Name: Yumuşak Madde Nanoindentasyonu için Deneysel ve Veri Analizi İş Akışı (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2022-01-18T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 4 s
Description: Öğrenin, yumuşak malzemelerin mekanik özelliklerini nanoindentasyonla ölçmeyi ve açık kaynaklı Python yazılımıyla verileri analiz etmeyi. Hidrojel ve hücre sertliği ölçümleri için basitleştirilmiş bir yöntem sunar.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

GC ve MAGO CeMi'nin tüm üyelerini kabul eder. MSS, EPSRC Programı Hibesi (EP/P001114/1) aracılığıyla destek kabul eder.
GC: yazılım (yazılım geliştirme ve algoritmalara katkı), biçimsel analiz (nanogirinti verilerinin analizi), doğrulama, Araştırma (poliakrilamid jeller üzerinde nanogirinti deneyleri), veri kürasyonu, yazma (orijinal taslak, gözden geçirme ve düzenleme), görselleştirme (şekil ve grafikler). MAGO: araştırma (jellerin ve hücre örneklerinin hazırlanması, hücreler üzerinde nanoindentasyon deneyleri), yazma (orijinal taslak, gözden geçirme ve düzenleme), görselleştirme (şekil ve grafikler). NA: doğrulama, yazma (inceleme ve düzenleme). IL: yazılım (yazılım geliştirme ve algoritmalara katkı), doğrulama, yazma (inceleme ve düzenleme); OG: kavramsallaştırma, yazılım (orijinal yazılım ve algoritmaların tasarımı ve geliştirilmesi), doğrulama, kaynaklar, yazma (orijinal taslak, gözden geçirme ve düzenleme), denetim, proje yönetimi, finansman edinimi MSS: kaynaklar, yazma (gözden geçirme ve düzenleme), denetim, proje yönetimi, finansman edinimi. Tüm yazarlar son makaleyi okudu ve onayladı.

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyleri yoktur.

Bu protokol, hem hidrojeller hem de tek hücreler üzerinde ticari olarak temin edilebilen bir yüksük üstü nanoindenter kullanarak kuvvet spektroskopisi nanogirinti verilerinin sağlam bir şekilde nasıl elde edileceğini göstermektedir. Ek olarak, nanogirinti verilerinin analizi için kesin bir iş akışı içeren Python'da programlanmış açık kaynaklı bir yazılımın kullanımı için talimatlar sağlanmaktadır.
Protokoldeki kritik adımlar Aşağıdaki adımların, bu protokolü izlerken özelli...

Mekaniğin biyolojideki temel rolü günümüzde 1,2 olarak belirlenmiştir. Tüm dokulardan tek hücrelere kadar, mekanik özellikler incelenen biyomateryalin patofizyolojik durumu hakkında bilgi verebilir 3,4. Örneğin, kanserden etkilenen meme dokusu, popüler palpasyon testinin temeli olan bir kavram olan sağlıklı dokudan daha serttir5. Özellikle, son zamanlarda, şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2'nin (SARS-CoV-2) neden olduğu koronavirüs hastalığı 2019'un (COVID-19), SARS-CoV-2-naif bireylerden gelen kan hücrelerine kıyasla azalmış eritrosit deformabilitesi ve azalmış lenfosit ve nötrofil sertliği de dahil olmak üzere kan hücrelerinin mekanik özelliklerindeki değişikliklerle vurgulandığı gösterilmiştir6.
Genel olarak, hücrelerin ve dokuların mekaniği doğal olarak iç içe geçmiştir: her doku, aynı anda bileşen hücrelerin ve hücre dışı matrisin (ECM) özelliklerini etkileyen ve bunlara bağlı olan spesifik mekanik özelliklere sahiptir5. Bu nedenle, biyolojideki mekaniği incelemek için stratejiler genellikle bu uyaranlara yanıt olarak hücre davranışını aydınlatmak için fizyolojik olarak ilgili mekanik uyaranlara sahip mühendislik substratlarını içerir. Örneğin, Engler ve meslektaşları tarafından yapılan seminal çalışma, mezenkimal kök hücre linaj taahhüdünün, yumuşak ve sert iki boyutlu poliakrilamid (PAAm) hidrojeller7 üzerinde çalışıldığı gibi, matris elastikiyeti tarafından kontrol edildiğini göstermiştir.
İncelenen biyomateryali mekanik olarak karakterize etmek için, mekansal ölçekte (yani, yerelden topluya) ve deformasyon modunda (örneğin, eksenel vs makas) değişen, sonuç olarak farklı bilgiler veren ve dikkatli bir şekilde yorumlanması gereken birçok strateji vardır 3,8,9,10. Yumuşak biyomalzemelerin mekaniği genellikle sertlik açısından ifade edilir. Bununla birlikte, sertlik hem malzeme özelliklerine hem de geometriye bağlıdır, oysa elastik modüller bir malzemenin temel özellikleridir ve malzemenin geometrisinden bağımsızdır11. Bu nedenle, farklı elastik modüller belirli bir numunenin sertliği ile ilgilidir ve her elastik modül, malzemenin farklı sınır koşulları altında (örneğin, serbest genleşme ve hapsetme) belirli bir deformasyon moduna (örneğin, eksenel vs kesme) karşı direncini kapsar11,12. Nanogirinti deneyleri, biyomateryal yanal olarak sınırlandırılmadığında tek eksenli deformasyon (girinti) ile ilişkili olan E yoluyla mekanik özelliklerin nicelleştirilmesine izin verir10,11,12.
Biyolojik sistemlerin E'sini mikro ölçekte ölçmek için en popüler yöntem AFM 13,14,15,16'dır. AFM, pN seviyesine kadar kuvvet çözünürlüğü ve nm'nin altındaki ölçeğe kadar uzamsal çözünürlüğe sahip son derece güçlü bir araçtır. Ayrıca, AFM, tamamlayıcı optik ve mekanik aletlerle birleştirme açısından aşırı esneklik sunarak, soruşturma altındaki biyomalzemeden zengin bir bilgi elde etme yeteneklerini genişletir13. Bununla birlikte, bu çekici özellikler, deneysel kurulumun karmaşıklığı ile temsil edilen bir giriş engeli ile birlikte gelir. AFM, kullanıcıların sağlam veriler elde etmeden önce kapsamlı bir eğitim gerektirir ve biyolojik malzemelerin günlük mekanik karakterizasyonu için kullanımı, özellikle benzersiz kuvveti ve uzamsal çözünürlükleri gerekli olmadığında, genellikle haksızdır.
Bu nedenle, yeni bir nanoindenter sınıfı, kullanım kolaylığı nedeniyle son zamanlarda popülerlik kazanırken, nN altı kuvvet çözünürlüğü ve μm uzamsal çözünürlüğü ile AFM ile karşılaştırılabilir veriler sunarken, ilgili uzunluk ölçekleri2 üzerindeki hücreler tarafından uygulanan ve algılanan kuvvetleri yansıtmaktadır. Özellikle, optik fiber algılama teknolojisine dayanan yüksük üstü nanogirinti cihazları17,18, mekanobiyoloji ve ötesinde aktif araştırmacılar arasında popülerlik kazanmıştır; ve bu cihazları kullanan biyomalzemelerin mekanik özelliklerini bildiren çok sayıda eser, hücreler19,20, hidrojeller8,21 ve dokular 22,23 yayınlanmıştır. Bu sistemlerin yerel dinamik mekanik özellikleri (yani, depolama ve kayıp modülü) araştırma yeteneklerine rağmen, E üreten yarı-statik deneyler en popüler seçenek olmaya devam etmektedir 8,19,20,21. Kısacası, yarı-statik nanogirinti deneyleri, numunenin maksimum yer değiştirme, kuvvet veya girinti derinliği ile tanımlanan bir ayar noktasına kadar sabit bir hızla girintilenmesi ve konsol hem kuvvetinin hem de dikey konumunun kuvvet-mesafe (F-z) eğrileri olarak adlandırılan şekilde kaydedilmesinden oluşur. F-z eğrileri daha sonra temas noktasının (CP) tanımlanmasıyla kuvvet-girinti (F-δ) eğrilerine dönüştürülür ve E'yi hesaplamak için uygun bir temas mekaniği modeli (genellikle Hertz model13) ile donatılmıştır.
Yüksük üstü nanoindenterlerin çalışması AFM ölçümlerine benzese de, dikkate alınması gereken özellikler vardır. Bu çalışmada, bu ve diğer benzer cihazları kullanan araştırma grupları arasında deneysel prosedürlerin standardizasyonunu teşvik etmek için, ticari olarak temin edilebilen bir yüksük üstü nanoindenter kullanarak hücrelerden ve doku taklit eden hidrojellerden F-z eğrilerini sağlam bir şekilde elde etmek için adım adım bir kılavuz sağlanmıştır. Ek olarak, nanogirinti deneylerini gerçekleştirmek için hidrojel numunelerinin ve hücrelerinin en iyi şekilde nasıl hazırlanacağına dair tavsiyeler, deneysel yol boyunca sorun giderme ipuçlarıyla birlikte verilmektedir.
Ayrıca, nanogirinti sonuçlarındaki değişkenliğin çoğu (yani, E ve dağılımı), önemsiz olmayan verileri analiz etmek için kullanılan spesifik prosedüre bağlıdır. Bu sorunu çözmek için, Python'da programlanmış ve F-z eğrilerinin toplu analizi için kullanıcı dostu bir grafik kullanıcı arayüzü (GUI) ile donatılmış yeni geliştirilmiş bir açık kaynaklı yazılımın kullanımına yönelik talimatlar sağlanmaktadır. Yazılım, hızlı veri taramasına, verilerin filtrelenmesine, CP'nin farklı sayısal prosedürlerle hesaplanmasına, E'nin geleneksel hesaplamasına ve ayrıca hücrenin toplu Young modülünü, aktin korteksin Young modülünü ve aktin korteksin kalınlığını tahmin etmeyi sağlayan elastikiyet spektrumu24 adlı daha gelişmiş bir analize izin verir. Yazılım GitHub'dan ücretsiz olarak indirilebilir ve uygun bir veri ayrıştırıcısı ekleyerek diğer sistemlerden kaynaklanan verileri analiz etmek için kolayca uyarlanabilir. Bu protokolün diğer yüksük üstü nanoindentasyon cihazları ve genel olarak diğer nanoindentasyon cihazları için kullanılabileceği, bazı adımların belirli bir cihazın yönergelerine göre uyarlandığı vurgulanmaktadır. Protokol şematik olarak Şekil 1'de özetlenmiştir.

<table><tbody><tr><td>12 mm lameller</td><td>VWR</td><td>631-1577P</td><td></td></tr><tr><td>35 mm hücre muameleli kültür kapları</td><td>Greiner CELLSTAR</td><td>627160</td><td></td></tr><tr><td>Akrilamid</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>A4058</td><td></td></tr><tr><td>Akrilsilan</td><td>Alfa Aesar</td><td>L16400</td><td></td></tr><tr><td>Amonyum Persülfat</td><td>Merk</td><td>7727-54-0</td><td></td></tr><tr><td>Bisakrilamid</td><td>Merk</td><td>110-26-9</td><td></td></tr><tr><td>Chiaro nanoindenter</td><td>Optik 11 Ömür</td><td></td><td>&nbsp; katalog numarası yok</td></tr><tr><td>Etanol</td><td></td><td></td><td>genel</td></tr><tr><td>Fetal sığır serumu</td><td>Gibco</td><td>16140071</td><td></td></tr><tr><td>Yüksek glikozlu DMEM</td><td>Gibco 11995065</td><td></td><td></td></tr><tr><td>İzopropanol</td><td></td><td></td><td>genel</td></tr><tr><td>Kimwipe</td><td>Kimberly Clark</td><td>21905-026</td><td></td></tr><tr><td>Mikroskop cam slaytları</td><td>VWR</td><td>631-1550P</td><td></td></tr><tr><td>MilliQ sistemi</td><td>Merk Millipore</td><td>ZR0Q008WW</td><td></td></tr><tr><td>OP1550 İnterferometre</td><td>Optik11 Life</td><td></td><td>katalog numarası yok</td></tr><tr><td>Optik 11 Ömür probu (k = 0.02-0.005 N/m, R = 3-3.5 um)</td><td>Optik 11 Hayat</td><td></td><td>katolog numarası yok</td></tr><tr><td>Optik 11 Hayat sondası (k = 0.46-0.5 N/m, R = 50-55 um)</td><td>Optik 11 Life</td><td></td><td>katolog numarası yok</td></tr><tr><td>Penisilin/Streptomisin</td><td>Gibco</td><td>15140122</td><td></td></tr><tr><td>RainX yağmur itici</td><td>RainX</td><td>26012</td><td></td></tr><tr><td>Standart petri kapları (90 mm)</td><td>Thermo Scientific</td><td>101RTIRR</td><td></td></tr><tr><td>Tetrametiletilendiamin</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>110-18-9</td><td></td></tr><tr><td>Vakum kurutucu</td><td>Thermo Scientific</td><td>531-0250</td><td></td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Veri toplama yazılımı (v 3.4.1)</td><td>Optics 11 Life</td><td></td><td></td></tr><tr><td>GitHub Desktop (İsteğe bağlı)</td><td>Microsoft</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Python 3</td><td>Python Software Foundation</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Visual Studio Code (İsteğe bağlı)</td><td>Microsoft</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

yumuşak madde nanoindentasyonu için deneysel ve veri analizi İş akışı

Experimental and Data Analysis Workflow for Soft Matter Nanoindentation

Nanogirinti, yumuşak biyomalzemelerin ve hücrelerin yerel mekanik özelliklerini ölçmek için bir mikrometrik kuvvet probunun kullanıldığı bir deneysel teknikler sınıfını ifade eder. Bu yaklaşım, tek hücrelerin boyutuyla (μm) karşılaştırılabilir bir çözünürlüğe sahip yumuşak malzemelerin uygun bir mekanik karakterizasyonunu elde etmek için mekanobiyoloji, biyomalzeme tasarımı ve doku mühendisliği alanlarında merkezi bir rol kazanmıştır. Bu tür deneysel verileri elde etmek için en popüler strateji, atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanmaktır; Bu cihaz kuvvette (pN'ye kadar) ve uzayda (alt-nm) benzeri görülmemiş bir çözünürlük sunarken, kullanılabilirliği genellikle Young Modülü (E) gibi mekanik özelliklerin integral göstergelerinin rutin ölçümlerini önleyen karmaşıklığı ile sınırlıdır. Optik fiber algılama teknolojisine dayananlar gibi yeni nesil nanoindenterler, son zamanlarda μm uzamsal çözünürlüğe sahip alt-nN kuvvetlerinin uygulanmasına izin verirken, entegrasyon kolaylığı nedeniyle popülerlik kazanmıştır, bu nedenle hidrojellerin ve hücrelerin yerel mekanik özelliklerini araştırmak için uygundur.
Bu protokolde, ticari olarak temin edilebilen bir yüksük üstü optik fiber algılama nanoindenter kullanarak hidrojeller ve hücreler hakkında nanogirinti verilerini elde etmek için deneysel prosedürü detaylandıran adım adım bir kılavuz sunulmaktadır. Bazı adımlar burada kullanılan cihaza özgü olsa da, önerilen protokol, bazı adımların üreticinin yönergelerine göre uyarlanması koşuluyla, diğer nanoindentasyon cihazları için bir rehber olarak alınabilir. Ayrıca, nanogirinti verilerinin analizi için kullanıcı dostu bir grafik kullanıcı arayüzü ile donatılmış yeni bir açık kaynaklı Python yazılımı sunulmaktadır; bu, yanlış edinilmiş eğrilerin taranmasına, veri filtrelemeye, temas noktasının farklı sayısal prosedürlerle hesaplanmasına, E'nin geleneksel hesaplamasına ve özellikle tek hücreli nanogirinti verileri için uygun daha gelişmiş bir analize olanak tanır.

Protokolü takiben, bir dizi F-z eğrisi elde edilir. Veri kümesi büyük olasılıkla iyi eğriler ve analize devam etmeden önce atılacak eğriler içerecektir. Genel olarak, şekilleri Şekil 4A'da gösterilenden farklıysa eğriler atılmalıdır. Şekil 5AI, NanoPrepare GUI'ye yüklenen beklenen E 0.8 KPa35'in yumuşak bir PAAm hidrojeli üzerinde elde edilen ~ 100 eğriden oluşan bir veri kümesini göstermektedir. Çoğu eğri net, düz bir t...

Protokol, hidrojeller ve hücreler de dahil olmak üzere yumuşak malzeme nanogirinti deneyleri için eksiksiz bir iş akışı sunar. İlk olarak, kuvvet spektroskopisi verilerini elde etmek için deneysel adımlar detaylandırılmıştır; Daha sonra, bu tür verilerin analizi, GitHub'dan ücretsiz olarak indirilebilen yeni geliştirilen açık kaynaklı bir Python yazılımı aracılığıyla detaylandırılır.

Yumuşak Madde Nanoindentasyonu için Deneysel ve Veri Analizi İş Akışı

Nanoindentation refers to a class of experimental techniques where a micrometric force probe is used to quantify the local mechanical properties of soft ...

Bu protokol, ticari olarak temin edilebilen bir nanoindenter kullanarak hidrojellerin ve hücrelerin sertliğini ölçmek için adım adım bir kılavuz gösterir ve ayrıca elde edilen verileri yeniden üretilebilir bir şekilde analiz etmek için açık kaynaklı bir yazılım sunar. Protokol, atomik kuvvet mikroskobu benzeri verileri, karmaşıklığın bir kısmında, elde etmemizi sağlar. Bu nedenle, bu protokol, sağlıklı ve hastalıklı örneklerin mekanik özelliklerini incelemek isteyen bilim adamları için yararlı olacaktır, ancak aynı zamanda yumuşak malzemeler için nanogirinti bağlamında daha geniş uygulanabilirliğe sahip olacağına inanıyoruz.Cihazı açtıktan ve deney için seçilen probu monte ettikten sonra, probu kalibre etmeye başlayın. Ana yazılım penceresinde Başlat'a tıklayın. Görüntülenen Kalibrasyon Menüsü'nde, giriş kutularına prob ayrıntılarını girin.Daha sonra, kalın, cam bir Petri kabını, numune kabıyla aynı ortama sahip düz bir tabanla doldurun ve ortamın sıcaklığını numuneninkiyle eşleştirin. Ardından, kalibrasyon kabını probun altına yerleştirin. Sıvıda kalibrasyon için, probu, pipetin ucu cam yüksükle hafif temas halinde% 70 etanol veya izopropanol damlasıyla, damla konsol ve küresel uç üzerinde kayacak şekilde önceden ıslatın.Daha sonra, nanoindenter'ın kolunu, prob tamamen suya batırılana kadar, ancak Petri kabının dibinden hala uzakta olana kadar manuel olarak aşağı doğru kaydırın. Sıvıda denge koşullarına ulaşılabilmesi için beş dakika bekleyin. Ardından, yazılımın Başlat Menüsünde, Dalga Boyunu Tara'ya tıklayın.İnterferometrenin ekranında bir ilerleme çubuğu gösterilir. İnterferometre kutusundaki Dalga Boyu Taraması paneline giderek optik taramanın başarılı olup olmadığını kontrol edin. Ardından, Başlat Menüsünde, probu aşamalı olarak azaltmak için Yüzeyi Bul'a tıklayın.Prob, cam Petri kabına temas ettiğinde hareket etmeyi durdurur. Prob yüzeyle temas ettiğinde, ana yazılım penceresindeki y aşağı doğru ok düğmesini kullanarak probu bir mikrometre aşağı doğru hareket ettirin. Her bir mikrometrelik adımda taban çizgisindeki değişiklikler için canlı penceredeki yeşil sinyali gözlemleyin.Ardından, Başlat Menüsü'nden Kalibre Et'i tıklatın. Kalibrasyon tamamlandığında, görüntülenen açılır pencerede eski ve yeni kalibrasyon faktörlerini kontrol edin. Yeni kalibrasyon faktörü, makalede açıklandığı gibi doğru aralıktaysa, Yeni Faktör Kullan'a tıklayın.Ardından, piezo'yu 500 mikrometre yukarı doğru hareket ettirin. Ardından, interferometre masaüstündeki Demodülasyon sekmesine giderek demodülasyon çemberinin doğru şekilde kalibre edilip edilmediğini kontrol edin. Yeterli gürültüyü tetiklemek için optik masaya veya nanoindenter'a hafifçe dokunun.Ayrık veri noktalarından oluşan beyaz bir daire, kırmızı daireyi yaklaşık olarak örtmelidir. Numuneyi içeren Petri kabını mikroskop aşamasına yükleyin ve nanoindenterin probunu numunenin üzerinde istenen bir konuma manuel olarak hareket ettirin. Probu çözelti içinde kaydırın, prob ile numunenin yüzeyi arasında bir ila iki milimetre bırakmaya dikkat edin.Probun çözeltide dengelenmesi için beş dakika bekleyin. Optik mikroskopla proba odaklanın. Young'ın yumuşak malzeme modülünü ölçmek için, Deneyi Yapılandır'a tıklayın.Daha sonra otomatik matris taraması için kullanılacak deneysel parametreleri belirlemek üzere yer değiştirme kontrolüne bir Yüzeyi Bul adımı ve tek bir girinti ekleyin. Tek girinti başarılı olursa, 10 ila 100 mikrometrede aralıklı 50 ila 100 nokta içeren bir matris taraması yapılandırın. Yüzeyi Otomatik Bul kutusunun işaretli olduğundan emin olduktan sonra, matris taramasını geçerli sahne alanı konumundan başlatmak için Sahne Alanı Konumunu Kullan'a tıklayın.Yer değiştirme kontrolünde matris tarama profilini ayarlayın. Segment sayısını beşte bırakın ve varsayılan yer değiştirme profilini kullanın. Gerekirse, eğimli her segment için yer değiştirme profilini ve süresini değiştirin.Saniyede 10 mikrometreden daha yüksek gerinim oranlarını aşmayın. Yapılandırılan denemeyi istenen deneme yoluna kaydedin. Denemeyi Çalıştır'a tıklayın ve tamamlanmasını bekleyin.Tüm veriler alındığında, probu temizleyin ve cihazda açıklandığı gibi cihazı kapatın. Kuvvet-yer değiştirme eğrilerinin taranması ve temizlenmiş veri setinin JSON formatında üretilmesi için lansman hazırlığı. py, laboratuvar bilgisayarındaki komut satırından.Açılır listeden Optics11 veri formatını seçin. Veriler doğru yüklenmezse, grafik kullanıcı arabirimini yeniden başlatın ve Optics11 Eski'yi seçin. Ardından, Klasörü Yükle'ye tıklayın ve analiz edilecek verileri içeren bir klasör seçin.Grafik kullanıcı arabiriminin sağında bulunan sekmeleri kullanarak veri kümesini temizleyin. Ardından, JSON'u Kaydet'e tıklayın ve temizlenen veri kümesi için uygun bir ad girin. JSON dosyasını, geçerli bilgisayardan farklıysa, NanoAnalysis yazılımının yüklü olduğu bilgisayara gönderin.Nano'yu başlatın. py dosyası komut satırından. Grafik kullanıcı arabiriminin sol üst köşesinde, Denemeyi Yükle'ye tıklayın ve JSON dosyasını seçin.Bu, dosya listesini ve veri kümesini kuvvet-yer değiştirme eğrileri açısından gösteren ham eğriler grafiğini doldurur. İstatistikler kutusunda, üç parametrenin değerlerini işaretleyin: N etkin, N başarısız ve N hariç. Belirli bir eğriyi daha ayrıntılı olarak görselleştirmek için eğriye tıklayın.Bu, yeşil renkte vurgulayacak ve geçerli eğri grafiğinde gösterecektir. Tek bir eğri seçildikten sonra, İstatistikler kutusunda R ve k parametreleri doldurulur. Veri kümesi daha fazla temizlendikten sonra, Filtreleme kutusunda uygulanan filtreleri kullanarak eğrilerdeki gürültüyü filtreleyin.Ardından, geçerli eğri grafiğindeki filtrelenmiş eğrileri inceleyin. Filtrelenmiş eğri siyah, filtrelenmemiş versiyon ise yeşildir. Temas noktasını bulmak için, İletişim Noktası kutusundan, yazılımda uygulanmış olan bir dizi sayısal yordamdan birini seçin.Algoritmanın parametrelerini, makalede açıklandığı gibi, temas noktasının doğru bir şekilde yerleştirilmesi için veri kümesine uyacak şekilde ayarlayın. Temas noktasının tek bir eğride nerede bulunduğunu görmek için, üzerine tıklayarak eğriyi seçin. Ardından, İncele'yi tıklatın.İletişim noktasının nerede bulunduğunu belirlemek için görünen açılır pencereyi kontrol edin. Ardından, Hertz Analizi'ne tıklayın. Bu, üç grafik oluşturacaktır.Veri kümesindeki her eğri için kuvvet girinti verilerini, kırmızı ile gösterilen ortalama Hertz uyumuyla birlikte kontrol edin. Ardından, bir standart sapma gösteren bir hata bandı ve kırmızı ile gösterilen ortalama Hertz uyumu ile birlikte ortalama kuvvet girinti eğrisini kontrol edin. Ardından, Young modülünün Hertz modelinin her bir eğriye uymasından kaynaklanan dağılım grafiğini kontrol edin.Hesaplanan ortalama Young modülü ve standart sapması için Sonuçlar kutusunu inceleyin ve verilen deney için makul olduklarından emin olun. Ardından, Kaydet kutusunda, Hertz'e tıklayın. Açılır pencerede, dosya adını ve dizini girin ve Kaydet'e tıklayın.Bir tsv dosyası oluşturulacaktır. İstatistiksel analiz ve daha fazla çizim için tsv dosyasını herhangi bir ek yazılımda açın. Hücre nanogirinti verileri için, Elastikiyet Spektrumu Analizi'ne tıklayın.Üretilen iki grafiği, yani her eğri için girinti derinliğinin bir fonksiyonu olarak Young modülünü ve iki katmanlı bir modelin taktığı girinti fonksiyonu olarak ortalama Young modülünü inceleyin. Analiz tamamlandığında, Kaydet kutusundaki ES'ye tıklayın. Bu, belirtilen dizinde, tercih edilen başka herhangi bir yazılımda açılabilen ve çizilebilen bir tsv dosyasını dışa aktarır.Başarılı bir deney, bir kuvvet yer değiştirme eğrisinin yaklaşım segmentinde, net, düz bir taban çizgisine, bir geçiş bölgesine ve eğimli bir bölgeye sahip olmasıyla sonuçlanır. Bu şekildeki değişiklikleri gösteren eğriler, NanoPrepare kullanılarak veri kümesinden kolayca kaldırılır. Yumuşak bir poliakrilamid hidrojel ve sert bir hidrojel için ortalama Hertz modeli ile birlikte ortalama kuvvet-girinti eğrileri burada gösterilmiştir.Young modülünün bireysel değerleri çizilerek, her iki hidrojel için de beklenen ortalama Young modülü elde edildi. Hücre nanogirinti deneyleri için, ortalama kuvvet-girinti eğrisi ve buna karşılık gelen ortalama Hertz modeli, Hertz modelinin, hücre nanogirinti deneyleri için artan girinti derinliği ile kuvvetin evrimini tam olarak yakalamadığını göstermektedir. 200 nanometrelik bir girintiye kadar takılan ortalama elastikiyet spektrumları burada gösterilmiştir.Ortalama elastikiyet spektrumları, 200 nanometrelik bir girinti derinliğinde artmaya başlar, bu da bir substratın sondalı görünür Young modülüne katkısını gösterir. Bu nedenle, hem Hertz hem de çift katmanlı model için uygun aralık olarak 200 nanometre seçildi. Çift katmanlı modelin takılması, ana metinde açıklandığı gibi, hücre aktin korteks kalınlığı, hücre aktin korteks modülü ve hücre yığın modülü de dahil olmak üzere hücrenin mekanik durumu hakkında daha fazla bilgi elde edilmesini sağlar.Hertz modeli ile Young'ın modül dağılımı açısından elastikiyet spektrumu yaklaşımı arasındaki doğrudan bir karşılaştırma, elastisite spektrumu yaklaşımının fizibilitesini gösteren, karşılaştırılabilir araçlarla örtüşen dağılımları ortaya koymaktadır. Temas noktasını doğru bir şekilde konumlandırmak ve seçilen algoritma parametrelerini karşılaştırmak istediği veri kümeleri arasında tutarlı tutmak, numuneler arasında güvenilir karşılaştırmalar elde etmek için çok önemlidir. Yöntem, sferoidler, organoidler, dokular ve genel olarak tüm yumuşak maddeler dahil olmak üzere biyolojik örneklerin yerel elastik özelliklerini ölçmek için genel olarak uygulanabilirliktir.

experimental-data-analysis-workflow-for-soft-matter

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanarak bitki dokularının mekanik özelliklerini haritalamak için bir yöntem açıklıyoruz. Bitki gelişimi sırasında hücre duvarlarında meydana gelen mekanik değişikliklerin geniş alan orta ölçeğinde nasıl kaydedileceğine odaklanıyoruz ve bu değişikliklerin büyüme ve morfogenez ile ilişkilendirilmesini sağlıyoruz.

Hücre Duvarları Elastik Özelliklerinin AFM-tabanlı Haritalama: doku, hücresel ve Subselüler Çözünürlüklerde

Bu kağıt mekansal ilişkili kimyasal, yapısal ve nanoindentation kullanarak Atractosteus spatula katmanlı ölçeği (A. spatula) mekanik özelliklerinin incelenmesi için kullanılan yöntemler sunar, Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X- ışını tomografi (X-ışını BT) bilgisayarlı. Deney sonuçları, koruyucu, biyolojik malzemelerin tasarım ilkelerini araştırmak için kullanılmıştır.

Çok katmanlı Balık Ölçekler (Of Karakterizasyonu<em&gt; Atractosteus spatula</em&gt;) Nanoindentation, X-ray CT, FTIR ve SEM kullanma

Beynin viskoelastik mekanik özelliklerini mikro, mezo ve makro ölçeklerde karakterize etmek için bir dizi teknik sunuyoruz.

Atomik Kuvvet Mikroskobu, Darbe girinti ve reometre kullanarak Beyin Doku Ölçekli Mekanik Özellikleri karakterize

Bu deneysel protokol, atomik kuvvet mikroskobunun gerçek nanometre ölçeğinde sertliği ölçmek ve tek atomistik plastisite olaylarını tespit etmek için nasıl kullanılabileceğini açıklar.

Enstrumanlı AFM-girinti Kantitatif Sertlik Ölçümü

Biz atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanarak eklem kıkırdağı hücresel düzeyde erken osteoartritik değişiklikleri araştırmak için bir yöntem saklıt.

Erken Osteoartrit tespit etmek için Atomik Kuvvet Mikroskobu Uygulaması

Atomik kuvvet mikroskobu mikro girintileriyle ilgili en yaygın sorunları belirlemek ve ele almak için adım adım bir yaklaşım sunuyoruz. Çeşitli derecelerde osteoartrit kaynaklı dejenerasyon ile karakterize edilen yerli insan eklem kıkırdak eksplantlarında ortaya çıkan sorunları örneklendiriyoruz.

İnsan Eklem Kıkırdak Eksplantlarında Atomik Kuvvet Mikroskobu Tabanlı Mikro Girintide Pratik Konuların Ele Alınması

Bir atomik kuvvet mikroskobu (AFM) prob ucu tarafından bir numune yüzeyine uygulanan temas alanının ve kuvvetin ölçülmesi, nano ölçekli mekanik özellik belirlemeyi mümkün kılar. Elastik modülü veya diğer nanomekanik özellikleri ölçmek için yumuşak ve sert numunelerde havada veya sıvıda AFM konsol bazlı nanogirinti uygulamak için en iyi uygulamalar tartışılmaktadır.

Atomik Kuvvet Mikroskobu Konsol Tabanlı Nanogirinti: Hava ve Sıvıda Nanoölçekte Mekanik Özellik Ölçümleri

Bu çalışma, görselleştirilmiş deneysel süreçler sağlayan malzeme deformasyonu ve arızası için üç boyutlu bir sanal simülasyon deneyi sunmaktadır. Bir dizi deney sayesinde, kullanıcılar ekipmana aşina olabilir ve işlemleri sürükleyici ve etkileşimli bir öğrenme ortamında öğrenebilirler.

Mekaniğin Sanal Bir Simülasyon Deneyi: Taramalı Elektron Mikroskobuna Dayalı Malzeme Deformasyonu ve Arızası

Önerilen protokol, multimodal analizler kullanarak kemik rejenerasyonu bağlamında kemik oluşumunu değerlendirmek için küresel bir yaklaşım gerektirmektedir. Yeni kemik oluşumu hakkında kalitatif ve kantitatif bilgi sağlamayı, temel ve klinik öncesi araştırmaların titizliğini ve geçerliliğini artırmayı amaçlar.

Ex Vivo Modelde Doku Mineralizasyonunun Kapsamlı Karakterizasyonu

Burada, küçük moleküller ve proteinlerin desenli yüzeylerin desenlendirme oksit-silisyum ve germanyum ve reaktif organik mono tabakaları göstermek işlevsellik için basit bir yöntem açıklanmaktadır. Bu yaklaşım tamamen kimyasal oksidasyon yüzeyleri korur özelliği morfolojisi üzerinde hassas kontrol sağlar, ve kimyasal ayrımcılık desenleri hazır erişim sağlar.

Yumuşak Litografik işlevsellik ve Desenlendirme Oksit Silisyum ve germanyum

Öğrenin, yumuşak malzemelerin mekanik özelliklerini nanoindentasyonla ölçmeyi ve açık kaynaklı Python yazılımıyla verileri analiz etmeyi. Hidrojel ve hücre sertliği ölçümleri için basitleştirilmiş bir yöntem sunar.

Yumuşak Madde Nanoindentasyonu için Deneysel ve Veri Analizi İş Akışı

Daha fazla video keşfet