میکروسکوپ نیروی اتمی با سرعت بالا در زیست شناسی

این اولین کتاب در مورد میکروسکوپ نیروی اتمی با سرعت بالا (HS-AFM) برای دانشجویان و زیست شناسانی در نظر گرفته شده است که می خواهند از HS-AFM در تحقیقات خود استفاده کنند. توضیحات سرراستی از اصل و تکنیک های AFM و HS-AFM ارائه می دهد. نمونه های متعددی از مطالعات HS-AFM روی پروتئین ها نشان می دهد که چگونه می توان این شکل جدید میکروسکوپ را برای مشکلات بیولوژیکی خاص به کار برد. چندین اقدام احتیاطی برای تصویربرداری موفق و آماده‌سازی نوک‌های کنسول و سطوح زیرلایه برای کاربرانی که برای اولین بار از HS-AFM استفاده می‌کنند بسیار سودمند خواهد بود. به نوبه خود، می توان از تکنیک های ابزار دقیقی که در فصل 4 توضیح داده شد صرف نظر کرد، اما برای مهندسان و دانشمندانی که می خواهند نسل بعدی میکروسکوپ های کاوشگر روبشی پرسرعت را برای زیست شناسی توسعه دهند مفید خواهد بود.

این کتاب به منظور تسهیل استفاده برای اولین بار از این روش جدید و الهام بخشیدن به دانشجویان و محققان برای مقابله با مشکلات زیستی خاص خود با مشاهده مستقیم رویدادهای پویا که در دنیای نانوسکوپی رخ می دهد، در نظر گرفته شده است. میکروسکوپ در زیست شناسی اخیراً با ظهور میکروسکوپ نیروی اتمی پرسرعت (HS-AFM) وارد عصر جدیدی شده است. برخلاف میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی و AFM آهسته معمولی، این امکان را به ما می دهد که مستقیماً مولکول های بیولوژیکی را در محیط های فیزیولوژیکی مشاهده کنیم. «فیلم‌های» مولکولی که با استفاده از HS-AFM ایجاد می‌شوند، می‌توانند مستقیماً نحوه رفتار و عملکرد مولکول‌ها را بدون نیاز به تحلیل‌های پیچیده بعدی و تفسیرهای دور نشان دهند. همچنین به ما اجازه می دهد تا به طور مستقیم تغییرات مورفولوژیکی در سلول های زنده و رویدادهای مولکولی پویا را که روی سطوح باکتری های زنده و اندامک های درون سلولی رخ می دهند، نظارت کنیم. از آنجایی که ابزارهای HS-AFM اخیراً تجاری شده اند، در آینده نزدیک انتظار می رود HS-AFM به یک ابزار رایج در زیست شناسی تبدیل شود و درک ما از پدیده های بیولوژیکی را تقویت و تسریع کند.

میکروسکوپ با وضوح فوق العاده

 

تصویربرداری با وضوح فوق العاده از ساختارهای عصبی ظریف. (الف) مقایسه تصویر 2P در مقابل 2P-STED از خارهای دندریتی که در هیپوکامپ موش در داخل بدن تصویر شده است (اقتباس شده از مرجع 36). (ب) تصویر همبستگی STED و SMLM از مورفولوژی ستون فقرات دندریتی و آرایش فضایی پویا پروتئین های سیناپسی (آبی، مورفولوژی عصبی؛ سبز، پروتئین داربست PSD-95؛ مسیرهای رنگی، زیر واحد گیرنده GluA1)، نوار مقیاس 500 نانومتر (اقتباس از Ref. 37). (ج) تصویربرداری سایه با وضوح فوق‌العاده (SUSHI) از بافت مغز، که زمینه تشریحی یک نورون نشاندار شده با YFP را نشان می‌دهد (اقتباس شده از مرجع 38).

طیف سنجی با مهندس شکوفه ساتری

طیف سنجی با مهندس شکوفه ساتری

مزوسکوپی اپتوآکوستیک مبتنی بر مدل باند پهن، تصویربرداری بافت عمیق را فراتر از حد پراش آکوستیک امکان پذیر می کند

خلاصه

مزوسکوپی اپتوآکوستیک (OAM) کنتراست آناتومیک و عملکردی را در داخل بدن در اعماق غیر قابل حل با میکروسکوپ نوری بازیابی می کند. پیشرفت‌های اخیر در الگوریتم‌های بازسازی، عملکرد تصویربرداری آن را برای ارائه وضوح جانبی بالا که در نهایت توسط پراش صوتی محدود می‌شود، بیشتر کرده است. در این کار، یک چارچوب OAM مبتنی بر مدل پهن باند جدید (MB-OAM) که به طور موثر از تقارن‌های اسکن برای عملکرد بهبودیافته استفاده می‌کند، ارائه شده است. با استفاده از پهنای باند تشخیص بزرگ یک فیلم کروی پلی وینیلیدین دی فلوراید در حالی که پاسخ تکانه فضایی آن را به طور دقیق محاسبه می کند، رویکرد جدید به طور قابل توجهی از اجرای استاندارد OAM از نظر کنتراست و وضوح بهتر عمل می کند، همانطور که توسط آزمایش های کاربردی in vivo در موش ها و داوطلبان انسان تایید شده است. علاوه بر این، منظم‌سازی هنجار L1، ساختارهایی را که با وضوح کمتر از تفکیک محدود پراش نظری از هم جدا شده‌اند را قادر می‌سازد. این عملکرد منحصر به فرد آنژیوگرافی بدون برچسب، کاربرد کلی MB-OAM را به عنوان یک روش تصویربرداری بافت عمیق با وضوح فوق العاده که قادر به شکستن محدودیت های تحمیل شده توسط پراش صوتی است را نشان می دهد.

سنجش نوری فعال

سنجش نوری فعال

این کمیته فرعی به دنبال ارسال های اصلی در سنجش نوری فعال است. موضوعات مثال عبارتند از:

طیف‌سنجی و سنجش لیزری قابل تنظیم، از جمله تکنیک‌های تقویت‌شده با حفره و تشخیص هتروداین/هموداین

توقف فعال و سنجش از راه دور، از جمله LIDAR و تصویربرداری چند/فوق طیفی

شانه های فرکانس و لیزرهای باند پهن در سنجش، طیف سنجی کاربردی و انتقال تابشی

حسگرهای میکرو و نانو نوری، از جمله MEMS و دستگاه های موجبر یکپارچه، برای سنجش شیمیایی، بیولوژیکی و فیزیکی

سنجش بر پایه فیبر مواد شیمیایی (گاز، مایع) یا خواص فیزیکی (دما، فشار، کرنش و غیره)

سنجش نوری و انتقال برای کاربردهای بیولوژیکی و پزشکی

Raman، SERS، CARS، Brillouin، LIBS، و سنجش فلورسانس

میکروسکوپ نوری همراه با سنجش شیمیایی یا فیزیکی

سنجش نوری فعال جامدات، مایعات، گازها، پلاسما و سیستم های مواد مخلوط

سنجش فعال در محیط‌ها یا هندسه‌های دشوار از نظر نوری، از جمله دیدن از طریق تاریکی

میکروسکوپ مولکولی و تهیه بافت

رویکردهای کمی برای آسیب شناسی

پیشرفت در دستگاه ها و روش ها

عوامل کنتراست جدید، گزارشگران، پروب ها، مولکول ها

روش های تحویل پروب و برچسب گذاری

پاکسازی نوری، انبساط بافت

هیبریداسیون درجا، رونویسی فضایی، حفظ اسیدهای نوکلئیک

میکروسکوپ نوری ارگانوئیدها و بافت های مهندسی شده

تغییر شکل بافت شناسی با یادگیری عمیق

یادگیری عمیق دسته ای از تکنیک های یادگیری ماشینی است که از شبکه های عصبی مصنوعی چند لایه برای تجزیه و تحلیل خودکار سیگنال ها یا داده ها استفاده می کند. این نام از ساختار کلی شبکه‌های عصبی عمیق گرفته شده است که از چندین لایه از نورون‌های مصنوعی تشکیل شده‌اند که هر یک عملیات غیرخطی را انجام می‌دهند و روی هم قرار گرفته‌اند. فراتر از کاربردهای رایج، مانند تشخیص و برچسب گذاری ویژگی های خاص در تصاویر، یادگیری عمیق فرصت های متعددی را برای ایجاد تحول در شکل گیری تصویر، بازسازی و میدان های حسی در اختیار دارد. در واقع، یادگیری عمیق بسیار قدرتمند است و محققان اپتیک را با آنچه می تواند برای پیشرفت میکروسکوپ نوری و معرفی روش های جدید بازسازی و تبدیل تصویر به دست آورد، شگفت زده کرده است. طراحی‌ها و دستگاه‌های نوری الهام‌گرفته از فیزیک به سمت طرح‌های مبتنی بر داده حرکت می‌کنند که سخت‌افزار نوری و نرم‌افزار نوری نسل بعدی میکروسکوپ و سنجش را تغییر می‌دهند و این دو را به روش‌های جدیدی ترکیب می‌کنند.

اوزجان یک تصویر را نمونه برداری می کند و سپس با استفاده از کامپیوتر روی آن عمل می کند. با استفاده از یادگیری عمیق، میکروسکوپ‌ها و حسگرهای نوری نسل بعدی یک صحنه یا یک شی را درک می‌کنند و بر این اساس تصمیم می‌گیرند که چگونه و چه چیزی را براساس یک کار مشخص نمونه‌برداری کنند. این امر مستلزم پیوند کامل یادگیری عمیق با سخت افزار میکروسکوپ نوری جدید است که بر اساس داده ها طراحی شده است. برای چنین میکروسکوپ فکری، یادگیری بدون نظارت کلیدی برای افزایش تأثیر آن بر حوزه‌های مختلف علم و مهندسی است، که در آن دسترسی به داده‌های تصویر برچسب‌گذاری شده ممکن است فوراً در دسترس نباشد یا ممکن است پرهزینه و دشوار باشد. او مروری بر کار اخیر در مورد استفاده از شبکه‌های عصبی عمیق در پیشرفت میکروسکوپ محاسباتی و سیستم‌های سنجش ارائه می‌کند و کاربردهای زیست پزشکی این سیستم‌ها را پوشش می‌دهد.

تدریس آنلاین با شکوفه ساتری

در زیست شناسی ، بافت یک سطح سازمانی سلولی بین سلول ها و یک اندام کامل است. یک بافت مجموعه ای از سلولهای مشابه و ماتریس خارج سلولی آنها از یک منبع است که با هم عملکرد خاصی را انجام می دهند. سپس اندامها با گروه بندی عملکردی چندین بافت تشکیل می شوند.

کتاب بیوفیزیک

معرفی

انگیزه بیوفیزیک

منظور ما از "جعبه ابزار" چیست؟

تشریح فصل های بعدی این کتاب

بار دیگر ، به نقض

نکات خلاصه

سوالات

منابع

فیزیک بیولوژیکی

فیزیک با الهام از نظر بیولوژیکی یک حوزه فوق العاده گسترده است که رفتار سیستمها از ماشینهای تک مولکولی تا موجودات زنده ، اکوسیستمها و تکامل را پوشش می دهد. ما از ابزارهای فیزیک برای حل مشکلات بیولوژیکی و از زیست شناسی برای ایجاد ابزارهای جدید فیزیک استفاده می کنیم. کار ما در رابط بین رشته ها بر پزشکی و مراقبت های بهداشتی و همچنین علوم و صنایع بیولوژیکی و فیزیکی تأثیر می گذارد.