Использование модуля визуализации спеклов

Sep 24, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 2613 (2023) Цитировать эту статью

761 Доступов

2 цитаты

Подробности о метриках

Рост микробной колонии обусловлен активностью клеток, расположенных по краям колонии. Однако этот процесс не заметен, пока не будет проведено специальное окрашивание или поперечное срез колонии. Технология спекл-визуализации — неинвазивный метод, позволяющий визуализировать зоны повышенной микробной активности внутри колонии. В этом исследовании метод лазерной спекл-визуализации использовался для регистрации роста микробных колоний. Этот метод был протестирован на трех различных микроорганизмах: Vibrio natriegens, Escherichia coli и Staphylococcus aureus. Результаты показали, что система спекл-анализа способна не только регистрировать рост микробной колонии, но и визуализировать активность роста микробов в различных частях колонии. Разработанная методика спекл-визуализации визуализирует зону «наибольшей микробной активности», мигрирующую от центра к периферии колонии. Результаты подтверждают точность предыдущих моделей роста колоний и предоставляют алгоритмы анализа микробной активности внутри колонии.

Рост размера колоний используют как критерий характеристики микробной активности на агаризованных средах. Рост размера колонии обычно отслеживают путем записи живых изображений в разное время и сравнения размеров колоний. При использовании этого метода визуализации изображения получаются с помощью камер высокого разрешения или планшетных сканеров1,2. Критическое время обнаружения, размер колонии, скорость роста и максимальный размер колонии — это параметры, которые можно определить количественно с использованием существующих методов визуализации в реальном времени.

Существует несколько моделей, описывающих рост колоний3,4,5. Во многих моделях рост микробных колоний описывается как неравномерный — рост колоний зависит от активных зон микробов, которые, в свою очередь, зависят от поступления питательных веществ из среды. Например, рост микробов на краю колонии идет более активно, чем в ее центре, из-за постоянного поступления питательных веществ из окружающей среды или постоянного оттеснения клеток на боковые. Микроскопическая структура колонии подтверждает многие из этих предположений. Клетки в центре дрожжевой колонии перестают размножаться и теряют жизнеспособность, в то время как клетки на краях той же колонии живы и продолжают расти (размножаться)6. Различия в микробной активности в разных частях колонии невозможно точно визуализировать с помощью существующих методов визуализации в реальном времени. В настоящее время различную микробную активность внутри колоний можно исследовать только с помощью инвазивных процедур — поперечного сечения колоний и окрашивания жизнеспособности6.

Интерференционная картина, создаваемая когерентным светом, отраженным или рассеянным от разных частей освещаемой поверхности, представляет собой лазерное спекл. Если объект, облученный лазерными спеклами, не меняет со временем рассеивающие свойства, то и спекл-изображение не изменится. Если рассеиватели движутся самопроизвольно (например, броуновское движение), некоторые спеклы начинают меняться (форма, интенсивность). Изменение рассеивающих свойств объектов создает изменяющиеся во времени спеклы. То есть внешние события или воздействия, а также процессы, происходящие непосредственно на измеряемой поверхности, могут привести к изменению спекл-изображений7. Что касается этого явления, метод лазерной спекл-визуализации оказался полезным для мониторинга микробной активности в оптически неоднородных средах путем анализа изменяющихся во времени картин лазерных спеклов.

Метод лазерной спекл-визуализации — это новая технология для анализа безопасности медицинских продуктов и пищевых продуктов. Это позволяет на ранней стадии обнаруживать рост микробов8, выявлять грибковую инфекцию в плодах яблок9 и измерять периферический кровоток у пациентов со склерозом10.

В этом исследовании метод спекл-визуализации использовался для регистрации роста и структурных особенностей микробной колонии. Результаты показали, что разработанная система спекл-анализа способна не только регистрировать рост микробной колонии, но и визуализировать ростовую активность микробов в различных частях колонии. Пятнистая визуализация показывает, что рост колонии обусловлен пролиферацией клеток по краям, а не в центре. Результаты подтверждают точность предыдущих моделей роста колоний и предоставляют алгоритмы анализа микробной активности внутри колонии.