లేజర్-హీటెడ్ గోల్డ్ నానోపార్టికల్స్‌తో విట్రోలో గమనించిన అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద జీవితం

Nature.comని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ సంస్కరణకు పరిమిత CSS మద్దతు ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాల్సిందిగా మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా Internet Explorerలో అనుకూలత మోడ్‌ని నిలిపివేయండి). ఈ సమయంలో, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము సైట్‌ను స్టైల్స్ మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా రెండర్ చేస్తాము.
థర్మోఫిల్స్ అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద వృద్ధి చెందే సూక్ష్మజీవులు. వాటిని అధ్యయనం చేయడం వల్ల జీవితం తీవ్రమైన పరిస్థితులకు ఎలా అనుగుణంగా ఉంటుందనే దాని గురించి విలువైన సమాచారాన్ని అందించవచ్చు. అయినప్పటికీ, సాంప్రదాయ ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోప్‌లతో అధిక ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితులను సాధించడం కష్టం. స్థానిక రెసిస్టివ్ ఎలక్ట్రికల్ హీటింగ్ ఆధారంగా అనేక గృహ-నిర్మిత పరిష్కారాలు ప్రతిపాదించబడ్డాయి, అయితే సాధారణ వాణిజ్య పరిష్కారం లేదు. ఈ పేపర్‌లో, వినియోగదారు వాతావరణాన్ని తేలికగా ఉంచుతూ థర్మోఫైల్ అధ్యయనాల కోసం అధిక ఉష్ణోగ్రతలను అందించడానికి మైక్రోస్కోప్ ఫీల్డ్ ఆఫ్ వ్యూలో మైక్రోస్కేల్ లేజర్ హీటింగ్ అనే భావనను మేము పరిచయం చేస్తున్నాము. మితమైన లేజర్ తీవ్రతతో మైక్రోస్కేల్ హీటింగ్‌ను బంగారు నానోపార్టికల్ కోటెడ్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ని బయో కాంపాజిబుల్ మరియు సమర్థవంతమైన లైట్ అబ్జార్బర్‌గా ఉపయోగించి సాధించవచ్చు. మైక్రోస్కేల్ ఫ్లూయిడ్ ఉష్ణప్రసరణ, సెల్ నిలుపుదల మరియు సెంట్రిఫ్యూగల్ థర్మోఫోరేటిక్ మోషన్ యొక్క సంభావ్య ప్రభావాలు చర్చించబడ్డాయి. ఈ పద్ధతి రెండు జాతులలో ప్రదర్శించబడింది: (i) జియోబాసిల్లస్ స్టీరోథెర్మోఫిలస్, చురుకైన థర్మోఫిలిక్ బాక్టీరియం 65°C వద్ద పునరుత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది మైక్రోస్కేల్ హీటింగ్‌లో మొలకెత్తడం, పెరగడం మరియు ఈత కొట్టడం మేము గమనించాము; (ii) థియోబాసిల్లస్ sp., ఒక సరైన హైపర్‌థెర్మోఫిలిక్ ఆర్కియా. 80°C వద్ద. ఈ పని ఆధునిక మరియు సరసమైన మైక్రోస్కోపీ సాధనాలను ఉపయోగించి థర్మోఫిలిక్ సూక్ష్మజీవుల యొక్క సాధారణ మరియు సురక్షితమైన పరిశీలనకు మార్గం సుగమం చేస్తుంది.
బిలియన్ల సంవత్సరాలలో, మన మానవ దృక్పథం నుండి కొన్నిసార్లు విపరీతంగా పరిగణించబడే అనేక రకాల పర్యావరణ పరిస్థితులకు అనుగుణంగా భూమిపై జీవితం అభివృద్ధి చెందింది. ప్రత్యేకించి, థర్మోఫైల్స్ అని పిలువబడే కొన్ని థర్మోఫిలిక్ సూక్ష్మజీవులు (బ్యాక్టీరియా, ఆర్కియా, శిలీంధ్రాలు) ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో 45 ° C నుండి 122 ° C1, 2, 3, 4 వరకు వృద్ధి చెందుతాయి. థర్మోఫైల్స్ లోతైన సముద్ర జల ఉష్ణ రంధ్రాలు, వేడి నీటి బుగ్గలు వంటి వివిధ పర్యావరణ వ్యవస్థలలో నివసిస్తాయి. లేదా అగ్నిపర్వత ప్రాంతాలు. వారి పరిశోధన గత కొన్ని దశాబ్దాలుగా కనీసం రెండు కారణాల వల్ల చాలా ఆసక్తిని రేకెత్తించింది. మొదట, మనం వాటి నుండి నేర్చుకోవచ్చు, ఉదాహరణకు, థర్మోఫిల్స్ 5, 6, ఎంజైమ్‌లు 7, 8 మరియు పొరలు 9 అటువంటి అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద ఎలా స్థిరంగా ఉంటాయి లేదా థర్మోఫైల్స్ తీవ్ర స్థాయి రేడియేషన్‌ను ఎలా తట్టుకోగలవు. రెండవది, ఇంధన ఉత్పత్తి13,14,15,16, రసాయన సంశ్లేషణ (డైహైడ్రో, ఆల్కహాల్స్, మీథేన్, అమైనో ఆమ్లాలు మొదలైనవి) 17, బయోమైనింగ్18 మరియు థర్మోస్టేబుల్ బయోక్యాటలిస్ట్‌లు7 ,11, వంటి అనేక ముఖ్యమైన బయోటెక్నాలజికల్ అప్లికేషన్‌లకు ఇవి ఆధారం. 13. ప్రత్యేకించి, ప్రస్తుతం బాగా తెలిసిన పాలిమరేస్ చైన్ రియాక్షన్ (PCR)19 అనేది థర్మోఫిలిక్ బాక్టీరియం థర్మస్ ఆక్వాటికస్ నుండి వేరుచేయబడిన ఎంజైమ్ (టాక్ పాలిమరేస్)ను కలిగి ఉంటుంది, ఇది కనుగొనబడిన మొదటి థర్మోఫైల్స్‌లో ఒకటి.
అయినప్పటికీ, థర్మోఫిల్స్ అధ్యయనం అంత తేలికైన పని కాదు మరియు ఏ జీవశాస్త్ర ప్రయోగశాలలోనూ మెరుగుపరచబడదు. ప్రత్యేకించి, లివింగ్ థర్మోఫిల్స్‌ను ఏ ప్రామాణిక లైట్ మైక్రోస్కోప్‌తో విట్రోలో గమనించడం సాధ్యం కాదు, వాణిజ్యపరంగా అందుబాటులో ఉన్న హీటింగ్ చాంబర్‌లతో కూడా, సాధారణంగా 40°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల కోసం రేట్ చేయబడుతుంది. 1990ల నుండి, కొన్ని పరిశోధనా బృందాలు మాత్రమే అధిక-ఉష్ణోగ్రత మైక్రోస్కోపీ (HTM) వ్యవస్థల పరిచయం కోసం తమను తాము అంకితం చేసుకున్నాయి. 1994లో గ్లుఖ్ మరియు ఇతరులు. వాయురహితం 20 నిర్వహించడానికి మూసివేయబడిన దీర్ఘచతురస్రాకార కేశనాళికల ఉష్ణోగ్రతను నియంత్రించే పెల్టియర్ సెల్ యొక్క ఉపయోగం ఆధారంగా తాపన/శీతలీకరణ గది రూపొందించబడింది. పరికరాన్ని 2 °C/s చొప్పున 100 °C వరకు వేడి చేయవచ్చు, దీని వలన రచయితలు హైపర్‌థెర్మోఫిలిక్ బాక్టీరియం Thermotoga maritima21 యొక్క చలనశీలతను అధ్యయనం చేయవచ్చు. 1999లో హార్న్ మరియు ఇతరులు. కణ విభజన/అనుసంధానాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి వాణిజ్య సూక్ష్మదర్శినికి అనువైన వేడిచేసిన కేశనాళికల ఉపయోగం ఆధారంగా ఇప్పటికీ చాలా సారూప్య పరికరం అభివృద్ధి చేయబడింది. చాలా కాలం పాటు సాపేక్ష నిష్క్రియాత్మకత తర్వాత, ప్రభావవంతమైన HTMల కోసం శోధన 2012లో పునఃప్రారంభించబడింది, ప్రత్యేకించి హార్న్ మరియు ఇతరులు కనిపెట్టిన పరికరాన్ని ఉపయోగించిన Wirth సమూహం యొక్క వరుస పేపర్‌లకు సంబంధించి. పదిహేనేళ్ల క్రితం, హైపర్‌థెర్మోఫిల్స్‌తో సహా పెద్ద సంఖ్యలో ఆర్కియా యొక్క చలనశీలత, వేడిచేసిన కేశనాళికలని ఉపయోగించి 100°C వరకు ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అధ్యయనం చేయబడింది23,24. వారు వేగవంతమైన వేడిని సాధించడానికి (సెట్ ఉష్ణోగ్రతను చేరుకోవడానికి 35 నిమిషాలకు బదులుగా అనేక నిమిషాలు) మరియు మీడియం అంతటా 2 సెం.మీ కంటే ఎక్కువ సరళ ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతను సాధించడానికి అసలు సూక్ష్మదర్శినిని కూడా సవరించారు. ఈ ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత ఆకృతి పరికరం (TGFD) జీవశాస్త్ర సంబంధిత దూరాలు 24, 25 వద్ద ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతల్లోని అనేక థర్మోఫైల్స్ యొక్క చలనశీలతను అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించబడింది.
క్లోజ్డ్ కేశనాళికలను వేడి చేయడం అనేది ప్రత్యక్ష థర్మోఫైల్స్‌ను గమనించడానికి ఏకైక మార్గం కాదు. 2012లో, కువాబారా మరియు ఇతరులు. వేడి-నిరోధక అంటుకునే (సూపర్ X2; సెమెడిన్, జపాన్) సీలు చేసిన ఇంట్లో పునర్వినియోగపరచలేని పైరెక్స్ గదులు ఉపయోగించబడ్డాయి. నమూనాలను 110°C వరకు వేడి చేయగల సామర్థ్యం కలిగిన వాణిజ్యపరంగా లభించే పారదర్శక తాపన ప్లేట్ (మైక్రో హీట్ ప్లేట్, కిటాజాటో కార్పొరేషన్, జపాన్)పై ఉంచారు, కానీ వాస్తవానికి బయోఇమేజింగ్ కోసం ఉద్దేశించబడలేదు. రచయితలు వాయురహిత థర్మోఫిలిక్ బ్యాక్టీరియా (థర్మోసిఫో గ్లోబిఫార్మన్స్, రెట్టింపు సమయం 24 నిమిషాలు) 65 ° C వద్ద సమర్థవంతమైన విభజనను గమనించారు. 2020లో, పుల్షెన్ మరియు ఇతరులు. కమర్షియల్ మెటల్ డిషెస్ (AttofluorTM, Thermofisher) యొక్క సమర్థవంతమైన వేడిని రెండు ఇంట్లో తయారుచేసిన హీటింగ్ ఎలిమెంట్స్ ఉపయోగించి ప్రదర్శించారు: ఒక మూత మరియు ఒక స్టేజ్ (PCR మెషిన్-ప్రేరేపిత కాన్ఫిగరేషన్). ఈ అనుబంధం ఏకరీతి ద్రవ ఉష్ణోగ్రతకు దారి తీస్తుంది మరియు మూత దిగువన బాష్పీభవనం మరియు సంక్షేపణను నిరోధిస్తుంది. O-రింగ్ ఉపయోగం పర్యావరణంతో గ్యాస్ మార్పిడిని నివారిస్తుంది. సల్ఫోస్కోప్ అని పిలువబడే ఈ HTM, 75°C27 వద్ద సల్ఫోలోబస్ అసిడోకాల్డారియస్‌ని చిత్రీకరించడానికి ఉపయోగించబడింది.
ఈ వ్యవస్థలన్నింటికీ గుర్తించబడిన పరిమితి ఏమిటంటే గాలి లక్ష్యాల వినియోగానికి పరిమితి, ఏదైనా చమురు ఇమ్మర్షన్ అటువంటి అధిక ఉష్ణోగ్రతకు మరియు > 1-మిమీ మందపాటి పారదర్శక నమూనాల ద్వారా ఇమేజింగ్ కోసం సరిపోదు. ఈ వ్యవస్థలన్నింటికీ గుర్తించబడిన పరిమితి ఏమిటంటే గాలి లక్ష్యాల వినియోగానికి పరిమితి, ఏదైనా చమురు ఇమ్మర్షన్ అటువంటి అధిక ఉష్ణోగ్రతకు మరియు > 1-మిమీ మందపాటి పారదర్శక నమూనాల ద్వారా ఇమేజింగ్ కోసం సరిపోదు. Общеепрзнанным недостататком эвох этих ы ыera ыyor нera нозекекекекరికి, нное ఈ వ్యవస్థలన్నింటిలో గుర్తించబడిన లోపం గాలి లక్ష్యాల వినియోగానికి పరిమితి, ఎందుకంటే ఏదైనా చమురు ఇమ్మర్షన్ అటువంటి అధిక ఉష్ణోగ్రతకు మరియు పారదర్శక నమూనాలు> 1 మిమీ మందంతో విజువలైజేషన్ కోసం తగినది కాదు.మీరు米厚的透明样品成像。 అటువంటి అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పారదర్శక నమూనాలు > 1 మిమీ మందం ఉన్న ఇమేజింగ్ కోసం ఏదైనా చమురు ఇమ్మర్షన్ అనుచితమైనది కాబట్టి, ఈ అన్ని వ్యవస్థల యొక్క గుర్తించబడిన పరిమితి గాలిలో ప్రవేశించిన అద్దాన్ని ఉపయోగించడం పరిమితి. కొత్త వ్యవస్థ యొక్క వ్యవస్థ మాస్లో నేప్రిగోడ్నో టేకిచ్ వైసోకిచ్ టెంపెరాటూర్ మరియు విజువాలిజీలు చెరెజ్ ప్రోజెర్త్.1. ఈ వ్యవస్థలన్నింటిలో గుర్తించబడిన లోపం ఎయిర్ లెన్స్‌ల పరిమిత వినియోగం, అటువంటి అధిక ఉష్ణోగ్రతలు మరియు పారదర్శక నమూనాల ద్వారా విజువలైజేషన్> 1 మిమీ మందంతో ఏదైనా చమురు ఇమ్మర్షన్ అనుచితమైనది.ఇటీవల, ఈ పరిమితిని చార్లెస్-ఓర్జాగ్ మరియు ఇతరులు ఎత్తివేశారు. 28, అతను ఇంటరెస్ట్ సిస్టమ్ చుట్టూ వేడిని అందించని పరికరాన్ని అభివృద్ధి చేసాడు, కానీ కవర్ గ్లాస్ లోపలే, ITO (ఇండియం-టిన్ ఆక్సైడ్)తో తయారు చేయబడిన రెసిస్టర్ యొక్క పలుచని పారదర్శక పొరతో కప్పబడి ఉంటుంది. పారదర్శక పొర ద్వారా విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని పంపడం ద్వారా మూతను 75 °C వరకు వేడి చేయవచ్చు. అయినప్పటికీ, రచయిత లెన్స్‌ను ఆబ్జెక్టివ్‌కు వేడి చేయాలి, కానీ 65 °C కంటే ఎక్కువ ఉండకూడదు, తద్వారా దానిని పాడుచేయకూడదు.
సమర్థవంతమైన అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోపీ యొక్క అభివృద్ధి విస్తృతంగా ఆమోదించబడలేదని ఈ రచనలు చూపిస్తున్నాయి, తరచుగా ఇంట్లో తయారుచేసిన పరికరాలు అవసరమవుతాయి మరియు తరచుగా ప్రాదేశిక రిజల్యూషన్ ఖర్చుతో సాధించబడతాయి, ఇది థర్మోఫిలిక్ సూక్ష్మజీవులు కొన్నింటి కంటే పెద్దవి కావు అనే తీవ్రమైన ప్రతికూలత. మైక్రోమీటర్లు. HTM యొక్క మూడు స్వాభావిక సమస్యలను పరిష్కరించడానికి తగ్గించబడిన హీటింగ్ వాల్యూమ్ కీలకం: పేలవమైన స్పేషియల్ రిజల్యూషన్, సిస్టమ్ వేడెక్కినప్పుడు అధిక ఉష్ణ జడత్వం మరియు తీవ్రమైన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద చుట్టుపక్కల మూలకాల (ఇమ్మర్షన్ ఆయిల్, ఆబ్జెక్టివ్ లెన్స్... లేదా వినియోగదారు చేతులు) హానికరమైన వేడి. )
ఈ పేపర్‌లో, రెసిస్టివ్ హీటింగ్‌పై ఆధారపడని థర్మోఫైల్ పరిశీలన కోసం మేము HTMని పరిచయం చేస్తున్నాము. బదులుగా, మేము కాంతి-శోషక ఉపరితలం యొక్క లేజర్ రేడియేషన్ ద్వారా మైక్రోస్కోప్ యొక్క వీక్షణ క్షేత్రంలోని పరిమిత ప్రాంతంలో స్థానికీకరించిన తాపనాన్ని సాధించాము. పరిమాణాత్మక దశ మైక్రోస్కోపీ (QPM) ఉపయోగించి ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ దృశ్యమానం చేయబడింది. ఈ పద్ధతి యొక్క ప్రభావాన్ని జియోబాసిల్లస్ స్టెరోథెర్మోఫిలస్, మోటైల్ థర్మోఫిలిక్ బాక్టీరియం 65°C వద్ద పునరుత్పత్తి చేస్తుంది మరియు తక్కువ రెట్టింపు సమయం (సుమారు 20 నిమిషాలు) కలిగి ఉంటుంది మరియు సల్ఫోలోబస్ షిబాటే, హైపర్‌థెర్మోఫైల్ (80°C) వద్ద బాగా పెరుగుతుంది. వివరించడానికి. ఉష్ణోగ్రత యొక్క విధిగా సాధారణ ప్రతిరూపణ రేటు మరియు ఈత గమనించబడ్డాయి. ఈ లేజర్ HTM (LA-HTM) కవర్‌స్లిప్ యొక్క మందంతో లేదా లక్ష్యం (గాలి లేదా చమురు ఇమ్మర్షన్) యొక్క స్వభావం ద్వారా పరిమితం కాదు. ఇది మార్కెట్‌లో ఉన్న ఏదైనా అధిక రిజల్యూషన్ లెన్స్‌ని ఉపయోగించడానికి అనుమతిస్తుంది. ఇది థర్మల్ జడత్వం (మిల్లీసెకండ్ స్కేల్‌లో తక్షణ వేడిని సాధిస్తుంది) కారణంగా నెమ్మదిగా వేడి చేయడంతో బాధపడదు మరియు వాణిజ్యపరంగా లభించే భాగాలను మాత్రమే ఉపయోగిస్తుంది. పరికరం లోపల మరియు బహుశా కళ్ల ద్వారా శక్తివంతమైన లేజర్ కిరణాలు (సాధారణంగా 100 mW వరకు) ఉండటంతో మాత్రమే కొత్త భద్రతా సమస్యలు ఉన్నాయి, దీనికి రక్షణ గాగుల్స్ అవసరం.
మైక్రోస్కోప్ (Fig. 1a) యొక్క వీక్షణ రంగంలో స్థానికంగా నమూనాను వేడి చేయడానికి లేజర్‌ను ఉపయోగించడం LA-HTM సూత్రం. దీన్ని చేయడానికి, నమూనా కాంతి-శోషక ఉండాలి. సహేతుకమైన లేజర్ శక్తిని (100 mW కంటే తక్కువ) ఉపయోగించడానికి, మేము ద్రవ మాధ్యమం ద్వారా కాంతిని గ్రహించడంపై ఆధారపడలేదు, అయితే బంగారు నానోపార్టికల్స్‌తో ఉపరితలంపై పూత పూయడం ద్వారా నమూనా యొక్క శోషణను కృత్రిమంగా పెంచాము (Fig. 1c). బయోమెడిసిన్, నానోకెమిస్ట్రీ లేదా సూర్యకాంతి హార్వెస్టింగ్ 29,30,31లో ఆశించిన అనువర్తనాలతో, థర్మల్ ప్లాస్మోనిక్స్ రంగంలో బంగారు నానోపార్టికల్స్‌ను కాంతితో వేడి చేయడం ప్రాథమిక ప్రాముఖ్యత కలిగి ఉంది. గత కొన్ని సంవత్సరాలుగా, ఫిజిక్స్, కెమిస్ట్రీ మరియు బయాలజీలో థర్మల్ ప్లాస్మా అప్లికేషన్‌లకు సంబంధించిన అనేక అధ్యయనాలలో మేము ఈ LA-HTMని ఉపయోగించాము. ఈ పద్ధతిలో ఉన్న ప్రధాన సమస్య తుది ఉష్ణోగ్రత ప్రొఫైల్‌ను ప్రదర్శించడం, ఎందుకంటే ఎలివేటెడ్ ఉష్ణోగ్రత నమూనాలోని మైక్రోస్కేల్ ప్రాంతానికి పరిమితం చేయబడింది. రెండు-డైమెన్షనల్ డిఫ్రాక్షన్ గ్రేటింగ్స్ (దీనిని క్రాస్ గ్రేటింగ్‌లు అని కూడా పిలుస్తారు) ఉపయోగించడం ఆధారంగా క్వాంటిటేటివ్ ఫేజ్ మైక్రోస్కోపీ యొక్క సరళమైన, అధిక-రిజల్యూషన్ మరియు చాలా సున్నితమైన పద్ధతి, నాలుగు-వేవ్‌లెంగ్త్ ట్రాన్స్‌వర్స్ షీర్ ఇంటర్‌ఫెరోమీటర్‌తో ఉష్ణోగ్రత మ్యాపింగ్‌ను సాధించవచ్చని మేము చూపించాము. 33,34,35,36. క్రాస్డ్ గ్రేటింగ్ వేవ్‌ఫ్రంట్ మైక్రోస్కోపీ (CGM) ఆధారంగా ఈ థర్మల్ మైక్రోస్కోపీ టెక్నిక్ యొక్క విశ్వసనీయత గత దశాబ్దంలో ప్రచురించబడిన డజను పత్రాలలో ప్రదర్శించబడింది37,38,39,40,41,42,43.
సమాంతర లేజర్ తాపన, ఆకృతి మరియు ఉష్ణోగ్రత సూక్ష్మదర్శిని యొక్క సంస్థాపన యొక్క పథకం. b బంగారు నానోపార్టికల్స్‌తో కప్పబడిన కవర్‌లిప్‌ను కలిగి ఉన్న AttofluorTM చాంబర్‌తో కూడిన నమూనా జ్యామితి. c నమూనా వద్ద దగ్గరగా చూడండి (స్కేల్ కాదు). d ఏకరీతి లేజర్ బీమ్ ప్రొఫైల్‌ను సూచిస్తుంది మరియు (ఇ) బంగారు నానోపార్టికల్స్ యొక్క నమూనా ప్లేన్‌పై అనుకరణ తదుపరి ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని సూచిస్తుంది. f అనేది (g)లో చూపిన ఫలిత ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ యొక్క అనుకరణలో చూపిన విధంగా ఏకరీతి ఉష్ణోగ్రతను రూపొందించడానికి అనువైన వార్షిక లేజర్ పుంజం ప్రొఫైల్. స్కేల్ బార్: 30 µm.
ప్రత్యేకించి, మేము ఇటీవల LA-HTM మరియు CGMతో క్షీరద కణాల వేడిని సాధించాము మరియు 37-42 ° C పరిధిలో సెల్యులార్ హీట్ షాక్ ప్రతిస్పందనలను ట్రాక్ చేసాము, సింగిల్ లివింగ్ సెల్ ఇమేజింగ్‌కు ఈ సాంకేతికత యొక్క వర్తింపును ప్రదర్శిస్తాము. అయినప్పటికీ, అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సూక్ష్మజీవుల అధ్యయనానికి LA-HTM యొక్క అప్లికేషన్ నిస్సందేహంగా లేదు, ఎందుకంటే క్షీరద కణాలతో పోలిస్తే దీనికి మరింత జాగ్రత్త అవసరం: మొదటిది, మాధ్యమం దిగువన పదుల డిగ్రీలు (కొన్ని డిగ్రీల కంటే) వేడి చేయడం బలమైన నిలువు ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతకు. ద్రవ ఉష్ణప్రసరణను సృష్టించవచ్చు 44, ఇది ఉపరితలంతో గట్టిగా జతచేయబడకపోతే, అవాంఛనీయ కదలిక మరియు బ్యాక్టీరియా కలయికకు కారణమవుతుంది. ద్రవ పొర యొక్క మందాన్ని తగ్గించడం ద్వారా ఈ ఉష్ణప్రసరణను తొలగించవచ్చు. ఈ ప్రయోజనం కోసం, క్రింద అందించిన అన్ని ప్రయోగాలలో, ఒక మెటల్ కప్పులో (AttofluorTM, Thermofisher, Fig. 1b,c) ఉంచబడిన సుమారు 15 µm మందపాటి రెండు కవర్‌లిప్‌ల మధ్య బ్యాక్టీరియా సస్పెన్షన్‌లు ఉంచబడ్డాయి. సూత్రప్రాయంగా, ద్రవం యొక్క మందం తాపన లేజర్ యొక్క పుంజం పరిమాణం కంటే తక్కువగా ఉంటే ఉష్ణప్రసరణను నివారించవచ్చు. రెండవది, అటువంటి పరిమిత జ్యామితిలో పనిచేయడం వలన ఏరోబిక్ జీవులు ఊపిరి పీల్చుకోగలవు (Fig. S2 చూడండి). ఆక్సిజన్ (లేదా ఏదైనా ఇతర ముఖ్యమైన వాయువు)కి పారగమ్యంగా ఉండే సబ్‌స్ట్రేట్‌ని ఉపయోగించడం ద్వారా, కవర్‌లిప్ లోపల చిక్కుకున్న గాలి బుడగలను వదిలివేయడం ద్వారా లేదా టాప్ కవర్‌లిప్‌లో రంధ్రాలు వేయడం ద్వారా ఈ సమస్యను నివారించవచ్చు (Fig. S1 చూడండి) 45 . ఈ అధ్యయనంలో, మేము తరువాతి పరిష్కారాన్ని ఎంచుకున్నాము (గణాంకాలు 1b మరియు S1). చివరగా, లేజర్ తాపన ఏకరీతి ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని అందించదు. లేజర్ పుంజం (Fig. 1d) యొక్క అదే తీవ్రతతో కూడా, ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ ఏకరీతిగా ఉండదు, కానీ థర్మల్ వ్యాప్తి (Fig. 1e) కారణంగా గాస్సియన్ పంపిణీని పోలి ఉంటుంది. జీవ వ్యవస్థలను అధ్యయనం చేయడానికి వీక్షణ రంగంలో ఖచ్చితమైన ఉష్ణోగ్రతలను ఏర్పాటు చేయడం లక్ష్యం అయినప్పుడు, అసమాన ప్రొఫైల్‌లు అనువైనవి కావు మరియు అవి సబ్‌స్ట్రేట్‌కు కట్టుబడి ఉండకపోతే బ్యాక్టీరియా యొక్క థర్మోఫోరేటిక్ కదలికకు కూడా దారితీయవచ్చు (Fig. S3, S4)39 చూడండి. ఈ క్రమంలో, మేము ఇచ్చిన రేఖాగణిత ప్రాంతంలో సంపూర్ణ ఏకరీతి ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని సాధించడానికి నమూనా యొక్క విమానంలోని రింగ్ (Fig. 1f) ఆకారానికి అనుగుణంగా ఇన్‌ఫ్రారెడ్ లేజర్ పుంజంను ఆకృతి చేయడానికి ప్రాదేశిక కాంతి మాడ్యులేటర్ (SLM)ని ఉపయోగించాము, థర్మల్ డిఫ్యూజన్ ఉన్నప్పటికీ (Fig. 1d) 39 , 42, 46. మీడియం యొక్క బాష్పీభవనాన్ని నివారించడానికి మరియు కనీసం కొన్ని రోజులు గమనించడానికి ఒక మెటల్ డిష్ (Figure 1b) మీద టాప్ కవర్‌లిప్‌ను ఉంచండి. ఈ టాప్ కవర్‌లిప్ సీల్ చేయబడనందున, అవసరమైతే ఎప్పుడైనా అదనపు మాధ్యమాన్ని సులభంగా జోడించవచ్చు.
LA-HTM ఎలా పనిచేస్తుందో వివరించడానికి మరియు థర్మోఫిలిక్ పరిశోధనలో దాని అనువర్తనాన్ని ప్రదర్శించడానికి, మేము ఏరోబిక్ బ్యాక్టీరియా జియోబాసిల్లస్ స్టెరోథెర్మోఫిలస్‌ను అధ్యయనం చేసాము, ఇది దాదాపు 60-65°C ఉష్ణోగ్రతను కలిగి ఉంటుంది. బాక్టీరియం ఫ్లాగెల్లా మరియు ఈత కొట్టే సామర్థ్యాన్ని కూడా కలిగి ఉంది, ఇది సాధారణ సెల్యులార్ కార్యకలాపాల యొక్క మరొక సూచికను అందిస్తుంది.
నమూనాలు (Fig. 1b) ఒక గంట పాటు 60 ° C వద్ద ముందుగా పొదిగేవి మరియు తరువాత LA-HTM నమూనా హోల్డర్‌లో ఉంచబడ్డాయి. ఈ ప్రీ-ఇంక్యుబేషన్ ఐచ్ఛికం, కానీ ఇప్పటికీ ఉపయోగకరంగా ఉంటుంది, రెండు కారణాల వల్ల: మొదటిది, లేజర్ ఆన్ చేయబడినప్పుడు, కణాలు వెంటనే పెరుగుతాయి మరియు విభజించబడతాయి (సప్లిమెంటరీ మెటీరియల్స్‌లో చిత్రం M1 చూడండి). ప్రీ-ఇంక్యుబేషన్ లేకుండా, నమూనాపై కొత్త వీక్షణ ప్రాంతం వేడి చేయబడిన ప్రతిసారీ బ్యాక్టీరియా పెరుగుదల సాధారణంగా 40 నిమిషాలు ఆలస్యం అవుతుంది. రెండవది, 1 గంట ప్రీ-ఇంక్యుబేషన్ కవర్‌స్లిప్‌కు బ్యాక్టీరియా సంశ్లేషణను ప్రోత్సహిస్తుంది, లేజర్ ఆన్ చేయబడినప్పుడు థర్మోఫోరేసిస్ కారణంగా కణాలు వీక్షణ క్షేత్రం నుండి బయటకు వెళ్లకుండా చేస్తుంది (సప్లిమెంటరీ మెటీరియల్స్‌లో ఫిల్మ్ M2 చూడండి). థర్మోఫోరేసిస్ అనేది ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతతో పాటు కణాలు లేదా అణువుల కదలిక, సాధారణంగా వేడి నుండి చల్లగా ఉంటుంది మరియు బ్యాక్టీరియా మినహాయింపు కాదు43,47. ఈ అవాంఛనీయ ప్రభావం లేజర్ పుంజాన్ని ఆకృతి చేయడానికి మరియు ఫ్లాట్ ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని సాధించడానికి SLMని ఉపయోగించడం ద్వారా ఇచ్చిన ప్రాంతంలో తొలగించబడుతుంది.
అంజీర్ న. కంకణాకార లేజర్ పుంజం (Fig. 1f)తో బంగారు నానోపార్టికల్స్‌తో పూసిన గ్లాస్ సబ్‌స్ట్రేట్‌ను రేడియేట్ చేయడం ద్వారా పొందిన CGM ద్వారా కొలవబడిన ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని మూర్తి 2 చూపిస్తుంది. లేజర్ పుంజం ద్వారా కప్పబడిన మొత్తం ప్రాంతంపై ఫ్లాట్ ఉష్ణోగ్రత పంపిణీ గమనించబడింది. ఈ జోన్ 65°Cకి సెట్ చేయబడింది, ఇది సరైన వృద్ధి ఉష్ణోగ్రత. ఈ ప్రాంతం వెలుపల, ఉష్ణోగ్రత వక్రరేఖ సహజంగా \(1/r\)కి పడిపోతుంది (ఇక్కడ \(r\) అనేది రేడియల్ కోఆర్డినేట్).
వృత్తాకార ప్రదేశంలో ఫ్లాట్ ఉష్ణోగ్రత ప్రొఫైల్‌ను పొందేందుకు బంగారు నానోపార్టికల్స్ పొరను రేడియేట్ చేయడానికి వార్షిక లేజర్ పుంజం ఉపయోగించి పొందిన CGM కొలతల యొక్క ఉష్ణోగ్రత మ్యాప్. b ఉష్ణోగ్రత పటం యొక్క ఐసోథెర్మ్ (a). లేజర్ పుంజం యొక్క ఆకృతి బూడిద చుక్కల వృత్తం ద్వారా సూచించబడుతుంది. ప్రయోగం రెండుసార్లు పునరావృతమైంది (సప్లిమెంటరీ మెటీరియల్స్, మూర్తి S4 చూడండి).
LA-HTM ఉపయోగించి బ్యాక్టీరియా కణాల సాధ్యత చాలా గంటలు పర్యవేక్షించబడింది. అంజీర్ న. 3 3 గంటల 20 నిమిషాల సినిమా (మూవీ M3, అనుబంధ సమాచారం) నుండి తీసిన నాలుగు చిత్రాలకు సమయ విరామాన్ని చూపుతుంది. లేజర్ ద్వారా నిర్వచించబడిన వృత్తాకార ప్రదేశంలో బాక్టీరియా చురుకుగా వృద్ధి చెందడం గమనించబడింది, ఇక్కడ ఉష్ణోగ్రత సరైనది, 65 ° Cకి చేరుకుంటుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, ఉష్ణోగ్రత 10 సెకన్లకు 50 ° C కంటే తక్కువగా ఉన్నప్పుడు కణాల పెరుగుదల గణనీయంగా తగ్గింది.
వివిధ సమయాల్లో లేజర్ హీటింగ్ తర్వాత పెరుగుతున్న G. స్టీరోథర్మోఫిలస్ బ్యాక్టీరియా యొక్క ఆప్టికల్ డెప్త్ చిత్రాలు, (a) t = 0 min, (b) 1 h 10 min, (c) 2 h 20 min, (d) 3 h 20 min, బయట 200 సంబంధిత ఉష్ణోగ్రత మ్యాప్‌లో సూపర్‌పోజ్ చేయబడిన ఒక-నిమిషం ఫిల్మ్ (M3 ఫిల్మ్ సప్లిమెంటరీ ఇన్ఫర్మేషన్‌లో అందించబడింది) నుండి సంగ్రహించబడింది. \(t=0\) సమయంలో లేజర్ ఆన్ అవుతుంది. ఐసోథెర్మ్‌లు ఇంటెన్సిటీ ఇమేజ్‌కి జోడించబడ్డాయి.
కణ పెరుగుదల మరియు ఉష్ణోగ్రతపై దాని ఆధారపడటాన్ని మరింత లెక్కించడానికి, మేము మూవీ M3 ఫీల్డ్ ఆఫ్ వ్యూలో (Fig. 4) ప్రారంభంలో వేరుచేయబడిన బ్యాక్టీరియా యొక్క వివిధ కాలనీల బయోమాస్ పెరుగుదలను కొలిచాము. మినీ కాలనీ ఫార్మింగ్ యూనిట్ (mCFU) నిర్మాణం ప్రారంభంలో ఎంపిక చేయబడిన పేరెంట్ బ్యాక్టీరియా మూర్తి S6లో చూపబడింది. ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని మ్యాప్ చేయడానికి ఉపయోగించే CGM 48 కెమెరాతో డ్రై మాస్ కొలతలు తీసుకోబడ్డాయి. పొడి బరువు మరియు ఉష్ణోగ్రతను కొలవడానికి CGM యొక్క సామర్ధ్యం LA-HTM యొక్క బలం. ఊహించినట్లుగా, అధిక ఉష్ణోగ్రత వేగవంతమైన బ్యాక్టీరియా పెరుగుదలకు కారణమైంది (Fig. 4a). అంజీర్ 4bలో సెమీ-లాగ్ ప్లాట్‌లో చూపినట్లుగా, అన్ని ఉష్ణోగ్రతల వద్ద పెరుగుదల ఘాతాంక పెరుగుదలను అనుసరిస్తుంది, ఇక్కడ డేటా ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ ఫంక్షన్ \(m={m}_{0}{10}^{t/\ tau }+ {{ \mbox{cst}}}\), ఇక్కడ \(\tau {{{{{\rm{log }}}}}}2\) – జనరేషన్ సమయం (లేదా రెట్టింపు సమయం), \( g =1/ \tau\) – వృద్ధి రేటు (యూనిట్ సమయానికి డివిజన్ల సంఖ్య ). అంజీర్ న. 4c ఉష్ణోగ్రత యొక్క విధిగా సంబంధిత వృద్ధి రేటు మరియు ఉత్పత్తి సమయాన్ని చూపుతుంది. వేగంగా అభివృద్ధి చెందుతున్న mCFUలు రెండు గంటల తర్వాత పెరుగుదల యొక్క సంతృప్తత ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి, అధిక బ్యాక్టీరియా సాంద్రత (క్లాసికల్ లిక్విడ్ కల్చర్‌లలో స్థిరమైన దశ వలె) కారణంగా ఊహించిన ప్రవర్తన. సాధారణ ఆకృతి \(g\left(T\right)\) (Fig. 4c) G. స్టెరోథెర్మోఫిలస్ కోసం అంచనా వేసిన రెండు-దశల వక్రరేఖకు అనుగుణంగా 60-65°C చుట్టూ సరైన వృద్ధి రేటు ఉంటుంది. \(\left({{G}_{0}{;\;T}}_{{\min }};{T}_{{opt}} ఇక్కడ కార్డినల్ మోడల్ (Figure S5)49ని ఉపయోగించి డేటాను సరిపోల్చండి ;{T}_{{\max}}\కుడి)\) = (0.70 ± 0.2; 40 ± 4; 65 ± 1.6; 67 ± 3) °C, ఇది సాహిత్యంలో ఉదహరించిన ఇతర విలువలతో బాగా అంగీకరిస్తుంది49. ఉష్ణోగ్రత ఆధారిత పారామితులు పునరుత్పత్తి చేయగలిగినప్పటికీ, గరిష్ట వృద్ధి రేటు \({G}_{0}\) ఒక ప్రయోగం నుండి మరొకదానికి మారవచ్చు (బొమ్మలు S7-S9 మరియు సినిమా M4 చూడండి). ఉష్ణోగ్రత అమరిక పారామితులకు విరుద్ధంగా, సార్వత్రికంగా ఉండాలి, గరిష్ట వృద్ధి రేటు గమనించిన మైక్రోస్కేల్ జ్యామితిలో మాధ్యమం (పోషకాల లభ్యత, ఆక్సిజన్ ఏకాగ్రత) యొక్క లక్షణాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
వివిధ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సూక్ష్మజీవుల పెరుగుదల. mCFU: మినియేచర్ కాలనీ ఏర్పాటు యూనిట్లు. ఉష్ణోగ్రత ప్రవణత (సినిమా M3)లో పెరుగుతున్న ఒక బాక్టీరియం యొక్క వీడియో నుండి పొందిన డేటా. b అదే (a), సెమీ లాగరిథమిక్ స్కేల్. c వృద్ధి రేటు\(\tau\) మరియు తరం సమయం\(g\) లీనియర్ రిగ్రెషన్ (b) నుండి లెక్కించబడుతుంది. క్షితిజసమాంతర లోపం పట్టీలు: పెరుగుదల సమయంలో mCFUలు వీక్షణ క్షేత్రంలోకి విస్తరించిన ఉష్ణోగ్రత పరిధి. వర్టికల్ ఎర్రర్ బార్‌లు: లీనియర్ రిగ్రెషన్ స్టాండర్డ్ ఎర్రర్.
సాధారణ పెరుగుదలతో పాటు, కొన్ని బ్యాక్టీరియా కొన్నిసార్లు లేజర్ హీటింగ్ సమయంలో వీక్షణలోకి తేలుతుంది, ఇది ఫ్లాగెల్లాతో బ్యాక్టీరియాకు ఊహించిన ప్రవర్తన. అదనపు సమాచారంలో చిత్రం M5 అటువంటి స్విమ్మింగ్ కార్యకలాపాలను చూపుతుంది. ఈ ప్రయోగంలో, బొమ్మలు 1d, e మరియు S3లో చూపిన విధంగా ఉష్ణోగ్రత ప్రవణతను సృష్టించడానికి ఏకరీతి లేజర్ రేడియేషన్ ఉపయోగించబడింది. మూర్తి 5 M5 చలనచిత్రం నుండి ఎంచుకున్న రెండు చిత్ర శ్రేణులను చూపుతుంది, ఒక బాక్టీరియం దిశాత్మక కదలికను ప్రదర్శిస్తుంది, అయితే అన్ని ఇతర బ్యాక్టీరియా కదలకుండా ఉంటుంది.
రెండు సమయ ఫ్రేమ్‌లు (ఎ) మరియు (బి) చుక్కల వృత్తాలతో గుర్తించబడిన రెండు వేర్వేరు బ్యాక్టీరియా ఈత కొట్టడాన్ని చూపుతాయి. చిత్రాలు M5 చిత్రం నుండి సంగ్రహించబడ్డాయి (అనుబంధ పదార్థంగా అందించబడింది).
G. స్టెరోథెర్మోఫిలస్ విషయంలో, లేజర్ పుంజం ఆన్ చేయబడిన కొన్ని సెకన్ల తర్వాత బ్యాక్టీరియా యొక్క క్రియాశీల కదలిక (Fig. 5) ప్రారంభమైంది. మోరా మరియు ఇతరులు ఇప్పటికే గమనించినట్లుగా, ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలకు ఈ థర్మోఫిలిక్ సూక్ష్మజీవి యొక్క తాత్కాలిక ప్రతిస్పందనను ఈ పరిశీలన నొక్కి చెబుతుంది. 24 . బాక్టీరియల్ చలనశీలత మరియు థర్మోటాక్సిస్ యొక్క అంశాన్ని కూడా LA-HTM ఉపయోగించి మరింతగా అన్వేషించవచ్చు.
సూక్ష్మజీవుల స్విమ్మింగ్‌ను ఇతర రకాల భౌతిక కదలికలతో అయోమయం చేయకూడదు, అవి (i) బ్రౌనియన్ చలనం, ఇది ఖచ్చితమైన దిశ లేకుండా అస్తవ్యస్తమైన చలనంగా కనిపిస్తుంది, (ii) ఉష్ణప్రసరణ 50 మరియు థర్మోఫోరేసిస్ 43, ఉష్ణోగ్రత వెంట చలనం యొక్క సాధారణ చలనంలో ఉంటుంది. ప్రవణత.
G. స్టెరోథెర్మోఫిలస్ ప్రతికూల పర్యావరణ పరిస్థితులకు రక్షణగా బహిర్గతం అయినప్పుడు అధిక నిరోధక బీజాంశాలను (బీజాంశం ఏర్పడటం) ఉత్పత్తి చేయగల దాని సామర్థ్యానికి ప్రసిద్ధి చెందింది. పర్యావరణ పరిస్థితులు మళ్లీ అనుకూలంగా మారినప్పుడు, బీజాంశం మొలకెత్తుతుంది, జీవ కణాలను ఏర్పరుస్తుంది మరియు వృద్ధిని పునఃప్రారంభిస్తుంది. ఈ స్పోర్యులేషన్/అంకురోత్పత్తి ప్రక్రియ బాగా తెలిసినప్పటికీ, ఇది నిజ సమయంలో ఎప్పుడూ గమనించబడలేదు. LA-HTMని ఉపయోగించి, G. స్టెరోథెర్మోఫిలస్‌లో అంకురోత్పత్తి సంఘటనల మొదటి పరిశీలనను మేము ఇక్కడ నివేదిస్తాము.
అంజీర్ న. 6a 13 స్పోర్‌ల CGM సెట్‌ని ఉపయోగించి పొందిన ఆప్టికల్ డెప్త్ (OT) యొక్క టైమ్-లాప్స్ చిత్రాలను చూపుతుంది. మొత్తం సేకరణ సమయం (15 గం 6 నిమి, \(t=0\) – లేజర్ హీటింగ్ ప్రారంభం), 13 బీజాంశాలలో 4 మొలకెత్తాయి, వరుస సమయ పాయింట్లలో \(t=2\) h, \( 3\ ) h \(10 \)', \(9\) h \(40\)' మరియు \(11\) h \(30\)'. ఈ సంఘటనలలో ఒకటి మాత్రమే మూర్తి 6లో చూపబడినప్పటికీ, అనుబంధ మెటీరియల్‌లో M6 చలనచిత్రంలో 4 అంకురోత్పత్తి సంఘటనలను గమనించవచ్చు. ఆసక్తికరంగా, అంకురోత్పత్తి యాదృచ్ఛికంగా కనిపిస్తుంది: పర్యావరణ పరిస్థితులలో అదే మార్పులు ఉన్నప్పటికీ, అన్ని బీజాంశాలు మొలకెత్తవు మరియు అదే సమయంలో మొలకెత్తవు.
8 OT చిత్రాలు (ఆయిల్ ఇమ్మర్షన్, 60x, 1.25 NA లక్ష్యం) మరియు (బి) జి. స్టెరోథెర్మోఫిలస్ కంకరల బయోమాస్ పరిణామంతో కూడిన టైమ్-లాప్స్. సి (బి) వృద్ధి రేటు (డాష్డ్ లైన్) యొక్క సరళతను హైలైట్ చేయడానికి సెమీ-లాగ్ స్కేల్‌పై డ్రా చేయబడింది.
అంజీర్ న. 6b,c డేటా సేకరణ మొత్తం వ్యవధిలో సమయం యొక్క విధిగా వీక్షణ రంగంలో సెల్ జనాభా యొక్క బయోమాస్‌ను చూపుతుంది. అంజీర్‌లో \(t=5\)h వద్ద గమనించిన పొడి ద్రవ్యరాశి యొక్క వేగవంతమైన క్షయం. 6b, c, వీక్షణ క్షేత్రం నుండి కొన్ని కణాల నిష్క్రమణ కారణంగా. ఈ నాలుగు ఈవెంట్‌ల వృద్ధి రేటు \(0.77\pm 0.1\) h-1. ఈ విలువ మూర్తి 3. 3 మరియు 4తో అనుబంధించబడిన వృద్ధి రేటు కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది, ఇక్కడ కణాలు సాధారణంగా పెరుగుతాయి. బీజాంశం నుండి G. స్టీరోథెర్మోఫిలస్ వృద్ధి రేటు పెరగడానికి కారణం అస్పష్టంగా ఉంది, అయితే ఈ కొలతలు LA-HTM యొక్క ఆసక్తిని హైలైట్ చేస్తాయి మరియు సెల్ లైఫ్ యొక్క డైనమిక్స్ గురించి మరింత తెలుసుకోవడానికి ఒకే సెల్ స్థాయిలో (లేదా ఒకే mCFU స్థాయిలో) పని చేస్తాయి. .
LA-HTM యొక్క బహుముఖ ప్రజ్ఞను మరియు అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద దాని పనితీరును మరింత ప్రదర్శించేందుకు, మేము 80°C51 యొక్క వాంఛనీయ వృద్ధి ఉష్ణోగ్రతతో హైపర్‌థెర్మోఫిలిక్ అసిడోఫిలిక్ ఆర్కియా అయిన సల్ఫోలోబస్ షిబాటే యొక్క పెరుగుదలను పరిశీలించాము. G. స్టీరోథెర్మోఫిలస్‌తో పోలిస్తే, ఈ ఆర్కియాలు కూడా చాలా భిన్నమైన స్వరూపాన్ని కలిగి ఉంటాయి, ఇవి పొడుగుచేసిన రాడ్‌ల (బాసిల్లి) కంటే 1 మైక్రాన్ గోళాలను (కోకి) పోలి ఉంటాయి.
Figure 7a CGM ఉపయోగించి పొందిన S. shibatae mCFU యొక్క సీక్వెన్షియల్ ఆప్టికల్ డెప్త్ ఇమేజ్‌లను కలిగి ఉంటుంది (సప్లిమెంటరీ మెటీరియల్స్‌లో M7 ఫీచర్ ఫిల్మ్ చూడండి). ఈ mCFU సుమారు 73°C వద్ద పెరుగుతుంది, ఇది 80°C యొక్క వాంఛనీయ ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువగా ఉంటుంది, అయితే క్రియాశీల పెరుగుదల కోసం ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో పెరుగుతుంది. కొన్ని గంటల తర్వాత mCFUలు ఆర్కియా యొక్క మైక్రోగ్రాప్‌ల వలె కనిపించేలా చేసిన బహుళ విచ్ఛిత్తి సంఘటనలను మేము గమనించాము. ఈ OT చిత్రాల నుండి, mCFU బయోమాస్ కాలక్రమేణా కొలుస్తారు మరియు మూర్తి 7b లో ప్రదర్శించబడింది. ఆసక్తికరంగా, S. shibatae mCFUలు G. స్టీరోథర్మోఫిలస్ mCFUలతో కనిపించే ఘాతాంక పెరుగుదల కంటే సరళ వృద్ధిని చూపించాయి. కణ వృద్ధి రేట్ల స్వభావం గురించి సుదీర్ఘ చర్చ 52 ఉంది: కొన్ని అధ్యయనాలు సూక్ష్మజీవుల వృద్ధి రేటును వాటి పరిమాణానికి అనులోమానుపాతంలో (ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ గ్రోత్) నివేదిస్తే, మరికొన్ని స్థిరమైన రేటును (లీనియర్ లేదా బిలినియర్ గ్రోత్) చూపుతాయి. Tzur et al.53 వివరించినట్లుగా, ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ మరియు (ద్వి) లీనియర్ గ్రోత్ మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి బయోమాస్ కొలతలలో <6% ఖచ్చితత్వం అవసరం, ఇది ఇంటర్‌ఫెరోమెట్రీని కలిగి ఉన్న చాలా QPM సాంకేతికతలకు అందుబాటులో లేదు. Tzur et al.53 వివరించినట్లుగా, ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ మరియు (ద్వి) లీనియర్ గ్రోత్ మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి బయోమాస్ కొలతలలో <6% ఖచ్చితత్వం అవసరం, ఇది ఇంటర్‌ఫెరోమెట్రీని కలిగి ఉన్న చాలా QPM సాంకేతికతలకు అందుబాటులో లేదు. కాక్ ఒబ్యుస్నిలి డ్యూర్ మరియు డి.53, రజ్లిచెని ఎక్సపోనెన్షియాల్నోగో మరియు (బి)లినేయినోగో రోస్టా ట్రెబుట్ %, <6 టెక్స్ట్ నెడోస్టిజిమో బాల్షిన్‌స్ట్వా మెటోడోవ్ QPM, డాజే సిస్ ఐస్పోల్జోవానియం ఇన్‌టెర్ఫెరోమెట్రీస్. Zur et al.53 వివరించినట్లుగా, ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ మరియు (ద్వి) లీనియర్ గ్రోత్ మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి బయోమాస్ కొలతలలో <6% ఖచ్చితత్వం అవసరం, ఇది ఇంటర్‌ఫెరోమెట్రీని ఉపయోగించి కూడా చాలా QPM పద్ధతులకు సాధించలేనిది.జుర్ మరియు ఇతరులు వివరించినట్లు. 53, ఎక్స్‌పోనెన్షియల్ మరియు (ద్వి) లీనియర్ గ్రోత్ మధ్య తేడాను గుర్తించడానికి బయోమాస్ కొలతలలో 6% కంటే తక్కువ ఖచ్చితత్వం అవసరం, ఇది ఇంటర్‌ఫెరోమెట్రీని ఉపయోగించినప్పటికీ చాలా QPM పద్ధతులకు సాధించలేనిది. CGM బయోమాస్ కొలతలలో సబ్-పిజి ఖచ్చితత్వంతో ఈ ఖచ్చితత్వాన్ని సాధిస్తుంది36,48.
6 OT ఇమేజ్‌లు (ఆయిల్ ఇమ్మర్షన్, 60x, NA ఆబ్జెక్టివ్ 1.25) మరియు (b) CGMతో కొలవబడిన మైక్రో-CFU బయోమాస్ ఎవల్యూషన్‌తో కూడిన టైమ్-లాప్స్. మరింత సమాచారం కోసం సినిమా M7 చూడండి.
S. షిబాటే యొక్క సంపూర్ణ సరళ పెరుగుదల ఊహించనిది మరియు ఇంకా నివేదించబడలేదు. ఏది ఏమైనప్పటికీ, ఘాతాంక పెరుగుదల అంచనా వేయబడింది, ఎందుకంటే కాలక్రమేణా, 2, 4, 8, 16 … కణాల బహుళ విభజనలు తప్పక సంభవిస్తాయి. సెల్ డెన్సిటీ చాలా ఎక్కువగా ఉన్నప్పుడు సెల్ ఎదుగుదల మందగించి, చివరికి నిద్రాణ స్థితికి చేరినట్లే, దట్టమైన సెల్ ప్యాకింగ్ కారణంగా సెల్ ఇన్‌హిబిషన్ కారణంగా లీనియర్ గ్రోత్ ఏర్పడవచ్చని మేము ఊహించాము.
మేము ఈ క్రింది ఐదు ఆసక్తికర అంశాలను చర్చించడం ద్వారా ముగించాము: తాపన పరిమాణంలో తగ్గింపు, ఉష్ణ జడత్వంలో తగ్గింపు, బంగారు నానోపార్టికల్స్‌పై ఆసక్తి, పరిమాణాత్మక దశ మైక్రోస్కోపీపై ఆసక్తి మరియు LA-HTMని ఉపయోగించగల సాధ్యమైన ఉష్ణోగ్రత పరిధి.
రెసిస్టివ్ హీటింగ్‌తో పోలిస్తే, HTM అభివృద్ధికి ఉపయోగించే లేజర్ హీటింగ్ అనేక ప్రయోజనాలను అందిస్తుంది, వీటిని మేము ఈ అధ్యయనంలో వివరిస్తాము. ప్రత్యేకించి, మైక్రోస్కోప్ యొక్క వీక్షణ రంగంలో ద్రవ మాధ్యమంలో, తాపన వాల్యూమ్ కొన్ని (10 μm) 3 వాల్యూమ్‌లలో ఉంచబడుతుంది. ఈ విధంగా, గమనించిన సూక్ష్మజీవులు మాత్రమే చురుకుగా ఉంటాయి, ఇతర బాక్టీరియా నిద్రాణంగా ఉంటాయి మరియు నమూనాను మరింత అధ్యయనం చేయడానికి ఉపయోగించవచ్చు - కొత్త ఉష్ణోగ్రతని తనిఖీ చేయవలసిన ప్రతిసారీ నమూనాను మార్చవలసిన అవసరం లేదు. అదనంగా, మైక్రోస్కేల్ హీటింగ్ ఉష్ణోగ్రతల యొక్క పెద్ద శ్రేణిని ప్రత్యక్షంగా పరిశీలించడానికి అనుమతిస్తుంది: Figure 4c 3-గంటల చలనచిత్రం (మూవీ M3) నుండి పొందబడింది, దీనికి సాధారణంగా అనేక నమూనాల తయారీ మరియు పరిశీలన అవసరం - అధ్యయనంలో ఉన్న ప్రతి నమూనాకు ఒకటి. y అనేది ప్రయోగంలోని రోజుల సంఖ్యను సూచించే ఉష్ణోగ్రత. వేడిచేసిన వాల్యూమ్‌ను తగ్గించడం వలన మైక్రోస్కోప్‌లోని అన్ని ఆప్టికల్ భాగాలను, ముఖ్యంగా ఆబ్జెక్టివ్ లెన్స్‌ను గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉంచుతుంది, ఇది ఇప్పటివరకు సంఘం ఎదుర్కొంటున్న ప్రధాన సమస్య. LA-HTMను ఆయిల్ ఇమ్మర్షన్ లెన్స్‌లతో సహా ఏదైనా లెన్స్‌తో ఉపయోగించవచ్చు మరియు వీక్షణ రంగంలో తీవ్ర ఉష్ణోగ్రతలు ఉన్నప్పటికీ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఉంటుంది. ఈ అధ్యయనంలో మేము నివేదించిన లేజర్ తాపన పద్ధతి యొక్క ప్రధాన పరిమితి ఏమిటంటే, కట్టుబడి ఉండని లేదా తేలని కణాలు వీక్షణ క్షేత్రానికి దూరంగా ఉండవచ్చు మరియు అధ్యయనం చేయడం కష్టం. కొన్ని వందల మైక్రాన్ల కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదలను సాధించడానికి తక్కువ మాగ్నిఫికేషన్ లెన్స్‌లను ఉపయోగించడం ఒక ప్రత్యామ్నాయం. ఈ హెచ్చరిక ప్రాదేశిక స్పష్టతలో తగ్గుదలతో కూడి ఉంటుంది, అయితే సూక్ష్మజీవుల కదలికను అధ్యయనం చేయడం లక్ష్యం అయితే, అధిక ప్రాదేశిక స్పష్టత అవసరం లేదు.
సిస్టమ్ \({{{{\rm{\tau }}}}}}}_{{{\mbox{D}}}}\) తాపన (మరియు శీతలీకరణ) కోసం సమయ ప్రమాణం దాని పరిమాణంపై ఆధారపడి ఉంటుంది , చట్టం ప్రకారం \({{{({\rm{\tau }}}}}}}_{{{\mbox{D}}}}={L}^{2}/D\), ఇక్కడ \ (L\ ) అనేది ఉష్ణ మూలం యొక్క లక్షణ పరిమాణం (మా అధ్యయనంలో లేజర్ పుంజం యొక్క వ్యాసం \(L\ సుమారు 100\) μm), \(D\) అనేది పర్యావరణం యొక్క థర్మల్ డిఫ్యూసివిటీ (మనలో సగటు కేస్, గ్లాస్ మరియు వాటర్ డిఫ్యూజన్ రేట్\(D\ సుమారు 2\రెట్లు {10}^{-7}\) m2/s కాబట్టి, ఈ అధ్యయనంలో, 50 ms యొక్క సమయ ప్రతిస్పందనలు, అనగా, పాక్షిక-తక్షణమే. ఉష్ణోగ్రత మార్పులు, ఉష్ణోగ్రత పెరుగుదల యొక్క ఈ తక్షణ స్థాపన ప్రయోగం యొక్క వ్యవధిని తగ్గించడమే కాకుండా, ఉష్ణోగ్రత ప్రభావాలకు సంబంధించిన ఏదైనా డైనమిక్ అధ్యయనానికి ఖచ్చితమైన సమయాన్ని \(t=0\) అనుమతిస్తుంది.
మా ప్రతిపాదిత పద్ధతి ఏదైనా కాంతి-శోషక ఉపరితలానికి వర్తిస్తుంది (ఉదాహరణకు, ITO పూతతో కూడిన వాణిజ్య నమూనాలు). అయినప్పటికీ, బంగారు నానోపార్టికల్స్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్‌లో అధిక శోషణను అందించగలవు మరియు కనిపించే పరిధిలో తక్కువ శోషణను అందించగలవు, వీటిలో చివరి లక్షణాలు కనిపించే పరిధిలో ప్రభావవంతమైన ఆప్టికల్ పరిశీలనకు ఆసక్తిని కలిగి ఉంటాయి, ముఖ్యంగా ఫ్లోరోసెన్స్‌ని ఉపయోగిస్తున్నప్పుడు. అదనంగా, బంగారం బయో కాంపాజిబుల్, రసాయనికంగా జడత్వం, ఆప్టికల్ డెన్సిటీని 530 nm నుండి సమీప ఇన్‌ఫ్రారెడ్‌కు సర్దుబాటు చేయవచ్చు మరియు నమూనా తయారీ సరళమైనది మరియు పొదుపుగా ఉంటుంది.
ట్రాన్స్‌వర్స్ గ్రేటింగ్ వేవ్‌ఫ్రంట్ మైక్రోస్కోపీ (CGM) మైక్రోస్కేల్ వద్ద ఉష్ణోగ్రత మ్యాపింగ్‌ను మాత్రమే కాకుండా, బయోమాస్ మానిటరింగ్‌ను కూడా అనుమతిస్తుంది, ఇది LA-HTMతో కలిపి ప్రత్యేకంగా ఉపయోగకరంగా (అవసరమైతే) చేస్తుంది. గత దశాబ్దంలో, ఇతర ఉష్ణోగ్రత మైక్రోస్కోపీ పద్ధతులు అభివృద్ధి చేయబడ్డాయి, ముఖ్యంగా బయోఇమేజింగ్ రంగంలో, మరియు వాటిలో చాలా వరకు ఉష్ణోగ్రత-సెన్సిటివ్ ఫ్లోరోసెంట్ ప్రోబ్స్ 54,55 ఉపయోగించడం అవసరం. అయినప్పటికీ, ఈ పద్ధతులు విమర్శించబడ్డాయి మరియు కొన్ని నివేదికలు కణాలలో అవాస్తవ ఉష్ణోగ్రత మార్పులను కొలిచాయి, బహుశా ఫ్లోరోసెన్స్ ఉష్ణోగ్రత కంటే ఇతర అనేక అంశాలపై ఆధారపడి ఉంటుంది. అదనంగా, చాలా ఫ్లోరోసెంట్ ప్రోబ్స్ అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అస్థిరంగా ఉంటాయి. అందువల్ల, ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోపీని ఉపయోగించి అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద జీవితాన్ని అధ్యయనం చేయడానికి QPM మరియు ప్రత్యేకించి CGM ఒక ఆదర్శ ఉష్ణోగ్రత మైక్రోస్కోపీ సాంకేతికతను సూచిస్తాయి.
80°C వద్ద సర్వోత్తమంగా జీవించే S. షిబాటే యొక్క అధ్యయనాలు, LA-HTMని కేవలం సాధారణ థర్మోఫైల్స్ మాత్రమే కాకుండా హైపర్‌థెర్మోఫిల్స్‌ను అధ్యయనం చేయడానికి అన్వయించవచ్చని చూపిస్తుంది. సూత్రప్రాయంగా, LA-HTMని ఉపయోగించి చేరుకోగల ఉష్ణోగ్రతల శ్రేణికి పరిమితి లేదు మరియు 100°C కంటే ఎక్కువ ఉష్ణోగ్రతలు కూడా ఉడకబెట్టకుండా వాతావరణ పీడనం వద్ద చేరుకోవచ్చు, వాతావరణంలో హైడ్రోథర్మల్ కెమిస్ట్రీ అప్లికేషన్‌లలో మా 38 సమూహం ద్వారా ప్రదర్శించబడింది. ఒత్తిడి A. బంగారు నానోపార్టికల్స్ 40ని అదే విధంగా వేడి చేయడానికి లేజర్ ఉపయోగించబడుతుంది. అందువలన, LA-HTM ప్రామాణిక పరిస్థితుల్లో (అంటే పర్యావరణ ఒత్తిడిలో) ప్రామాణిక అధిక రిజల్యూషన్ ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోపీతో అపూర్వమైన హైపర్‌థెర్మోఫిల్స్‌ను గమనించడానికి ఉపయోగించగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంది.
అన్ని ప్రయోగాలు కోహ్లర్ ఇల్యూమినేషన్ (LED, M625L3, థోర్లాబ్స్, 700 mWతో), మాన్యువల్ xy కదలికతో కూడిన నమూనా హోల్డర్, లక్ష్యాలు (ఒలింపస్, 60x, 0.7 NA, ఎయిర్, LUCPlanFLN60X, NA. 6050X, 6050X, 6050x, 600000000000000000)తో సహా హోమ్‌మేడ్ మైక్రోస్కోప్‌ని ఉపయోగించి జరిగాయి. , UPLFLN60XOI), CGM కెమెరా (QLSI క్రాస్ గ్రేటింగ్, 39 µm పిచ్, అండోర్ జైలా కెమెరా సెన్సార్ నుండి 0.87 mm) తీవ్రత మరియు వేవ్‌ఫ్రంట్ ఇమేజింగ్‌ను అందించడానికి మరియు sCMOS కెమెరా (ORCA ఫ్లాష్ 4.0 V3, 16-బిట్ మోడ్, హమామత్సు నుండి రికార్డ్ చేయడానికి) మూర్తి 5 (బ్యాక్టీరియల్ స్విమ్మింగ్)లో చూపబడిన డేటా. డైక్రోయిక్ బీమ్ స్ప్లిటర్ 749 nm బ్రైట్‌లైన్ ఎడ్జ్ (సెమ్‌రాక్, FF749-SDi01). కెమెరా ముందు భాగంలో ఉన్న ఫిల్టర్ 694 షార్ట్ పాస్ ఫిల్టర్ (FF02-694/SP-25, Semrock). టైటానియం నీలమణి లేజర్ (లేజర్ వెర్డి G10, 532 nm, 10 W, పంప్ చేయబడిన సునామీ లేజర్ కేవిటీ, Fig. 2-5లోని స్పెక్ట్రా-ఫిజిక్స్, మిలీనియా లేజర్, స్పెక్ట్రాఫిజిక్స్ 10 W, పంప్ చేయబడిన మిరా లేజర్ కేవ్, పంప్ చేయబడిన మిరా లేజర్ కేవ్, Fig. -5). 6 మరియు 7) తరంగదైర్ఘ్యం \({{({\rm{\lambda }}}}}}=800\) nmకి సెట్ చేయబడ్డాయి, ఇది బంగారు నానోపార్టికల్స్ యొక్క ప్లాస్మోన్ రెసొనెన్స్ స్పెక్ట్రమ్‌కు అనుగుణంగా ఉంటుంది. ప్రాదేశిక కాంతి మాడ్యులేటర్లు (1920 × 1152 పిక్సెల్‌లు) మీడోలార్క్ ఆప్టిక్స్ నుండి కొనుగోలు చేయబడ్డాయి.
క్రాస్ గ్రేటింగ్ వేవ్‌ఫ్రంట్ మైక్రోస్కోపీ (CGM) అనేది సాంప్రదాయిక కెమెరా సెన్సార్ నుండి ఒక మిల్లీమీటర్ దూరంలో రెండు-డైమెన్షనల్ డిఫ్రాక్షన్ గ్రేటింగ్ (క్రాస్ గ్రేటింగ్ అని కూడా పిలుస్తారు) కలపడంపై ఆధారపడిన ఆప్టికల్ మైక్రోస్కోపీ టెక్నిక్. ఈ అధ్యయనంలో మేము ఉపయోగించిన CGM యొక్క అత్యంత సాధారణ ఉదాహరణను నాలుగు-తరంగదైర్ఘ్యం గల ట్రాన్స్‌వర్స్ షిఫ్ట్ ఇంటర్‌ఫెరోమీటర్ (QLSI) అని పిలుస్తారు, ఇక్కడ క్రాస్-గ్రేటింగ్ అనేది ప్రిమోట్ మరియు ఇతరులు ప్రవేశపెట్టిన మరియు పేటెంట్ పొందిన తీవ్రత/దశ చెకర్‌బోర్డ్ నమూనాను కలిగి ఉంటుంది. 200034లో. నిలువు మరియు క్షితిజ సమాంతర గ్రేటింగ్ లైన్‌లు సెన్సార్‌పై గ్రిడ్-వంటి నీడలను సృష్టిస్తాయి, ఇన్‌సిడెంట్ లైట్ యొక్క ఆప్టికల్ వేవ్‌ఫ్రంట్ డిస్టార్షన్ (లేదా సమానమైన ఫేజ్ ప్రొఫైల్)ని పొందేందుకు వాస్తవ సమయంలో వాటి వక్రీకరణను సంఖ్యాపరంగా ప్రాసెస్ చేయవచ్చు. మైక్రోస్కోప్‌లో ఉపయోగించినప్పుడు, ఒక CGM కెమెరా నానోమీటర్ల క్రమంపై సున్నితత్వంతో, ఆప్టికల్ డెప్త్ (OT) అని కూడా పిలువబడే ఇమేజ్ చేయబడిన వస్తువు యొక్క ఆప్టికల్ పాత్ తేడాను ప్రదర్శిస్తుంది. ఏదైనా CGM కొలతలో, ఆప్టికల్ భాగాలు లేదా బీమ్‌లలో ఏవైనా లోపాలను తొలగించడానికి, ఒక ప్రాథమిక సూచన OT చిత్రాన్ని తప్పనిసరిగా తీసుకోవాలి మరియు ఏదైనా తదుపరి చిత్రాల నుండి తీసివేయాలి.
సూచనలో వివరించిన విధంగా CGM కెమెరాను ఉపయోగించి ఉష్ణోగ్రత మైక్రోస్కోపీని ప్రదర్శించారు. 32. సంక్షిప్తంగా, ద్రవాన్ని వేడి చేయడం వలన దాని వక్రీభవన సూచిక మారుతుంది, ఇది సంఘటన పుంజంను వక్రీకరించే థర్మల్ లెన్స్ ప్రభావాన్ని సృష్టిస్తుంది. ఈ వేవ్‌ఫ్రంట్ వక్రీకరణ CGM ద్వారా కొలుస్తారు మరియు ద్రవ మాధ్యమంలో త్రిమితీయ ఉష్ణోగ్రత పంపిణీని పొందేందుకు డీకాన్వల్యూషన్ అల్గోరిథం ఉపయోగించి ప్రాసెస్ చేయబడుతుంది. బంగారు నానోపార్టికల్స్ నమూనా అంతటా సమానంగా పంపిణీ చేయబడితే, మంచి చిత్రాలను రూపొందించడానికి బ్యాక్టీరియా రహిత ప్రాంతాల్లో ఉష్ణోగ్రత మ్యాపింగ్ చేయవచ్చు, ఇది మనం కొన్నిసార్లు చేస్తాం. సూచన CGM చిత్రం వేడి చేయకుండా (లేజర్ ఆఫ్‌తో) పొందబడింది మరియు తదనంతరం లేజర్ ఆన్‌లో ఉన్న ఇమేజ్‌లోని అదే ప్రదేశంలో సంగ్రహించబడింది.
ఉష్ణోగ్రత ఇమేజింగ్ కోసం ఉపయోగించే అదే CGM కెమెరాను ఉపయోగించి డ్రై మాస్ కొలత సాధించబడుతుంది. బ్యాక్టీరియా ఉనికి కారణంగా OTలో ఏదైనా అసమానతను సగటున చూపే సాధనంగా ఎక్స్‌పోజర్ సమయంలో x మరియు yలో నమూనాను వేగంగా తరలించడం ద్వారా CGM సూచన చిత్రాలు పొందబడ్డాయి. బాక్టీరియా యొక్క OT చిత్రాల నుండి, రిఫరెన్స్‌లో వివరించిన విధానాన్ని అనుసరించి, మాట్‌లాబ్ యొక్క హోమ్‌మేడ్ సెగ్మెంటేషన్ అల్గారిథమ్ (ఉపవిభాగం “న్యూమరికల్ కోడ్” చూడండి) ఉపయోగించి ఎంచుకున్న ప్రాంతాలపై చిత్రాల సమిష్టిని ఉపయోగించి వాటి బయోమాస్ పొందబడింది. 48. సంక్షిప్తంగా, మేము \(m={\alpha}^{-1}\iint {{\mbox{OT}}}\left(x,y\right){{\mbox{d}} సంబంధాన్ని ఉపయోగిస్తాము } x{{\mbox{d}}}y\), ఇక్కడ \({{\mbox{OT}}}\left(x,y\right)\) అనేది ఆప్టికల్ డెప్త్ ఇమేజ్, \(m\) పొడి బరువు మరియు \({{{{\rm{\alpha }}}}}}\) స్థిరంగా ఉంటుంది. మేము \({{{\rm{\alpha)))))=0.18\) µm3/pgని ఎంచుకున్నాము, ఇది జీవ కణాలకు సాధారణ స్థిరాంకం.
ఒక కవర్ స్లిప్ 25 మిమీ వ్యాసం మరియు 150 µm మందంతో బంగారు నానోపార్టికల్స్‌తో పూత పూయబడింది, బంగారు నానోపార్టికల్స్ పైకి ఎదురుగా ఉన్న AttofluorTM చాంబర్ (థర్మోఫిషర్)లో ఉంచబడింది. జియోబాసిల్లస్ స్టీరోథెర్మోఫిలస్ ప్రతి రోజు ప్రయోగాలకు ముందు ఎల్‌బి మాధ్యమంలో (200 ఆర్‌పిఎమ్, 60 ° C) రాత్రిపూట ప్రీకల్చర్ చేయబడింది. 0.3 నుండి 0.5 ఆప్టికల్ డెన్సిటీ (OD)తో G. స్టీరోథెర్మోఫిలస్ యొక్క సస్పెన్షన్ యొక్క 5 µl బంగారు నానోపార్టికల్స్‌తో కవర్ స్లిప్‌పై ఉంచబడింది. అప్పుడు, మధ్యలో 5 మిమీ వ్యాసం కలిగిన రంధ్రంతో 18 మిమీ వ్యాసం కలిగిన రౌండ్ కవర్ స్లిప్ డ్రాప్‌పై పడవేయబడింది మరియు అదే ఆప్టికల్ డెన్సిటీతో 5 μl బ్యాక్టీరియా సస్పెన్షన్ రంధ్రం మధ్యలో పదేపదే వర్తించబడుతుంది. కవర్‌లిప్‌లపై ఉన్న బావులు ref లో వివరించిన విధానానికి అనుగుణంగా తయారు చేయబడ్డాయి. 45 (మరింత సమాచారం కోసం అనుబంధ సమాచారాన్ని చూడండి). అప్పుడు లిక్విడ్ లేయర్ ఎండిపోకుండా నిరోధించడానికి కవర్‌లిప్‌కు 1 ml LB మీడియం జోడించండి. పొదిగే సమయంలో మాధ్యమం బాష్పీభవనాన్ని నిరోధించడానికి చివరి కవర్‌స్లిప్ Attofluor™ చాంబర్ యొక్క మూసి ఉన్న మూతపై ఉంచబడుతుంది. అంకురోత్పత్తి ప్రయోగాల కోసం, మేము బీజాంశాలను ఉపయోగించాము, ఇది సంప్రదాయ ప్రయోగాల తర్వాత, కొన్నిసార్లు టాప్ కవర్‌లిప్‌ను కవర్ చేస్తుంది. సల్ఫోలోబస్ షిబాటేని పొందేందుకు ఇదే పద్ధతిని ఉపయోగించారు. మూడు రోజులు (200 rpm, 75 ° C) థియోబాసిల్లస్ సెర్రాటా యొక్క ప్రాథమిక సాగును మీడియం 182 (DSMZ)లో నిర్వహించారు.
మైకెల్లార్ బ్లాక్ కోపాలిమర్ లితోగ్రఫీ ద్వారా బంగారు నానోపార్టికల్స్ నమూనాలు తయారు చేయబడ్డాయి. ఈ ప్రక్రియ చాప్‌లో వివరంగా వివరించబడింది. 60. క్లుప్తంగా, టోలున్‌లో కోపాలిమర్‌ను HAuCl4తో కలపడం ద్వారా బంగారు అయాన్‌లను కప్పి ఉంచే మైసెల్‌లు సంశ్లేషణ చేయబడ్డాయి. శుభ్రం చేసిన కవర్‌లిప్‌లను ద్రావణంలో ముంచి, బంగారు విత్తనాలను పొందేందుకు తగ్గించే ఏజెంట్ సమక్షంలో UV వికిరణంతో చికిత్స చేస్తారు. చివరగా, KAuCl4 మరియు ఇథనోలమైన్ యొక్క సజల ద్రావణంతో కవర్‌స్లిప్‌ను 16 నిమిషాల పాటు సంప్రదించడం ద్వారా బంగారు విత్తనాలను పెంచారు, దీని ఫలితంగా సమీప పరారుణంలో గోళాకార రహిత బంగారు నానోపార్టికల్స్ యొక్క పాక్షిక-ఆవర్తన మరియు చాలా ఏకరీతి అమరిక ఏర్పడింది.
ఇంటర్‌ఫెరోగ్రామ్‌లను OT ఇమేజ్‌లుగా మార్చడానికి, లింక్‌లో వివరించిన విధంగా మేము ఇంట్లో తయారుచేసిన అల్గారిథమ్‌ని ఉపయోగించాము. 33 మరియు క్రింది పబ్లిక్ రిపోజిటరీలో Matlab ప్యాకేజీగా అందుబాటులో ఉంది: https://github.com/baffou/CGMprocess. ప్యాకేజీ రికార్డ్ చేయబడిన ఇంటర్‌ఫెరోగ్రామ్‌లు (రిఫరెన్స్ ఇమేజ్‌లతో సహా) మరియు కెమెరా శ్రేణి దూరాల ఆధారంగా తీవ్రత మరియు OT చిత్రాలను లెక్కించగలదు.
ఇచ్చిన ఉష్ణోగ్రత ప్రొఫైల్‌ని పొందడానికి SLMకి వర్తింపజేయబడిన దశ నమూనాను లెక్కించడానికి, మేము గతంలో అభివృద్ధి చేసిన హోమ్‌మేడ్ అల్గారిథమ్39,42ని ఉపయోగించాము, ఇది క్రింది పబ్లిక్ రిపోజిటరీలో అందుబాటులో ఉంది: https://github.com/baffou/SLM_temperatureShaping. ఇన్‌పుట్ అనేది కావలసిన ఉష్ణోగ్రత ఫీల్డ్, దీనిని డిజిటల్‌గా లేదా మోనోక్రోమ్ bmp ఇమేజ్ ద్వారా సెట్ చేయవచ్చు.
కణాలను విభజించడానికి మరియు వాటి పొడి బరువును కొలవడానికి, మేము ఈ క్రింది పబ్లిక్ రిపోజిటరీలో ప్రచురించబడిన మా Matlab అల్గారిథమ్‌ని ఉపయోగించాము: https://github.com/baffou/CGM_magicWandSegmentation. ప్రతి చిత్రంపై, వినియోగదారు ఆసక్తి ఉన్న బ్యాక్టీరియా లేదా mCFUపై క్లిక్ చేసి, మంత్రదండం సున్నితత్వాన్ని సర్దుబాటు చేసి, ఎంపికను నిర్ధారించాలి.
అధ్యయన రూపకల్పనపై మరింత సమాచారం కోసం, ఈ కథనానికి లింక్ చేయబడిన ప్రకృతి పరిశోధన నివేదిక సారాంశాన్ని చూడండి.
సహేతుకమైన అభ్యర్థనపై సంబంధిత రచయితల నుండి ఈ అధ్యయన ఫలితాలకు మద్దతు ఇచ్చే డేటా అందుబాటులో ఉంది.
ఈ అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన సోర్స్ కోడ్ మెథడ్స్ విభాగంలో వివరించబడింది మరియు డీబగ్ వెర్షన్‌లను క్రింది రిపోజిటరీలలో https://github.com/baffou/ నుండి డౌన్‌లోడ్ చేసుకోవచ్చు: SLM_temperatureShaping, CGMprocess మరియు CGM_magicWandSegmentation.
మెహతా, ఆర్., సింఘాల్, పి., సింగ్, హెచ్., దామ్లే, డి. & శర్మ, థర్మోఫిల్స్ మరియు వాటి వైడ్-స్పెక్ట్రమ్ అప్లికేషన్‌లపై ఎకె ఇన్‌సైట్. మెహతా, ఆర్., సింఘాల్, పి., సింగ్, హెచ్., దామ్లే, డి. & శర్మ, థర్మోఫిల్స్ మరియు వాటి వైడ్-స్పెక్ట్రమ్ అప్లికేషన్‌లపై ఎకె ఇన్‌సైట్.మెహతా, R., సింఘాల్, P., సింగ్, H., దామ్లే, D. మరియు శర్మ, AK థర్మోఫైల్స్ యొక్క అవలోకనం మరియు వాటి విస్తృత అప్లికేషన్. మెహతా, R., సింఘాల్, P., సింగ్, H., దామ్లే, D. & శర్మ, AK 深入了解嗜热菌及其广谱应用。 మెహతా, R., సింఘాల్, P., సింగ్, H., దామ్లే, D. & శర్మ, AK.మెహతా ఆర్., సింఘాల్ పి., సింగ్ హెచ్., దామ్లే డి. మరియు శర్మ ఎకె థర్మోఫైల్స్ మరియు విస్తృత శ్రేణి అనువర్తనాలపై లోతైన అవగాహన.3 బయోటెక్నాలజీ 6, 81 (2016).