بخشی از مقاله
چکیده - دستیابی به مشخصههای دینامیکی ذرات در حوزههای فیزیک زیستی و فیزیک مواد نرم از اهمیت ویژهای برخوردار است. در این مقاله روشی تجربی برای ردیابی سهبعدی اسپرم گاوی بهعنوان یک نمونه زیستی متحرک با استفاده از میکروسکوپی تمامنگاری دیجیتالی ارائه شده است. اساس این کار بر پایهی پردازش تصویر و همچنین بهرهگیری از اطلاعات بازیابی شده از طریق ثبت تمامنگاشت است. میکروسکوپ تمامنگاری دیجیتالی پیاده سازی شده دارای اندازه پیکسل معادل با 175 نانومتر و توانتفکیک بهتر از 2/19 میکرومتر است. با استفاده از این میکروسکوپ مسیر حرکت سهبعدی نمونهها در فضا و زمان تعیین و میانگین سرعت حرکت نمونهها 127/51 میکرومتر بر ثانیه اندازهگیری شد.
-1 مقدمه
تکنیک ردیابی ذرات، امکان دستیابی به مشخصات دینامیکی آنها را با دقت قابل ملاحظهای در بازههای فضایی میکرومتری و حتی نانومتری فراهم میکند. از این رو در حوزههایی چون، فیزیک زیستی و فیزیک مواد نرم برای مطالعه مواردی از قبیل فرآیند انتقال در سلولها و باکتریها و برهمکنش بین ذرات کلوئیدی مورد توجه قرار گرفته است. ردیابی ذره در صفحه نسبتا ساده است. متداولترین روش برای ردیابی دو بعدی، پیدا کردن مرکز شدت ذره برای هر تصویر از فیلمهای ویدیوئی است .
1] اما میکروسکوپهای رایج قادر به مشخص کردن مسیر حرکت سهبعدی ذره در طول زمان نیستند. در صورتی که دستیابی به اطلاعات دقیق از موقعیت ذره و نزدیکتر شدن هرچه بیشتر به آن چه در واقعیت و در طی فرآیندهای زیستی رخ میدهد، مستلزم پیدا کردن راه حلی برای ردیابی سهبعدی ذرات میکرونی است. طی دو دهه اخیر روشهای مختلفی برای حل مشکلات مرتبط با سنجش موقعیت ذره در عمق پیشنهاد شده است، که تمامنگاری دیجیتالی و ردیابی ذرات فلورسانی از جمله روشهای سرآمد در این زمینه هستند 2]و.[3 سلامت باروری در گونه مذکر، چه در انسانها و چه در حیوانات یک زمینهی تحقیقاتی مهم در مطالعات زیستی است. همچنین تلقیح مصنوعی یک کار مهم در گسترش گلهای با ارزش اصلاحی بالا است.
وقتی که دامها به این شیوه آبستن میشوند، از جهات بسیاری به آیندهی گله و اقتصاد حاصل از آن کمک میشود. هرچند تلقیح مصنوعی هزینهای به مراتب کمتر نسبت به تلقیح طبیعی دارد، اما در نتیجه بهتر و در آینده مقرون به صرفه تر است. بنابراین ردیابی سهبعدی و تعیین الگوی حرکتی اسپرمهای گاوی برای تعیین مناسبترین الگو به منظور افزایش احتمال باروری در گاوهای ماده، هدف این مقاله است. از اینرو ریختشناسی، میزان تحرکپذیری و غلظت سلولهای اسپرم در یک واحد حجم مشخص، پارامترهای تعیینکنندهای در دستیابی به این مهم هستند. روش تمامنگاری دیجیتالی یک روش به روز و جذاب در این حوزه است. تصویربرداری تمام-نگاری دیجیتال از سلولهای زنده در حوزهی زیستپزشکی به سرعت در حال پیشرفت است .[6]
تمامنگاری دیجیتالی به دو روش روی محور و خارج محور انجام میگیرد. در روش روی محور، دو باریکه شئ و مرجع در یک راستا با هم تداخل میکنند و طرح تداخلی حاصل روی صفحه آشکارساز ثبت میشود. اما در روش خارج از محور، دو باریکه شئ و مرجع بهصورت زاویهدار با هم تداخل میکنند. در این مقاله از روش میکروسکوپی تمامنگاری دیجیتالی روی محور برای ردیابی سهبعدی اسپرمهای گاوی و محاسبهی پارامترهای حرکتی آنها استفاده شده است.
-2 مبانی نظری
میکروسکوپی تمامنگاری دیجیتالی یک روش غیرتماسی، غیرمخرب و پرکاربرد برای تصویربرداری سهبعدی است. این روش شامل دو مرحله ثبت و بازسازی است. ابتدا طرح تداخلی ناشی از نور مربوط به جسم و مرجع که حاوی اطلاعات دامنهای و فازی آن است بهصورت تمامنگاشت ثبت میشود. تمامنگاشت بهعنوان تصویر دیجیتال در کامپیوتر ذخیره میشود. و سپس با استفاده از روشهای عددی، اطلاعات بعد سوم استخراج می-شود. در این مرحله به یک ساختار سهبعدی از شئ با استفاده از تمامنگاشت دو بعدی آن روی پرده - دوربین - دست مییابیم. به عبارتی دیگر جبهه موج شئ را بازسازی میکنیم. یکی از روشهای بازسازی عددی، رهیافت انتشار طیف زاویهای است. که در این مقاله نیز از این روش استفاده شده است.
-2-3 آماده سازی نمونه
در این مرحله، باید اسپرمهای گاوی منجمد، طی فرآیندی، یخ-زدایی، رقیق و برای تصویربرداری در دمای 38 درجه سانتیگراد آماده میشدند. ابتدا، برای این منظور حجم نهایی رقیقکننده 100 میلیلیتر در نظر گرفته شد. 50 میلیلیتر آب مقطر داخل بشر ریخته شد و سپس 3/634 گرم تریس و 1/99 گرم اسید سیتریک به آن اضافه و بر روی هات پلیت استیرر قرار داده شد تا به خوبی حل شوند. پس از آن 0/5 گرم فروکتوز هم اضافه و حجم نهایی با اضافه کردن مجدد آب مقطر به 100 میلیلیتر افزایش داده شد. سپس پایوت حاوی اسپرمهای فریز شده که در تانک ازت در دمای -196 درجهی سانتیگراد قرار داشتند توسط حمام بنماری یخزدایی و با استفاده از رقیقکننده به نسبت 1 به 100 رقیق شد. در ادامه مقداری از آن به داخل محفظهای مخصوص در محل نمونه قرار گرفته بر گرمکن الکتریکی در چیدمان آزمایش تزریق شد.
