇડ નિકાલજોગ Pyrex ચેમ્બરનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. નમૂનાઓ વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ પારદર્શક હીટિંગ પ્લેટ (માઈક્રો હીટ પ્લેટ, કિટાઝાટો કોર્પોરેશન, જાપાન) પર મૂકવામાં આવ્યા હતા જે 110 ° સે સુધી ગરમ કરવામાં સક્ષમ છે, પરંતુ મૂળ બાયોઇમેજિંગ માટે બનાવાયેલ નથી. લેખકોએ 65°C પર એનારોબિક થર્મોફિલિક બેક્ટેરિયા (થર્મોસિફો ગ્લોબીફોર્મન્સ, બમણું સમય 24 મિનિટ)નું કાર્યક્ષમ વિભાજન જોયું. 2020 માં, પુલશેન એટ અલ. વાણિજ્યિક ધાતુની વાનગીઓ (AttofluorTM, થર્મોફિશર) ની કાર્યક્ષમ ગરમીનું પ્રદર્શન બે હોમમેઇડ હીટિંગ તત્વોનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યું હતું: એક ઢાંકણ અને સ્ટેજ (PCR મશીન-પ્રેરિત ગોઠવણી). આ જોડાણ એક સમાન પ્રવાહી તાપમાનમાં પરિણમે છે અને ઢાંકણના તળિયે બાષ્પીભવન અને ઘનીકરણને અટકાવે છે. ઓ-રિંગનો ઉપયોગ પર્યાવરણ સાથે ગેસના વિનિમયને ટાળે છે. આ HTM, જેને સલ્ફોસ્કોપ કહેવાય છે, તેનો ઉપયોગ 75°C27 પર સલ્ફોલોબસ એસિડોકેલ્ડેરિયસની છબી માટે કરવામાં આવ્યો હતો.
આ તમામ પ્રણાલીઓની એક માન્ય મર્યાદા એ હવાના ઉદ્દેશ્યોના ઉપયોગ પર પ્રતિબંધ હતો, કોઈપણ તેલ નિમજ્જન આવા ઊંચા તાપમાન માટે અને 1-mm જાડા પારદર્શક નમૂનાઓ દ્વારા ઇમેજિંગ માટે અયોગ્ય હતું. આ તમામ પ્રણાલીઓની એક માન્ય મર્યાદા એ હવાના ઉદ્દેશ્યોના ઉપયોગ પર પ્રતિબંધ હતો, કોઈપણ તેલ નિમજ્જન આવા ઊંચા તાપમાન માટે અને 1-mm જાડા પારદર્શક નમૂનાઓ દ્વારા ઇમેજિંગ માટે અયોગ્ય હતું. Общепризнанным недостатком всех этих систем было ограничение на использование воздушных объективов, поскольбективов в масло не подходило для такой высокой температуры и для визуализации через прозрачные образцы толщиной > 1 આ તમામ પ્રણાલીઓની એક માન્ય ખામી એ હવાના ઉદ્દેશ્યોના ઉપયોગની મર્યાદા હતી, કારણ કે કોઈપણ તેલનું નિમજ્જન આવા ઊંચા તાપમાન માટે અને 1 મીમીથી વધુ જાડા પારદર્શક નમૂનાઓ દ્વારા વિઝ્યુલાઇઝેશન માટે યોગ્ય ન હતું.所有这些系统的一个公认限制是限制使用空气物镜,任何油浸都不适合这样样厚的透明样品成像. આ તમામ પ્રણાલીઓની માન્ય મર્યાદા એ એર-એન્ટ્રેઇન્ડ મિરરનો ઉપયોગ કરવાની મર્યાદા છે, કારણ કે આવા ઊંચા તાપમાને 1 મીમીથી વધુ જાડા પારદર્શક નમૂનાઓ ઇમેજ કરવા માટે કોઈપણ તેલ નિમજ્જન અયોગ્ય છે. Общепризнанным недостатком всех этих систем является ограниченное использование воздушных объективов, любовективов сло непригодно для таких высоких температур и визуализации через прозрачные образцы толщиной >1 мм. આ તમામ પ્રણાલીઓમાં એક માન્ય ખામી એ એર લેન્સનો મર્યાદિત ઉપયોગ છે, કોઈપણ તેલનું નિમજ્જન આવા ઊંચા તાપમાન અને 1 મીમીથી વધુ જાડા પારદર્શક નમૂનાઓ દ્વારા વિઝ્યુલાઇઝેશન માટે અયોગ્ય છે.તાજેતરમાં જ, આ મર્યાદા ચાર્લ્સ-ઓર્ઝાગ એટ અલ દ્વારા ઉઠાવવામાં આવી હતી. 28, જેમણે એક ઉપકરણ વિકસાવ્યું જે હવે રસની સિસ્ટમની આસપાસ ગરમી પૂરી પાડતું નથી, પરંતુ કવર ગ્લાસની અંદર જ, ITO (ઇન્ડિયમ-ટીન ઓક્સાઇડ) ના બનેલા રેઝિસ્ટરના પાતળા પારદર્શક સ્તરથી ઢંકાયેલું છે. પારદર્શક સ્તરમાંથી ઇલેક્ટ્રિક પ્રવાહ પસાર કરીને ઢાંકણને 75 °C સુધી ગરમ કરી શકાય છે. જો કે, લેખકે પણ લેન્સને ઉદ્દેશ્ય સુધી ગરમ કરવું જોઈએ, પરંતુ 65 °C થી વધુ નહીં, જેથી તેને નુકસાન ન થાય.
આ કાર્યો દર્શાવે છે કે કાર્યક્ષમ ઉચ્ચ-તાપમાન ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપીના વિકાસને વ્યાપકપણે અપનાવવામાં આવ્યું નથી, ઘણી વખત ઘરેલું સાધનોની જરૂર પડે છે, અને તે ઘણીવાર અવકાશી રીઝોલ્યુશનના ખર્ચે પ્રાપ્ત થાય છે, જે એક ગંભીર ગેરલાભ છે કારણ કે થર્મોફિલિક સુક્ષ્મસજીવો થોડા કરતા મોટા નથી. માઇક્રોમીટર HTM ની ત્રણ સહજ સમસ્યાઓ હલ કરવાની ચાવી છે હીટિંગ વોલ્યુમમાં ઘટાડો: નબળું અવકાશી રીઝોલ્યુશન, જ્યારે સિસ્ટમ ગરમ થાય ત્યારે ઉચ્ચ થર્મલ જડતા, અને ભારે તાપમાને આસપાસના તત્વો (નિમજ્જન તેલ, ઉદ્દેશ્ય લેન્સ... અથવા વપરાશકર્તાના હાથ) ​​ની હાનિકારક ગરમી. ).
આ પેપરમાં, અમે થર્મોફાઈલ અવલોકન માટે HTM રજૂ કરીએ છીએ જે પ્રતિકારક ગરમી પર આધારિત નથી. તેના બદલે, અમે પ્રકાશ-શોષક સબસ્ટ્રેટના લેસર ઇરેડિયેશન દ્વારા માઇક્રોસ્કોપના દૃશ્યના ક્ષેત્રના મર્યાદિત ક્ષેત્રમાં સ્થાનિક ગરમી પ્રાપ્ત કરી છે. ક્વોન્ટિટેટિવ ​​ફેઝ માઈક્રોસ્કોપી (QPM) નો ઉપયોગ કરીને તાપમાન વિતરણની કલ્પના કરવામાં આવી હતી. આ પદ્ધતિની અસરકારકતા જીઓબેસિલસ સ્ટીરોથર્મોફિલસ દ્વારા દર્શાવવામાં આવી છે, જે એક ગતિશીલ થર્મોફિલિક બેક્ટેરિયમ છે જે લગભગ 65°C તાપમાને પુનઃઉત્પાદન કરે છે અને તેનો બમણો થવાનો સમય ટૂંકો હોય છે (લગભગ 20 મિનિટ), અને સલ્ફોલોબસ શિબેટા, એક હાઇપરથર્મોફાઇલ જે શ્રેષ્ઠ રીતે 80°C તાપમાને વધે છે. સમજાવવા માટે. સામાન્ય પ્રતિકૃતિ દર અને સ્વિમિંગ તાપમાનના કાર્ય તરીકે જોવામાં આવ્યું હતું. આ લેસર HTM (LA-HTM) કવરસ્લિપની જાડાઈ અથવા ઉદ્દેશ્યની પ્રકૃતિ (હવા અથવા તેલ નિમજ્જન) દ્વારા મર્યાદિત નથી. આ બજારમાં કોઈપણ ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન લેન્સનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે. તે થર્મલ જડતાને કારણે ધીમી ગરમીથી પણ પીડાતું નથી (મિલિસેકન્ડ સ્કેલ પર ત્વરિત ગરમી પ્રાપ્ત કરે છે) અને માત્ર વ્યવસાયિક રીતે ઉપલબ્ધ ઘટકોનો ઉપયોગ કરે છે. માત્ર નવી સુરક્ષા ચિંતાઓ ઉપકરણની અંદર શક્તિશાળી લેસર બીમ (સામાન્ય રીતે 100 મેગાવોટ સુધી) ની હાજરી અને સંભવતઃ આંખો દ્વારા સંબંધિત છે, જેને રક્ષણાત્મક ગોગલ્સ જરૂરી છે.
LA-HTM નો સિદ્ધાંત માઇક્રોસ્કોપ (ફિગ. 1a) ના દૃશ્યના ક્ષેત્રમાં સ્થાનિક રીતે નમૂનાને ગરમ કરવા માટે લેસરનો ઉપયોગ કરવાનો છે. આ કરવા માટે, નમૂના પ્રકાશ-શોષી લેવો આવશ્યક છે. વાજબી લેસર પાવર (100 mW કરતાં ઓછી) નો ઉપયોગ કરવા માટે, અમે પ્રવાહી માધ્યમ દ્વારા પ્રકાશના શોષણ પર આધાર રાખ્યો ન હતો, પરંતુ કૃત્રિમ રીતે સબસ્ટ્રેટને સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સ (ફિગ. 1c) સાથે કોટિંગ કરીને નમૂનાના શોષણમાં વધારો કર્યો હતો. બાયોમેડિસિન, નેનોકેમિસ્ટ્રી અથવા સૂર્યપ્રકાશની લણણી 29,30,31 માં અપેક્ષિત એપ્લિકેશન સાથે, થર્મલ પ્લાઝમોનિક્સના ક્ષેત્ર માટે પ્રકાશ સાથે સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સને ગરમ કરવું એ મૂળભૂત મહત્વ છે. છેલ્લા કેટલાક વર્ષોમાં, અમે આ LA-HTM નો ઉપયોગ ભૌતિકશાસ્ત્ર, રસાયણશાસ્ત્ર અને જીવવિજ્ઞાનમાં થર્મલ પ્લાઝ્મા એપ્લિકેશનથી સંબંધિત ઘણા અભ્યાસોમાં કર્યો છે. આ પદ્ધતિ સાથેની મુખ્ય મુશ્કેલી અંતિમ તાપમાન પ્રોફાઇલ પ્રદર્શિત કરવામાં છે, કારણ કે એલિવેટેડ તાપમાન નમૂનાની અંદર માઇક્રોસ્કેલ પ્રદેશ સુધી મર્યાદિત છે. અમે દર્શાવ્યું છે કે તાપમાનનું મેપિંગ ચાર-તરંગલંબાઇના ટ્રાંસવર્સ શીયર ઇન્ટરફેરોમીટર, એક સરળ, ઉચ્ચ-રિઝોલ્યુશન, અને દ્વિ-પરિમાણીય વિવર્તન ગ્રેટિંગ્સના ઉપયોગ પર આધારિત માત્રાત્મક તબક્કા માઇક્રોસ્કોપીની ખૂબ જ સંવેદનશીલ પદ્ધતિ (ક્રોસ ગ્રેટિંગ્સ તરીકે પણ ઓળખાય છે) દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. 33,34,35,36 છે. ક્રોસ ગ્રેટિંગ વેવફ્રન્ટ માઈક્રોસ્કોપી (CGM) પર આધારિત આ થર્મલ માઈક્રોસ્કોપી ટેકનીકની વિશ્વસનીયતા છેલ્લા એક દાયકામાં પ્રકાશિત થયેલા 37,38,39,40,41,42,43 ડઝન પેપરમાં દર્શાવવામાં આવી છે.
સમાંતર લેસર હીટિંગ, આકાર અને તાપમાન માઇક્રોસ્કોપની સ્થાપનાની યોજના. b નમૂનો ભૂમિતિ જેમાં એટોફ્લોરટીએમ ચેમ્બરનો સમાવેશ થાય છે જેમાં સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સ સાથે કોટેડ કવરસ્લિપ હોય છે. c નમૂનાને નજીકથી જુઓ (સ્કેલ કરવા માટે નહીં). d એ યુનિફોર્મ લેસર બીમ પ્રોફાઈલ અને (e) ગોલ્ડ નેનોપાર્ટિકલ્સના સેમ્પલ પ્લેન પર સિમ્યુલેટેડ અનુગામી તાપમાન વિતરણનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. f એ (g) માં બતાવેલ પરિણામી તાપમાન વિતરણના સિમ્યુલેશનમાં બતાવ્યા પ્રમાણે સમાન તાપમાન પેદા કરવા માટે યોગ્ય વલયાકાર લેસર બીમ પ્રોફાઇલ છે. સ્કેલ બાર: 30 µm.
ખાસ કરીને, અમે તાજેતરમાં LA-HTM અને CGM સાથે સસ્તન પ્રાણીઓના કોષોને ગરમ કર્યા છે અને 37-42°C ની રેન્જમાં સેલ્યુલર હીટ શોક રિસ્પોન્સ ટ્રૅક કર્યા છે, જે સિંગલ લિવિંગ સેલ ઇમેજિંગ માટે આ ટેકનિકની પ્રયોજ્યતા દર્શાવે છે. જો કે, ઊંચા તાપમાને સુક્ષ્મસજીવોના અભ્યાસ માટે LA-HTM નો ઉપયોગ અસ્પષ્ટ નથી, કારણ કે તેને સસ્તન કોષોની તુલનામાં વધુ સાવચેતીની જરૂર છે: સૌ પ્રથમ, માધ્યમના તળિયાને દસ ડિગ્રી (થોડી ડિગ્રીને બદલે) ગરમ કરવાથી મજબૂત વર્ટિકલ તાપમાન ઢાળ સુધી. પ્રવાહી સંવહન 44 બનાવી શકે છે, જે સબસ્ટ્રેટ સાથે નિશ્ચિતપણે જોડાયેલ ન હોય તો, અનિચ્છનીય હલનચલન અને બેક્ટેરિયાના મિશ્રણનું કારણ બની શકે છે. આ સંવહન પ્રવાહી સ્તરની જાડાઈ ઘટાડીને દૂર કરી શકાય છે. આ હેતુ માટે, નીચે પ્રસ્તુત તમામ પ્રયોગોમાં, બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શનને મેટલ કપ (AttofluorTM, થર્મોફિશર, ફિગ. 1b,c) ની અંદર મુકવામાં આવેલી આશરે 15 µm જાડા બે કવરસ્લિપ્સ વચ્ચે મૂકવામાં આવ્યા હતા. સૈદ્ધાંતિક રીતે, જો પ્રવાહીની જાડાઈ હીટિંગ લેસરના બીમના કદ કરતાં નાની હોય તો સંવહન ટાળી શકાય છે. બીજું, આવી મર્યાદિત ભૂમિતિમાં કામ કરવાથી એરોબિક સજીવોનો ગૂંગળામણ થઈ શકે છે (ફિગ. S2 જુઓ). ઓક્સિજન (અથવા અન્ય કોઈપણ મહત્વપૂર્ણ ગેસ) માટે અભેદ્ય સબસ્ટ્રેટનો ઉપયોગ કરીને, કવરસ્લિપની અંદર ફસાયેલા હવાના પરપોટાને છોડીને અથવા ટોચની કવરસ્લિપમાં છિદ્રો ડ્રિલ કરીને (ફિગ. S1 જુઓ) 45 દ્વારા આ સમસ્યા ટાળી શકાય છે. આ અભ્યાસમાં, અમે પછીનું સોલ્યુશન પસંદ કર્યું (આંકડા 1b અને S1). છેલ્લે, લેસર હીટિંગ સમાન તાપમાન વિતરણ પ્રદાન કરતું નથી. લેસર બીમ (ફિગ. 1d) ની સમાન તીવ્રતા પર પણ, તાપમાનનું વિતરણ એકસરખું નથી, પરંતુ થર્મલ પ્રસરણ (ફિગ. 1e) ને કારણે ગૌસીયન વિતરણ જેવું લાગે છે. જ્યારે ધ્યેય જૈવિક પ્રણાલીઓનો અભ્યાસ કરવા માટે દૃશ્યના ક્ષેત્રમાં ચોક્કસ તાપમાન સ્થાપિત કરવાનો હોય, ત્યારે અસમાન પ્રોફાઇલ્સ આદર્શ નથી અને જો તેઓ સબસ્ટ્રેટને વળગી ન હોય તો તે બેક્ટેરિયાની થર્મોફોરેટિક હિલચાલ તરફ દોરી શકે છે (જુઓ. Fig. S3, S4)39. આ માટે, અમે આપેલ ભૌમિતિક વિસ્તારની અંદર સંપૂર્ણપણે સમાન તાપમાન વિતરણ પ્રાપ્ત કરવા માટે નમૂનાના પ્લેનમાં રિંગ (ફિગ. 1f) ના આકાર અનુસાર ઇન્ફ્રારેડ લેસર બીમને આકાર આપવા માટે અવકાશી પ્રકાશ મોડ્યુલેટર (SLM) નો ઉપયોગ કર્યો, થર્મલ ડિફ્યુઝન હોવા છતાં (ફિગ. 1d) 39 , 42, 46. માધ્યમનું બાષ્પીભવન ટાળવા માટે મેટલ ડીશ (આકૃતિ 1b) પર ટોચની કવરસ્લિપ મૂકો અને ઓછામાં ઓછા થોડા દિવસો સુધી અવલોકન કરો. કારણ કે આ ટોચની કવરસ્લિપ સીલ કરેલી નથી, જો જરૂરી હોય તો કોઈપણ સમયે વધારાનું માધ્યમ સરળતાથી ઉમેરી શકાય છે.
LA-HTM કેવી રીતે કાર્ય કરે છે તે સમજાવવા અને થર્મોફિલિક સંશોધનમાં તેની પ્રયોજ્યતા દર્શાવવા માટે, અમે એરોબિક બેક્ટેરિયા જીઓબેસિલસ સ્ટીરોથર્મોફિલસનો અભ્યાસ કર્યો, જેનું મહત્તમ વૃદ્ધિ તાપમાન લગભગ 60-65°C છે. બેક્ટેરિયમમાં ફ્લેગેલા અને તરવાની ક્ષમતા પણ છે, જે સામાન્ય સેલ્યુલર પ્રવૃત્તિનું બીજું સૂચક પ્રદાન કરે છે.
નમૂનાઓ (ફિગ. 1b) એક કલાક માટે 60 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર પ્રી-ઇન્ક્યુબેટ કરવામાં આવ્યા હતા અને પછી LA-HTM સેમ્પલ ધારકમાં મૂકવામાં આવ્યા હતા. આ પ્રી-ઇન્ક્યુબેશન વૈકલ્પિક છે, પરંતુ હજુ પણ ઉપયોગી છે, બે કારણોસર: પ્રથમ, જ્યારે લેસર ચાલુ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે કોષોને તરત જ વૃદ્ધિ પામે છે અને વિભાજીત કરે છે (પૂરક સામગ્રીમાં મૂવી M1 જુઓ). પ્રી-ઇક્યુબેશન વિના, દરેક વખતે જ્યારે નમૂના પર જોવાનો નવો વિસ્તાર ગરમ કરવામાં આવે છે ત્યારે બેક્ટેરિયાના વિકાસમાં સામાન્ય રીતે લગભગ 40 મિનિટનો વિલંબ થાય છે. બીજું, 1 કલાકના પ્રી-ઈન્ક્યુબેશનથી કવરસ્લિપમાં બેક્ટેરિયાના સંલગ્નતાને પ્રોત્સાહન મળ્યું, જ્યારે લેસર ચાલુ કરવામાં આવ્યું ત્યારે થર્મોફોરેસીસને કારણે કોષોને દૃશ્ય ક્ષેત્રની બહાર જતા અટકાવ્યા (પૂરક સામગ્રીમાં ફિલ્મ M2 જુઓ). થર્મોફોરેસિસ એ તાપમાનના ઢાળ સાથે કણો અથવા પરમાણુઓની હિલચાલ છે, સામાન્ય રીતે ગરમથી ઠંડા સુધી, અને બેક્ટેરિયા કોઈ અપવાદ નથી43,47. લેસર બીમને આકાર આપવા અને સપાટ તાપમાન વિતરણ પ્રાપ્ત કરવા માટે SLM નો ઉપયોગ કરીને આપેલ વિસ્તાર પર આ અનિચ્છનીય અસર દૂર કરવામાં આવે છે.
અંજીર પર. આકૃતિ 2 એ એન્યુલર લેસર બીમ (ફિગ. 1f) સાથે સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સ સાથે કોટેડ ગ્લાસ સબસ્ટ્રેટને ઇરેડિયેટ કરીને CGM દ્વારા માપવામાં આવતા તાપમાનનું વિતરણ દર્શાવે છે. લેસર બીમ દ્વારા આવરી લેવામાં આવેલા સમગ્ર વિસ્તાર પર સપાટ તાપમાનનું વિતરણ જોવા મળ્યું હતું. આ ઝોન 65 ડિગ્રી સેલ્સિયસ પર સેટ કરવામાં આવ્યું હતું, શ્રેષ્ઠ વૃદ્ધિ તાપમાન. આ પ્રદેશની બહાર, તાપમાનનો વળાંક કુદરતી રીતે \(1/r\) (જ્યાં \(r\) રેડિયલ કોઓર્ડિનેટ છે) પર પડે છે.
ગોળાકાર વિસ્તાર પર સપાટ તાપમાન પ્રોફાઇલ મેળવવા માટે સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સના સ્તરને ઇરેડિયેટ કરવા માટે વલયાકાર લેસર બીમનો ઉપયોગ કરીને મેળવેલ CGM માપનો તાપમાનનો નકશો. b તાપમાનના નકશાનું આઇસોથર્મ (a). લેસર બીમનો સમોચ્ચ ગ્રે ડોટેડ વર્તુળ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. પ્રયોગ બે વાર પુનરાવર્તિત થયો (જુઓ પૂરક સામગ્રી, આકૃતિ S4).
LA-HTM નો ઉપયોગ કરીને કેટલાક કલાકો સુધી બેક્ટેરિયલ કોશિકાઓની કાર્યક્ષમતાનું નિરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું હતું. અંજીર પર. 3 3 કલાક 20 મિનિટની મૂવીમાંથી લેવામાં આવેલી ચાર છબીઓ માટે સમય અંતરાલ બતાવે છે (મૂવી M3, પૂરક માહિતી). બેક્ટેરિયાને લેસર દ્વારા વ્યાખ્યાયિત ગોળાકાર વિસ્તારમાં સક્રિયપણે ફેલાવાનું અવલોકન કરવામાં આવ્યું હતું જ્યાં તાપમાન શ્રેષ્ઠ હતું, 65 ડિગ્રી સેલ્સિયસની નજીક. તેનાથી વિપરિત, જ્યારે તાપમાન 10 સેકન્ડ માટે 50°C ની નીચે ગયું ત્યારે કોષની વૃદ્ધિમાં નોંધપાત્ર ઘટાડો થયો હતો.
જુદા જુદા સમયે લેસર હીટિંગ પછી વધતા જી. સ્ટીરોથર્મોફિલસ બેક્ટેરિયાની ઓપ્ટિકલ ઊંડાઈની છબીઓ, (a) t = 0 મિનિટ, (b) 1 h 10 મિનિટ, (c) 2 h 20 મિનિટ, (d) 3 h 20 મિનિટ, આમાંથી 200 અનુરૂપ તાપમાનના નકશા પર સુપરઇમ્પોઝ કરાયેલ એક-મિનિટની ફિલ્મ (પૂરક માહિતીમાં પૂરી પાડવામાં આવેલ M3 ફિલ્મ)માંથી કાઢવામાં આવે છે. લેસર \(t=0\) સમયે ચાલુ થાય છે. તીવ્રતાની છબીમાં આઇસોથર્મ્સ ઉમેરવામાં આવ્યા છે.
કોષની વૃદ્ધિ અને તાપમાન પર તેની અવલંબનને વધુ માપવા માટે, અમે મૂવી M3 ક્ષેત્રના દૃશ્ય (ફિગ. 4) માં શરૂઆતમાં અલગ બેક્ટેરિયાની વિવિધ વસાહતોના બાયોમાસમાં વધારો માપ્યો. મિની કોલોની ફોર્મિંગ યુનિટ (mCFU) ની રચનાની શરૂઆતમાં પસંદ કરાયેલ પિતૃ બેક્ટેરિયા આકૃતિ S6 માં દર્શાવવામાં આવ્યા છે. શુષ્ક માસ માપન CGM 48 કેમેરા વડે લેવામાં આવ્યું હતું જેનો ઉપયોગ તાપમાનના વિતરણને મેપ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. શુષ્ક વજન અને તાપમાન માપવા માટે CGM ની ક્ષમતા એ LA-HTM ની તાકાત છે. અપેક્ષા મુજબ, ઊંચા તાપમાને બેક્ટેરિયાની ઝડપી વૃદ્ધિ થાય છે (ફિગ. 4a). ફિગ. 4b માં સેમી-લોગ પ્લોટમાં બતાવ્યા પ્રમાણે, તમામ તાપમાને વૃદ્ધિ ઘાતાંકીય વૃદ્ધિને અનુસરે છે, જ્યાં ડેટા ઘાતાંકીય કાર્યનો ઉપયોગ કરે છે \(m={m}_{0}{10}^{t/\ tau }+ {{ \mbox{cst}}}\), જ્યાં \(\tau {{{{\rm{log }}}}}}2\) – જનરેશન ટાઇમ (અથવા બમણું કરવાનો સમય), \( g =1/ \tau\) - વૃદ્ધિ દર (એકમ સમય દીઠ વિભાગોની સંખ્યા). અંજીર પર. 4c તાપમાનના કાર્ય તરીકે સંબંધિત વૃદ્ધિ દર અને જનરેશન સમય દર્શાવે છે. ઝડપથી વિકસતા mCFU ને બે કલાક પછી વૃદ્ધિની સંતૃપ્તિ દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવે છે, ઉચ્ચ બેક્ટેરિયલ ઘનતાને કારણે અપેક્ષિત વર્તન (શાસ્ત્રીય પ્રવાહી સંસ્કૃતિઓમાં સ્થિર તબક્કા જેવું જ). સામાન્ય આકાર \(g\left(T\જમણે)\) (ફિગ. 4c) 60-65°C ની આસપાસ શ્રેષ્ઠ વૃદ્ધિ દર સાથે G. સ્ટીરોથર્મોફિલસ માટે અપેક્ષિત બે-તબક્કાના વળાંકને અનુરૂપ છે. કાર્ડિનલ મોડલ (આકૃતિ S5)49 નો ઉપયોગ કરીને ડેટાને મેચ કરો જ્યાં \(\left({{G}_{0}{;\;T}}_{{\min }};{T}_{{opt}}} ;{T}_{{\max}}\right)\) = (0.70 ± 0.2; 40 ± 4; 65 ± 1.6; 67 ± 3) °C, જે સાહિત્યમાં ટાંકવામાં આવેલા અન્ય મૂલ્યો સાથે સારી રીતે સંમત છે49. તાપમાન આધારિત પરિમાણો પુનઃઉત્પાદન કરી શકાય તેવા હોવા છતાં, \({G}_{0}\) નો મહત્તમ વૃદ્ધિ દર એક પ્રયોગથી બીજામાં બદલાઈ શકે છે (આકૃતિઓ S7-S9 અને મૂવી M4 જુઓ). તાપમાન ફિટિંગ પરિમાણોથી વિપરીત, જે સાર્વત્રિક હોવું જોઈએ, મહત્તમ વૃદ્ધિ દર અવલોકન કરેલ માઇક્રોસ્કેલ ભૂમિતિમાં માધ્યમના ગુણધર્મો (પોષક તત્વોની ઉપલબ્ધતા, ઓક્સિજન સાંદ્રતા) પર આધારિત છે.
વિવિધ તાપમાને માઇક્રોબાયલ વૃદ્ધિ. mCFU: લઘુચિત્ર કોલોની રચના એકમો. તાપમાનના ઢાળમાં વૃદ્ધિ પામતા એક બેક્ટેરિયમના વિડિયોમાંથી મેળવેલ ડેટા (મૂવી M3). b (a), અર્ધ-લૉગરિધમિક સ્કેલ જેવું જ. c વૃદ્ધિ દર\(\tau\) અને જનરેશન ટાઈમ\(g\) રેખીય રીગ્રેશન (b) થી ગણવામાં આવે છે. આડી ભૂલ બાર: તાપમાન શ્રેણી કે જેના પર mCFUs વૃદ્ધિ દરમિયાન દૃશ્ય ક્ષેત્રમાં વિસ્તરે છે. વર્ટિકલ એરર બાર: રેખીય રીગ્રેશન સ્ટાન્ડર્ડ એરર.
સામાન્ય વૃદ્ધિ ઉપરાંત, કેટલાક બેક્ટેરિયા ક્યારેક લેસર હીટિંગ દરમિયાન દૃશ્યમાં તરતા હોય છે, જે ફ્લેગેલા સાથેના બેક્ટેરિયા માટે અપેક્ષિત વર્તન છે. વધારાની માહિતીમાં મૂવી M5 આવી સ્વિમિંગ પ્રવૃત્તિઓ બતાવે છે. આ પ્રયોગમાં, આકૃતિ 1d, e અને S3 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, તાપમાનનો ઢાળ બનાવવા માટે સમાન લેસર રેડિયેશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. આકૃતિ 5 એમ5 મૂવીમાંથી પસંદ કરેલ બે ઇમેજ સિક્વન્સ બતાવે છે જે દર્શાવે છે કે એક બેક્ટેરિયમ દિશાત્મક હિલચાલ દર્શાવે છે જ્યારે અન્ય તમામ બેક્ટેરિયા ગતિહીન રહે છે.
બે સમયની ફ્રેમ (a) અને (b) ડોટેડ વર્તુળો સાથે ચિહ્નિત બે અલગ અલગ બેક્ટેરિયાનું સ્વિમિંગ દર્શાવે છે. છબીઓ M5 મૂવી (પૂરક સામગ્રી તરીકે પૂરી પાડવામાં આવેલ) માંથી કાઢવામાં આવી હતી.
જી. સ્ટીરોથર્મોફિલસના કિસ્સામાં, બેક્ટેરિયાની સક્રિય હિલચાલ (ફિગ. 5) લેસર બીમ ચાલુ થયાની થોડી સેકંડ પછી શરૂ થઈ. આ અવલોકન તાપમાનમાં વધારા માટે આ થર્મોફિલિક સુક્ષ્મસજીવોના અસ્થાયી પ્રતિભાવ પર ભાર મૂકે છે, જેમ કે મોરા એટ અલ દ્વારા પહેલેથી જ અવલોકન કરવામાં આવ્યું છે. 24 LA-HTM નો ઉપયોગ કરીને બેક્ટેરિયલ ગતિશીલતા અને થર્મોટેક્સિસના વિષયને વધુ શોધી શકાય છે.
માઇક્રોબાયલ સ્વિમિંગને અન્ય પ્રકારની શારીરિક ગતિ સાથે ભેળસેળ ન કરવી જોઈએ, એટલે કે (i) બ્રાઉનિયન ગતિ, જે કોઈ ચોક્કસ દિશા વિનાની અસ્તવ્યસ્ત ગતિ હોય તેવું લાગે છે, (ii) સંવહન 50 અને થર્મોફોરેસિસ 43, જેમાં તાપમાન સાથે ગતિના નિયમિત પ્રવાહનો સમાવેશ થાય છે. ઢાળ
જી. સ્ટીરોથર્મોફિલસ સંરક્ષણ તરીકે પ્રતિકૂળ પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓના સંપર્કમાં આવે ત્યારે અત્યંત પ્રતિરોધક બીજકણ (બીજકણ રચના) ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતા માટે જાણીતું છે. જ્યારે પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓ ફરીથી અનુકૂળ બને છે, ત્યારે બીજકણ અંકુરિત થાય છે, જીવંત કોષો બનાવે છે અને વૃદ્ધિ ફરી શરૂ કરે છે. જો કે આ સ્પોર્યુલેશન/ અંકુરણ પ્રક્રિયા જાણીતી છે, તે વાસ્તવિક સમયમાં ક્યારેય જોવા મળી નથી. LA-HTM નો ઉપયોગ કરીને, અમે અહીં જી. સ્ટીરોથર્મોફિલસમાં અંકુરણની ઘટનાઓના પ્રથમ અવલોકનની જાણ કરીએ છીએ.
અંજીર પર. 6a 13 બીજકણના CGM સેટનો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવેલી ઓપ્ટિકલ ડેપ્થ (OT)ની સમય-વિરામની છબીઓ દર્શાવે છે. સમગ્ર સંગ્રહ સમય માટે (15 કલાક 6 મિનિટ, \(t=0\) - લેસર હીટિંગની શરૂઆત), 13 માંથી 4 બીજકણ અંકુરિત થયા, ક્રમિક સમય બિંદુઓ \(t=2\) h, \( 3\ ) h \(10 \)', \(9\) h \(40\)' અને \(11\) h \(30\)'. જો કે આમાંની માત્ર એક ઘટના આકૃતિ 6 માં બતાવવામાં આવી છે, 4 અંકુરણની ઘટનાઓ M6 મૂવીમાં પૂરક સામગ્રીમાં જોઈ શકાય છે. રસપ્રદ રીતે, અંકુરણ અવ્યવસ્થિત દેખાય છે: પર્યાવરણીય પરિસ્થિતિઓમાં સમાન ફેરફારો હોવા છતાં, તમામ બીજકણ એક જ સમયે અંકુરિત થતા નથી અને અંકુરિત થતા નથી.
સમય-વિરામ જેમાં 8 OT છબીઓ (તેલ નિમજ્જન, 60x, 1.25 NA ઉદ્દેશ્ય) અને (b) જી. સ્ટીરોથર્મોફિલસ એગ્રીગેટ્સનું બાયોમાસ ઉત્ક્રાંતિ. c (b) વૃદ્ધિ દરની રેખીયતાને પ્રકાશિત કરવા માટે અર્ધ-લોગ સ્કેલ પર દોરવામાં આવે છે (ડેશ રેખા).
અંજીર પર. 6b,c ડેટા સંગ્રહના સમગ્ર સમયગાળા દરમિયાન સમયના કાર્ય તરીકે દૃશ્યના ક્ષેત્રમાં સેલ વસ્તીના બાયોમાસને બતાવે છે. અંજીરમાં \(t=5\)h પર જોવા મળેલ શુષ્ક સમૂહનો ઝડપી સડો. 6b, c, દૃશ્યના ક્ષેત્રમાંથી કેટલાક કોષોના બહાર નીકળવાના કારણે. આ ચાર ઘટનાઓનો વિકાસ દર \(0.77\pm 0.1\) h-1 છે. આ મૂલ્ય આકૃતિ 3. 3 અને 4 સાથે સંકળાયેલ વૃદ્ધિ દર કરતાં વધારે છે, જ્યાં કોષો સામાન્ય રીતે વૃદ્ધિ પામે છે. બીજકણમાંથી જી. સ્ટીરોથર્મોફિલસના વધતા વૃદ્ધિ દરનું કારણ અસ્પષ્ટ છે, પરંતુ આ માપ LA-HTM ના રસને પ્રકાશિત કરે છે અને સેલ જીવનની ગતિશીલતા વિશે વધુ જાણવા માટે સિંગલ સેલ લેવલ (અથવા સિંગલ mCFU લેવલ પર) કામ કરે છે. .
LA-HTM ની વૈવિધ્યતાને વધુ પ્રદર્શિત કરવા અને ઊંચા તાપમાને તેની કામગીરી, અમે 80°C51 ના મહત્તમ વૃદ્ધિ તાપમાન સાથે હાઇપરથર્મોફિલિક એસિડોફિલિક આર્ચીયા, સલ્ફોલોબસ શિબાટેની વૃદ્ધિની તપાસ કરી. જી. સ્ટીરોથર્મોફિલસની તુલનામાં, આ આર્કિઆમાં પણ ખૂબ જ અલગ મોર્ફોલોજી છે, જે વિસ્તરેલ સળિયા (બેસિલી) ને બદલે 1 માઇક્રોન ગોળા (કોકી) જેવું લાગે છે.
આકૃતિ 7a માં CGM નો ઉપયોગ કરીને મેળવેલ S. shibatae mCFU ની ક્રમિક ઓપ્ટિકલ ઊંડાઈની છબીઓ છે (પૂરક સામગ્રીમાં M7 ફીચર ફિલ્મ જુઓ). આ mCFU લગભગ 73°C પર વધે છે, જે 80°Cના મહત્તમ તાપમાનથી નીચે છે, પરંતુ સક્રિય વૃદ્ધિ માટે તાપમાનની મર્યાદામાં છે. અમે બહુવિધ વિભાજનની ઘટનાઓનું અવલોકન કર્યું જેણે mCFU ને થોડા કલાકો પછી આર્કિઆના માઇક્રોગ્રેપ્સ જેવા દેખાડ્યા. આ OT ઈમેજોમાંથી, mCFU બાયોમાસ સમય જતાં માપવામાં આવ્યો હતો અને આકૃતિ 7b માં રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો. રસપ્રદ વાત એ છે કે, S. shibatae mCFU એ જી. સ્ટીરોથર્મોફિલસ mCFUs સાથે જોવા મળતી ઘાતાંકીય વૃદ્ધિને બદલે રેખીય વૃદ્ધિ દર્શાવી હતી. કોષ વૃદ્ધિ દરની પ્રકૃતિ વિશે 52 લાંબા સમયથી ચર્ચા ચાલી રહી છે: જ્યારે કેટલાક અભ્યાસો સૂક્ષ્મજીવાણુઓના વિકાસ દરની જાણ કરે છે જે તેમના કદ (ઘાતાંકીય વૃદ્ધિ) માટે પ્રમાણસર હોય છે, અન્યો સતત દર (રેખીય અથવા દ્વિપક્ષીય વૃદ્ધિ) દર્શાવે છે. Tzur એટ અલ.53 દ્વારા સમજાવ્યા મુજબ, ઘાતાંકીય અને (દ્વિ) રેખીય વૃદ્ધિ વચ્ચે તફાવત કરવા માટે બાયોમાસ માપનમાં <6% ની ચોકસાઈની જરૂર છે, જે મોટાભાગની QPM તકનીકો માટે પહોંચની બહાર છે, જેમાં ઇન્ટરફેરોમેટ્રી પણ સામેલ છે. Tzur એટ અલ.53 દ્વારા સમજાવ્યા મુજબ, ઘાતાંકીય અને (દ્વિ) રેખીય વૃદ્ધિ વચ્ચે તફાવત કરવા માટે બાયોમાસ માપનમાં <6% ની ચોકસાઈની જરૂર છે, જે મોટાભાગની QPM તકનીકો માટે પહોંચની બહાર છે, જેમાં ઇન્ટરફેરોમેટ્રી પણ સામેલ છે. Как объяснили Цур и др.53, различение экспоненциального и (би)линейного роста требует точности <6% в измерениях бысмерениях бысбодях бисодом льшинства методов QPM, даже с использованием интерферометрии. ઝુર એટ અલ.53 દ્વારા સમજાવ્યા મુજબ, ઘાતાંકીય અને (દ્વિ) રેખીય વૃદ્ધિ વચ્ચે તફાવત કરવા માટે બાયોમાસ માપનમાં <6% ચોકસાઈની જરૂર છે, જે ઇન્ટરફેરોમેટ્રીનો ઉપયોગ કરીને પણ મોટાભાગની QPM પદ્ધતિઓ માટે અગમ્ય છે.ઝુર એટ અલ દ્વારા સમજાવ્યા મુજબ. 53, ઘાતાંકીય અને (દ્વિ) રેખીય વૃદ્ધિ વચ્ચેના તફાવત માટે બાયોમાસ માપનમાં 6% કરતા ઓછી ચોકસાઈની જરૂર છે, જે મોટાભાગની QPM પદ્ધતિઓ માટે અગમ્ય છે, પછી ભલેને ઇન્ટરફેરોમેટ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે. CGM બાયોમાસ માપન 36,48 માં સબ-પીજી ચોકસાઈ સાથે આ ચોકસાઈ પ્રાપ્ત કરે છે.
સમય-વિરામ જેમાં 6 OT છબીઓ (તેલ નિમજ્જન, 60x, NA ઉદ્દેશ્ય 1.25) અને (b) CGM સાથે માપવામાં આવેલ માઇક્રો-CFU બાયોમાસ ઉત્ક્રાંતિનો સમાવેશ થાય છે. વધુ માહિતી માટે મૂવી M7 જુઓ.
S. shibatae ની સંપૂર્ણ રેખીય વૃદ્ધિ અણધારી હતી અને હજુ સુધી તેની જાણ કરવામાં આવી નથી. જો કે, ઘાતાંકીય વૃદ્ધિ અપેક્ષિત છે, ઓછામાં ઓછું કારણ કે સમય જતાં, 2, 4, 8, 16 … કોષોના બહુવિધ વિભાગો થવા જોઈએ. અમે અનુમાન કર્યું છે કે રેખીય વૃદ્ધિ ગાઢ સેલ પેકિંગને કારણે કોષના અવરોધને કારણે હોઈ શકે છે, જેમ કોષની વૃદ્ધિ ધીમી પડે છે અને છેવટે જ્યારે કોષની ઘનતા ખૂબ ઊંચી હોય ત્યારે નિષ્ક્રિય સ્થિતિમાં પહોંચે છે.
અમે બદલામાં રસના નીચેના પાંચ મુદ્દાઓની ચર્ચા કરીને નિષ્કર્ષ કાઢીએ છીએ: હીટિંગ વોલ્યુમમાં ઘટાડો, થર્મલ જડતામાં ઘટાડો, સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સમાં રસ, જથ્થાત્મક તબક્કાની માઇક્રોસ્કોપીમાં રસ, અને સંભવિત તાપમાન શ્રેણી જેમાં LA-HTM નો ઉપયોગ કરી શકાય છે.
પ્રતિરોધક ગરમીની તુલનામાં, HTM વિકાસ માટે ઉપયોગમાં લેવાતી લેસર હીટિંગ ઘણા ફાયદાઓ પ્રદાન કરે છે, જે અમે આ અભ્યાસમાં સમજાવીએ છીએ. ખાસ કરીને, માઇક્રોસ્કોપના દૃષ્ટિકોણના ક્ષેત્રમાં પ્રવાહી માધ્યમોમાં, હીટિંગ વોલ્યુમ થોડા (10 μm) 3 વોલ્યુમની અંદર રાખવામાં આવે છે. આ રીતે, માત્ર અવલોકન કરાયેલા સૂક્ષ્મજીવાણુઓ જ સક્રિય હોય છે, જ્યારે અન્ય બેક્ટેરિયા નિષ્ક્રિય હોય છે અને તેનો ઉપયોગ નમૂનાનો વધુ અભ્યાસ કરવા માટે થઈ શકે છે - દર વખતે નવા તાપમાનની તપાસ કરવાની જરૂર હોય ત્યારે નમૂનાને બદલવાની જરૂર નથી. વધુમાં, માઇક્રોસ્કેલ હીટિંગ તાપમાનની વિશાળ શ્રેણીની સીધી તપાસ કરવાની મંજૂરી આપે છે: આકૃતિ 4c 3-કલાકની મૂવી (મૂવી M3) માંથી મેળવવામાં આવી હતી, જેમાં સામાન્ય રીતે ઘણા નમૂનાઓની તૈયારી અને તપાસની જરૂર પડે છે - અભ્યાસ હેઠળના દરેક નમૂનાઓ માટે એક. y એ પ્રયોગમાં દિવસોની સંખ્યા દર્શાવતું તાપમાન છે. ગરમ જથ્થાને ઘટાડવાથી માઇક્રોસ્કોપની આસપાસના તમામ ઓપ્ટિકલ ઘટકો, ખાસ કરીને ઉદ્દેશ્ય લેન્સ, ઓરડાના તાપમાને રાખે છે, જે અત્યાર સુધી સમુદાય દ્વારા સામનો કરવામાં આવતી મોટી સમસ્યા છે. LA-HTM નો ઉપયોગ કોઈપણ લેન્સ સાથે થઈ શકે છે, જેમાં ઓઈલ ઈમર્સન લેન્સનો સમાવેશ થાય છે, અને દૃશ્યના ક્ષેત્રમાં આત્યંતિક તાપમાન હોવા છતાં પણ તે ઓરડાના તાપમાને રહેશે. આ અભ્યાસમાં અમે જે લેસર હીટિંગ પદ્ધતિની જાણ કરીએ છીએ તેની મુખ્ય મર્યાદા એ છે કે જે કોષો અનુસરતા નથી અથવા તરતા નથી તે દૃશ્યના ક્ષેત્રથી દૂર અને અભ્યાસ કરવા મુશ્કેલ હોઈ શકે છે. થોડાક સો માઈક્રોનથી વધુ તાપમાનમાં વધારો હાંસલ કરવા માટે ઓછા મેગ્નિફિકેશન લેન્સનો ઉપયોગ કરવાનો ઉપાય હોઈ શકે છે. આ સાવચેતી અવકાશી રીઝોલ્યુશનમાં ઘટાડો સાથે છે, પરંતુ જો ધ્યેય સુક્ષ્મસજીવોની હિલચાલનો અભ્યાસ કરવાનો છે, તો ઉચ્ચ અવકાશી રીઝોલ્યુશનની જરૂર નથી.
સિસ્ટમને ગરમ કરવા (અને ઠંડક) માટેનો સમય સ્કેલ \({{{{{\rm{\tau }}}}}}}}}}}}} {{{\mbox{D}}}}\) તેના કદ પર આધાર રાખે છે, કાયદા અનુસાર \({{{({\rm{\tau }}}}}}__{{{\mbox{D}}}}={L}^{2}/D\), જ્યાં \ (L\ ) એ ઉષ્મા સ્ત્રોતનું લાક્ષણિક કદ છે (અમારા અભ્યાસમાં લેસર બીમનો વ્યાસ \(L\ લગભગ 100\) μm છે), \(D\) એ પર્યાવરણની થર્મલ ડિફ્યુસિવિટી છે (સરેરાશ કેસ, ગ્લાસ અને વોટર ડિફ્યુઝન રેટ\(D\ લગભગ 2\ ગણો {10}^{-7}\) m2/s). તાપમાનમાં ફેરફારની અપેક્ષા રાખી શકાય છે.
અમારી સૂચિત પદ્ધતિ કોઈપણ પ્રકાશ-શોષક સબસ્ટ્રેટને લાગુ પડે છે (ઉદાહરણ તરીકે, ITO કોટિંગ સાથેના વ્યવસાયિક નમૂનાઓ). જો કે, સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સ ઇન્ફ્રારેડમાં ઉચ્ચ શોષણ અને દૃશ્યમાન શ્રેણીમાં ઓછું શોષણ પ્રદાન કરવામાં સક્ષમ છે, જેની બાદની લાક્ષણિકતાઓ દૃશ્યમાન શ્રેણીમાં અસરકારક ઓપ્ટિકલ અવલોકન માટે રસ ધરાવે છે, ખાસ કરીને ફ્લોરોસેન્સનો ઉપયોગ કરતી વખતે. વધુમાં, સોનું જૈવ સુસંગત છે, રાસાયણિક રીતે નિષ્ક્રિય છે, ઓપ્ટિકલ ઘનતા 530 nm થી નજીકના ઇન્ફ્રારેડ સુધી ગોઠવી શકાય છે, અને નમૂનાની તૈયારી સરળ અને આર્થિક છે29.
ટ્રાંસવર્સ ગ્રેટિંગ વેવફ્રન્ટ માઇક્રોસ્કોપી (CGM) માઇક્રોસ્કેલ પર માત્ર તાપમાન મેપિંગ જ નહીં, પણ બાયોમાસ મોનિટરિંગને પણ મંજૂરી આપે છે, જે તેને LA-HTM સાથે સંયોજનમાં ખાસ કરીને ઉપયોગી (જો જરૂરી ન હોય તો) બનાવે છે. છેલ્લા એક દાયકામાં, અન્ય તાપમાન માઇક્રોસ્કોપી તકનીકો વિકસાવવામાં આવી છે, ખાસ કરીને બાયોઇમેજિંગના ક્ષેત્રમાં, અને તેમાંના મોટા ભાગનાને તાપમાન-સંવેદનશીલ ફ્લોરોસન્ટ પ્રોબ્સ54,55ના ઉપયોગની જરૂર છે. જો કે, આ પદ્ધતિઓની ટીકા કરવામાં આવી છે અને કેટલાક અહેવાલોએ કોષોની અંદર તાપમાનના અવાસ્તવિક ફેરફારોને માપ્યા છે, સંભવતઃ એ હકીકતને કારણે કે ફ્લોરોસેન્સ તાપમાન સિવાયના ઘણા પરિબળો પર આધારિત છે. વધુમાં, મોટાભાગના ફ્લોરોસન્ટ પ્રોબ્સ ઊંચા તાપમાને અસ્થિર હોય છે. તેથી, QPM અને ખાસ કરીને CGM ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપીનો ઉપયોગ કરીને ઊંચા તાપમાને જીવનનો અભ્યાસ કરવા માટે એક આદર્શ તાપમાન માઇક્રોસ્કોપી તકનીકનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
S. shibatae ના અભ્યાસો, જે 80°C પર શ્રેષ્ઠ રીતે જીવે છે, તે દર્શાવે છે કે LA-HTM માત્ર સાધારણ થર્મોફાઈલ્સ જ નહીં, પરંતુ હાઈપરથર્મોફાઈલ્સના અભ્યાસ માટે લાગુ કરી શકાય છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, LA-HTM નો ઉપયોગ કરીને પહોંચી શકાય તેવા તાપમાનની શ્રેણીની કોઈ મર્યાદા નથી, અને 100 °C થી ઉપરનું તાપમાન પણ ઉકળતા વિના વાતાવરણીય દબાણ પર પહોંચી શકાય છે, જેમ કે વાતાવરણીય પર હાઇડ્રોથર્મલ રસાયણશાસ્ત્ર એપ્લિકેશન્સમાં અમારા 38 ના જૂથ દ્વારા દર્શાવવામાં આવ્યું છે. દબાણ A. એ જ રીતે સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સ 40 ને ગરમ કરવા માટે લેસરનો ઉપયોગ થાય છે. આમ, LA-HTM પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓ (એટલે ​​કે પર્યાવરણીય તાણ હેઠળ) પ્રમાણભૂત ઉચ્ચ રીઝોલ્યુશન ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી સાથે અભૂતપૂર્વ હાઇપરથર્મોફાઇલ્સને જોવા માટે ઉપયોગમાં લેવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.
બધા પ્રયોગો હોમમેઇડ માઇક્રોસ્કોપનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવ્યા હતા, જેમાં કોહલર ઇલ્યુમિનેશન (LED, M625L3, Thorlabs, 700 mW સાથે), મેન્યુઅલ xy ચળવળ સાથેનો નમૂનો ધારક, ઉદ્દેશ્યો (Olympus, 60x, 0.7 NA, હવા, LUCPlanFLN60X, O150x, O150x. , UPLFLN60XOI), CGM કૅમેરો (QLSI ક્રોસ ગ્રેટિંગ, 39 µm પિચ, Andor Zyla કૅમેરા સેન્સરથી 0.87 mm) તીવ્રતા અને વેવફ્રન્ટ ઇમેજિંગ પ્રદાન કરવા માટે, અને sCMOS કૅમેરા (ORCA Flash 4.0 V3, 16-bit મોડ , હમામાત્સુથી રેકોર્ડ કરવા) આકૃતિ 5 (બેક્ટેરિયલ સ્વિમિંગ) માં બતાવેલ ડેટા. ડિક્રોઇક બીમ સ્પ્લિટર એ 749 nm બ્રાઇટલાઇન એજ (સેમરોક, FF749-SDi01) છે. કેમેરાની આગળનું ફિલ્ટર 694 શોર્ટ પાસ ફિલ્ટર (FF02-694/SP-25, Semrock) છે. ટાઇટેનિયમ સફાયર લેસર (લેસર વર્ડી G10, 532 nm, 10 W, પમ્પ્ડ સુનામી લેસર કેવિટી, ફિગ 2-5માં સ્પેક્ટ્રા-ફિઝિક્સ, આગળ મિલેનિયા લેસર, સ્પેક્ટ્રાફિઝિક્સ 10 W, પમ્પ્ડ મીરા લેસર કેવિટી, કોહેરન્ટ, F.2 માટે -5). 6 અને 7) તરંગલંબાઇ \({{{({\rm{\lambda }}}}}}=800\) nm પર સેટ છે, જે સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સના પ્લાઝમોન રેઝોનન્સ સ્પેક્ટ્રમને અનુરૂપ છે. અવકાશી પ્રકાશ મોડ્યુલેટર (1920 × 1152 પિક્સેલ્સ) મીડોલાર્ક ઓપ્ટિક્સમાંથી ખરીદવામાં આવ્યા હતા.
ક્રોસ ગ્રેટિંગ વેવફ્રન્ટ માઈક્રોસ્કોપી (CGM) એ પરંપરાગત કેમેરાના સેન્સરથી એક મિલીમીટરના અંતરે દ્વિ-પરિમાણીય વિવર્તન ગ્રેટિંગ (જેને ક્રોસ ગ્રેટિંગ તરીકે પણ ઓળખાય છે)ના સંયોજન પર આધારિત ઓપ્ટિકલ માઇક્રોસ્કોપી તકનીક છે. CGM નું સૌથી સામાન્ય ઉદાહરણ જેનો અમે આ અભ્યાસમાં ઉપયોગ કર્યો છે તેને ચાર-તરંગલંબાઇ ટ્રાંસવર્સ શિફ્ટ ઇન્ટરફેરોમીટર (QLSI) કહેવામાં આવે છે, જ્યાં ક્રોસ-ગ્રેટિંગમાં પ્રિમોટ એટ અલ દ્વારા રજૂ કરાયેલ અને પેટન્ટ કરાયેલ તીવ્રતા/તબક્કા ચેકરબોર્ડ પેટર્નનો સમાવેશ થાય છે. 200034 માં. ઊભી અને આડી જાળીની રેખાઓ સેન્સર પર ગ્રીડ જેવા પડછાયાઓ બનાવે છે, જેનું વિકૃતિ ઘટના પ્રકાશના ઓપ્ટિકલ વેવફ્રન્ટ વિકૃતિ (અથવા સમકક્ષ તબક્કા પ્રોફાઇલ) મેળવવા માટે વાસ્તવિક સમયમાં સંખ્યાત્મક રીતે પ્રક્રિયા કરી શકાય છે. જ્યારે માઇક્રોસ્કોપ પર ઉપયોગ થાય છે, ત્યારે CGM કૅમેરો નેનોમીટર 36 ના ક્રમમાં સંવેદનશીલતા સાથે, છબીવાળી ઑબ્જેક્ટના ઑપ્ટિકલ પાથ તફાવતને પ્રદર્શિત કરી શકે છે, જેને ઑપ્ટિકલ ડેપ્થ (OT) તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. કોઈપણ CGM માપમાં, ઓપ્ટિકલ ઘટકો અથવા બીમમાં કોઈપણ ખામીને દૂર કરવા માટે, પ્રાથમિક સંદર્ભ OT ઇમેજ લેવી જોઈએ અને પછીની કોઈપણ છબીઓમાંથી બાદબાકી કરવી જોઈએ.
સંદર્ભમાં વર્ણવ્યા પ્રમાણે CGM કેમેરાનો ઉપયોગ કરીને તાપમાનની માઇક્રોસ્કોપી કરવામાં આવી હતી. 32. ટૂંકમાં, પ્રવાહીને ગરમ કરવાથી તેના રીફ્રેક્ટિવ ઇન્ડેક્સમાં ફેરફાર થાય છે, થર્મલ લેન્સ અસર બનાવે છે જે ઘટના બીમને વિકૃત કરે છે. આ વેવફ્રન્ટ વિકૃતિને CGM દ્વારા માપવામાં આવે છે અને પ્રવાહી માધ્યમમાં ત્રિ-પરિમાણીય તાપમાન વિતરણ મેળવવા માટે ડીકોનવોલ્યુશન અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે. જો સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સ સમગ્ર નમૂનામાં સમાનરૂપે વિતરિત કરવામાં આવે, તો બેક્ટેરિયા-મુક્ત વિસ્તારોમાં તાપમાન મેપિંગ સારી છબીઓ બનાવવા માટે કરી શકાય છે, જે આપણે ક્યારેક કરીએ છીએ. સંદર્ભ CGM ઇમેજને ગરમ કર્યા વિના (લેસર બંધ સાથે) હસ્તગત કરવામાં આવી હતી અને ત્યારબાદ લેસર ચાલુ સાથેની ઇમેજમાં તે જ સ્થાને કેપ્ચર કરવામાં આવી હતી.
તાપમાન ઇમેજિંગ માટે ઉપયોગમાં લેવાતા સમાન CGM કેમેરાનો ઉપયોગ કરીને શુષ્ક માસ માપન પ્રાપ્ત થાય છે. બેક્ટેરિયાની હાજરીને કારણે OTમાં કોઈપણ અસંગતતાને સરેરાશ કરવાના સાધન તરીકે એક્સપોઝર દરમિયાન સેમ્પલને x અને y માં ઝડપથી ખસેડીને CGM સંદર્ભ છબીઓ મેળવવામાં આવી હતી. બેક્ટેરિયાની ઓટી ઈમેજીસમાંથી, રેફમાં વર્ણવેલ પ્રક્રિયાને અનુસરીને, મેટલેબના હોમમેઇડ સેગ્મેન્ટેશન એલ્ગોરિધમ (પેટાવિભાગ “ન્યુમેરિકલ કોડ” જુઓ) નો ઉપયોગ કરીને પસંદ કરેલ વિસ્તારો પર ઈમેજોના જોડાણનો ઉપયોગ કરીને તેમનો બાયોમાસ મેળવવામાં આવ્યો હતો. 48. ટૂંકમાં, અમે સંબંધનો ઉપયોગ કરીએ છીએ \(m={\alpha}^{-1}\iint {{\mbox{OT}}}\left(x,y\right){{\mbox{d}} } x{{\mbox{d}}y\), જ્યાં \({{\mbox{OT}}}\left(x,y\right)\) એ ઓપ્ટિકલ ડેપ્થ ઈમેજ છે, \(m\) છે શુષ્ક વજન અને \({{{{\rm{\alpha }}}}}\) એક સ્થિરાંક છે. અમે \({{{{\rm{\alpha))))))=0.18\) µm3/pg પસંદ કર્યું, જે જીવંત કોષો માટે એક લાક્ષણિક સ્થિરાંક છે.
સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સ સાથે કોટેડ 25 મીમી વ્યાસ અને 150 µm જાડા કવર સ્લિપને એટોફ્લોરટીએમ ચેમ્બર (થર્મોફિશર) માં સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સનો સામનો કરીને મૂકવામાં આવી હતી. જીઓબેસિલસ સ્ટીરોથર્મોફિલસને પ્રયોગોના દરેક દિવસ પહેલા LB માધ્યમ (200 rpm, 60°C)માં રાતોરાત પૂર્વસંવર્ધન કરવામાં આવ્યું હતું. 0.3 થી 0.5 ની ઓપ્ટિકલ ડેન્સિટી (OD) સાથે G. સ્ટીરોથર્મોફિલસના સસ્પેન્શનના 5 μl ની ડ્રોપ સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સ સાથે કવર સ્લિપ પર મૂકવામાં આવી હતી. પછી, મધ્યમાં 5 મીમી વ્યાસવાળા છિદ્ર સાથે 18 મીમી વ્યાસની રાઉન્ડ કવર સ્લિપને ડ્રોપ પર નાખવામાં આવી હતી, અને સમાન ઓપ્ટિકલ ઘનતા સાથે 5 μl બેક્ટેરિયલ સસ્પેન્શન છિદ્રની મધ્યમાં વારંવાર લાગુ કરવામાં આવ્યું હતું. કવરસ્લિપ્સ પરના કુવાઓ સંદર્ભમાં વર્ણવેલ પ્રક્રિયા અનુસાર તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. 45 (વધુ માહિતી માટે પૂરક માહિતી જુઓ). પછી પ્રવાહી સ્તરને સૂકવવાથી અટકાવવા માટે કવરસ્લિપમાં 1 મિલી એલબી માધ્યમ ઉમેરો. સેવન દરમિયાન માધ્યમના બાષ્પીભવનને રોકવા માટે છેલ્લી કવરસ્લિપ Attofluor™ ચેમ્બરના બંધ ઢાંકણ પર મૂકવામાં આવે છે. અંકુરણ પ્રયોગો માટે, અમે બીજકણનો ઉપયોગ કર્યો, જે પરંપરાગત પ્રયોગો પછી, કેટલીકવાર ટોચની કવરસ્લિપને આવરી લે છે. સલ્ફોલોબસ શિબેટા મેળવવા માટે સમાન પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. થિયોબેસિલસ સેરાટાની પ્રાથમિક ખેતીના ત્રણ દિવસ (200 rpm, 75°C) મધ્યમ 182 (DSMZ)માં કરવામાં આવ્યા હતા.
માઇસેલર બ્લોક કોપોલિમર લિથોગ્રાફી દ્વારા સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સના નમૂનાઓ તૈયાર કરવામાં આવ્યા હતા. આ પ્રક્રિયા પ્રકરણમાં વિગતવાર વર્ણવેલ છે. 60. સંક્ષિપ્તમાં, એચએયુસીએલ4 સાથે કોપોલિમરને ટોલ્યુએનમાં ભેળવીને સોનાના આયનોને સમાવતા માઇસેલ્સનું સંશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. પછી સાફ કરેલી કવરસ્લિપ્સને સોલ્યુશનમાં બોળી દેવામાં આવી હતી અને સોનાના બીજ મેળવવા માટે ઘટાડનાર એજન્ટની હાજરીમાં યુવી ઇરેડિયેશન સાથે સારવાર કરવામાં આવી હતી. છેલ્લે, KAuCl4 અને ઇથેનોલામાઇનના જલીય દ્રાવણ સાથે 16 મિનિટ સુધી કવરસ્લિપનો સંપર્ક કરીને સોનાના બીજ ઉગાડવામાં આવ્યા હતા, જેના પરિણામે નજીકના ઇન્ફ્રારેડમાં બિન-ગોળાકાર સોનાના નેનોપાર્ટિકલ્સની અર્ધ-સામયિક અને ખૂબ સમાન ગોઠવણી થઈ હતી.
ઇન્ટરફેરોગ્રામને OT ઇમેજમાં કન્વર્ટ કરવા માટે, અમે હોમમેઇડ અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કર્યો છે, જે લિંકમાં વિગતવાર છે. 33 અને નીચેની સાર્વજનિક રિપોઝીટરીમાં Matlab પેકેજ તરીકે ઉપલબ્ધ છે: https://github.com/baffou/CGMprocess. પેકેજ રેકોર્ડ કરેલ ઇન્ટરફેરોગ્રામ્સ (સંદર્ભ છબીઓ સહિત) અને કેમેરા એરે અંતરના આધારે તીવ્રતા અને OT છબીઓની ગણતરી કરી શકે છે.
આપેલ તાપમાન પ્રોફાઇલ મેળવવા માટે SLM પર લાગુ કરેલ તબક્કાની પેટર્નની ગણતરી કરવા માટે, અમે અગાઉ વિકસિત હોમમેઇડ અલ્ગોરિધમ 39,42 નો ઉપયોગ કર્યો જે નીચેની સાર્વજનિક ભંડારમાં ઉપલબ્ધ છે: https://github.com/baffou/SLM_temperatureShaping. ઇનપુટ એ ઇચ્છિત તાપમાન ક્ષેત્ર છે, જેને ડિજિટલી અથવા મોનોક્રોમ bmp ઇમેજ દ્વારા સેટ કરી શકાય છે.
કોષોને વિભાજિત કરવા અને તેમના શુષ્ક વજનને માપવા માટે, અમે નીચેના સાર્વજનિક ભંડારમાં પ્રકાશિત અમારા Matlab અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કર્યો: https://github.com/baffou/CGM_magicWandSegmentation. દરેક છબી પર, વપરાશકર્તાએ રસ ધરાવતા બેક્ટેરિયા અથવા mCFU પર ક્લિક કરવું જોઈએ, લાકડીની સંવેદનશીલતાને સમાયોજિત કરવી જોઈએ અને પસંદગીની પુષ્ટિ કરવી જોઈએ.
અભ્યાસ ડિઝાઇન પર વધુ માહિતી માટે, આ લેખ સાથે જોડાયેલ નેચર રિસર્ચ રિપોર્ટ અમૂર્ત જુઓ.
આ અભ્યાસના પરિણામોને સમર્થન આપતો ડેટા સંબંધિત લેખકો પાસેથી વાજબી વિનંતી પર ઉપલબ્ધ છે.
આ અભ્યાસમાં વપરાયેલ સ્રોત કોડ પદ્ધતિઓ વિભાગમાં વિગતવાર છે, અને ડીબગ સંસ્કરણો નીચેની રીપોઝીટરીઝમાં https://github.com/baffou/ પરથી ડાઉનલોડ કરી શકાય છે: SLM_temperatureShaping, CGMprocess અને CGM_magicWandSegmentation.
મહેતા, આર., સિંઘલ, પી., સિંઘ, એચ., દામલે, ડી. અને શર્મા, એકે ઇન્સાઇટ ઇન થર્મોફાઇલ્સ અને તેમની વ્યાપક-સ્પેક્ટ્રમ એપ્લિકેશન. મહેતા, આર., સિંઘલ, પી., સિંઘ, એચ., દામલે, ડી. અને શર્મા, એકે ઇન્સાઇટ ઇન થર્મોફાઇલ્સ અને તેમની વ્યાપક-સ્પેક્ટ્રમ એપ્લિકેશન.મહેતા, આર., સિંઘલ, પી., સિંઘ, એચ., દામલે, ડી. અને શર્મા, એકે વિહંગાવલોકન થર્મોફાઈલ્સ અને તેમની વ્યાપક એપ્લિકેશન. મહેતા, આર., સિંઘલ, પી., સિંઘ, એચ., દામલે, ડી. અને શર્મા, એકે 深入了解嗜热菌及其广谱应用. મહેતા, આર., સિંઘલ, પી., સિંઘ, એચ., દામલે, ડી. અને શર્મા, એકે.મહેતા આર., સિંઘલ પી., સિંઘ એચ., દામલે ડી. અને શર્મા એ.કે. થર્મોફિલ્સની ઊંડી સમજ અને એપ્લિકેશનની વિશાળ શ્રેણી.3 બાયોટેકનોલોજી 6, 81 (2016).