Browse Source

ortograf + bib + proto

master
Lorenzo Zolfanelli 4 years ago
parent
commit
de2e3750c1
6 changed files with 66 additions and 63 deletions
  1. +1
    -1
      chapters/1-introduction.tex
  2. +5
    -5
      chapters/2-setup.tex
  3. +2
    -2
      chapters/3-methods.tex
  4. +27
    -25
      chapters/A2-electronics.tex
  5. +17
    -30
      chapters/A3-protocols.tex
  6. +14
    -0
      references.bib

+ 1
- 1
chapters/1-introduction.tex View File

@ -846,7 +846,7 @@ di applicazione della microscopia TIRF. Quando è necessario
individuare fluorofori che si trovano a una profondità maggiore
di poche centinaia di nanometri rispetto al vetrino coprioggetti
questa tecnica non è più utilizzabile. Inoltre, come recentemente
evidenziato \cite{}, esistono limiti che mettono in discussione
evidenziato \cite{Oheim2019}, esistono limiti che mettono in discussione
l'applicabilità dell'equazione \ref{eq:depth} in situazioni reali;
questa infatti non tiene conto di alcuni fattori, come la
- seppur piccola - divergenza del fascio laser gaussiano, che non


+ 5
- 5
chapters/2-setup.tex View File

@ -589,13 +589,13 @@ eccitazione in uscita dall'obiettivo.
& \\
DIC-Fluor
& Filtro dicroico quad-edge
& Separazione eccitazione/emissione
& Separaz. ecc./emiss.
& $\lambda_{edge}: \SIlist{405;488;532;635}{\nm}$
& Di03-R405/488/532/635-t1 \\
\multicolumn{5}{l}{\it Percorso trappole}\\
L-TS4a
& Lente sferica piano-convessa
& Inserimento laser 1064nm in isolatore.
& Inser. 1064nm in isolatore.
& %f: \SI{0}{\mm}
& \\
L-TS4b
@ -638,7 +638,7 @@ eccitazione in uscita dall'obiettivo.
& \\
DIC-BF
& Filtro dicroico single-edge
& Seprazione fluorescenza/brightfied
& Sep. fluor/bf
& $\lambda_{edge}: \SI{705}{\nm}$
& FF705-Di01-25x36\\
F-BlockBF
@ -648,12 +648,12 @@ eccitazione in uscita dall'obiettivo.
& FESH0700\\
F-Emiss
& Filtro passa-banda quad-band
& Fluorofori/Soppressione laser eccitazione
& Fluor/Soppr. laser ecc.
& $\lambda_{centr}: \SIlist{446;510;581;703}{\nm}$
& FF01-446/510/581/703\\
F-BlockTwz
& Filtro band-stop
& Soppressione laser trappole residuo
& Soppressione laser 1064
& $\lambda_{centr}: 1064nm$
& \\
\end{tabular}


+ 2
- 2
chapters/3-methods.tex View File

@ -333,12 +333,12 @@ essere descritto trascurando il termine inerziale dell'equazione di moto.
Per la calibrazione si procede a preparare un campione con una
cella di flusso contenente microsfere di polistirene (di diametro
\SI{0.9}{\um}).
Grazie a un'apposito programma sviluppato in ambiente LabVIEW
Grazie a un apposito programma sviluppato in ambiente LabVIEW
(\texttt{Force-Clamp Calibration}) è possibile acquisire in maniera
automatizzata le tracce del segnale prodotto dai QPD per una griglia
di posizioni delle trappole. Il codice si occupa di memorizzare
le tracce temporali, e per ogni posizione, spostare la trappola modificando
la frequenza inviata agli AOM.
la frequenza inviata agli AOD.
Le tracce temporali vengono acquisite per una durata di \SI{10}{\second} per ogni
posizione e a una frequenza di campionamento di \SI{200}{kS/s}.


+ 27
- 25
chapters/A2-electronics.tex View File

@ -2,7 +2,7 @@
\label{app:electronics}
Il sistema elettronico che consente di applicare il ciclo di retroazione
tra la posizione rilevate della microsfera nelle trappole e la posizione di
tra le posizioni rilevate delle microsfere nelle trappole e le posizioni di
queste ultime nel campione è reso particolarmente complesso dalla necessità
di operare le correzioni in un tempo estremamente breve, per raggiungere un tempo
di reazione significativamente inferiore al tempo di rilassamento diffusivo
@ -20,7 +20,7 @@ Questi possono essere configurati, in fase di programmazione della scheda,
per eseguire determinate funzioni logiche.
Una volta programmata, la scheda è in grado di eseguire le funzioni logiche
impostate e elaborare segnali proveniente dall'esterno attraverso dei \textit{pin} di input.
Il risultato dell'elaborazione può essere immagazzinati in appositi registri
Il risultato dell'elaborazione può essere immagazzinato in appositi registri
(code) e letto su richiesta (ad esempio di un computer esterno), oppure
utilizzato per comandare dei \textit{pin} di output presenti sulla scheda.
@ -29,11 +29,11 @@ le componenti del circuito logico richiesto e quindi configurare i blocchi
della scheda per \textit{realizzare} le funzioni del circuito integrato
disegnato.
Uno dei principali vantaggi dell'uso di schede FPGA sta nel fatto che il tempo
di esecuzione delle singole operazioni è deterministico e riproducibile tra una
iterazione e all'altra, a differenza di quanto accade nei PC dove l'accesso
di ogni applicazione ai cicli di processore viene controllato da priorità
e schedulatori del sistema operativo.
Uno dei principali vantaggi dell'uso di schede FPGA sta nel fatto che
il tempo di esecuzione delle singole operazioni è deterministico e
riproducibile tra iterazioni successive, a differenza di quanto accade
nei PC dove l'accesso di ogni applicazione ai cicli di processore
viene controllato da priorità e schedulatori del sistema operativo.
Per gli scopi di questa tesi è stata programmata una scheda FPGA per leggere
i valori dei fotodiodi a quadrante (da cui si può estrapolare la posizione
@ -41,18 +41,19 @@ relativa delle microsfere rispetto al centro della trappola) e controllare
l'angolo di deflessione dei laser delle trappole (e quindi la loro posizione
nel campione).
Per ottenere questo risultato è stata scelta una scheda prodotta FPGA prodotta
da National Instrument (USB-7855), programmabile attraverso interfaccia USB,
dotata di 48 canali digitali configurabili come output o input e 8 convertitori
analogico-digitali (ADC) integrati.
Per ottenere questo risultato è stata scelta una scheda FPGA prodotta
da National Instrument (USB-7855), programmabile attraverso
interfaccia USB, dotata di 48 canali digitali configurabili come
output o input e 8 convertitori analogico-digitali (ADC) integrati.
La logica di funzionamento è stata definita utilizzando l'ambiente di sviluppo
LabVIEW FPGA: questo permette di disegnare sotto forma di diagramma a blocchi
la sequenza di funzioni da applicare sui dati ingresso.
A partire da questo diagramma LabVIEW FPGA è in grado di generare il circuito
logico necessario e descriverlo (secondo le specifiche del linguaggio VHDL).
Un ulteriore passaggio converte il codice VHDL in istruzioni di programmazione
della scheda, che vengono eseguite attraverso la connessione USB.
La logica di funzionamento è stata definita utilizzando l'ambiente di
sviluppo LabVIEW FPGA: questo permette di disegnare sotto forma di
diagramma a blocchi la sequenza di funzioni da applicare sui dati in
ingresso. A partire da questo diagramma LabVIEW FPGA è in grado di
generare il circuito logico necessario e descriverlo (secondo le
specifiche del linguaggio VHDL). Un ulteriore passaggio converte il
codice VHDL in istruzioni di programmazione della scheda, che vengono
eseguite attraverso la connessione USB.
\begin{figure}[ht]
\centering
@ -69,7 +70,7 @@ collegata direttamente ai convertitori analogico/digitali dell'FPGA.
La differenza tra il segnale misurato in ingresso e il set-point viene
trasformata, attraverso un fattore di conversione determinato in fase di
calibrazione, in una variazione della frequenza del segnale elettronico
inviato ai trasduttori presenti sui modulatori acusto ottici.
inviato ai trasduttori presenti sui deflettori acusto ottici.
La generazione del segnale elettronico alla frequenza richiesta è
delegata a due generatori digitali di segnale (DDS, Direct Digital
@ -102,18 +103,19 @@ e ha richiesto un'analisi precisa del segnale trasportato su ciascun
conduttore del bus tra FPGA e DDS.
In ultima analisi si è rilevato come fenomeni di \textit{diafonia} tra
i vari conduttori presenti sul cavo utilizzato per connettore l'FPGA ai DDS
(cavo fornito da National Instrument) portino ad un allungamento del
(cavo fornito da National Instrument) portino ad un allungamento del
transiente necessario affinché tutti i bit del bus raggiungano il valore
impostato.
Si è quindi dovuto procedere a rallentare la velocità di scrittura
delle singole \textit{word} sui DDS, inserendo un piccolo tempo morto
(nell'ordine dei nanosecondi) tra la scrittura della word e il trasferimento
nel registro di memoria.
(nell'ordine dei nanosecondi) tra la scrittura della \textit{word} e
il trasferimento nel registro di memoria.
In conclusione si è osservata una completa risoluzione dei problemi osservati
con una variazione dei tempi di reazione del sistema ampiamente trascurabile
rispetto al limiti dettati dal rate di campionamento del segnale dei QPD.
In conclusione si è osservata una completa risoluzione dei problemi
osservati con una variazione dei tempi di reazione del sistema
ampiamente trascurabile rispetto al limiti dettati dal rate di
campionamento del segnale dei QPD.


+ 17
- 30
chapters/A3-protocols.tex View File

@ -60,7 +60,7 @@ immobilizzate}
contenente microsfere
e nitrocellulosa, in modo da eliminare eventuali aggregati.
\STATE Vortexare per \SIrange{20}{30}{\second}, in modo da sospendere
omogenemaente le microsfere nel volume della soluzione.
omogeneamente le microsfere nel volume della soluzione.
\STATE Prelevare con una micropipetta \SIrange{1}{2}{\uL} di soluzione.
\STATE Depositare la soluzione sopra un vetrino coprioggetti, tenendolo
fermo con la punta della pipetta e utilizzando un secondo vetrino per
@ -81,17 +81,22 @@ immobilizzate}
\centering
\includegraphics{images/flow_cell.pdf}
\caption{Realizzazione di una cella di flusso}
\label{fig:my_label}
\label{fig:flow_cell}
\end{figure}
\begin{algorithm}[ht]
\caption{Cella di flusso con fluoroforo immobilizzato}
\label{proto:silica_beads_flow_cell}
\label{proto:alexa}
\begin{tabular}{p{2cm} p{12cm}}
\textbf{Materiale \mbox{necessario}:}
&
$\bullet$~Soluzione con fluoroforo streptavidinato
$\bullet$~Soluzione con fluoroforo streptavidinato (Alexa Fluor)
$\bullet$~Soluzione con microsfere in nitrocellulosa
(vedi Protocollo \ref{proto:silica_beads})
$\bullet$-Soluzione di albumina sierica bovina (BSA) biotilinata
$\bullet$-Buffer AB (100mM Tris-\ce{HCl}, 20mM \ce{MgCl2}, 500mM \ce{KCl}, 50mM carbonato guanidina, pH 7.5)
$\bullet$-Imaging Buffer (buffer AB addizionato con 1.2 \si{\micro M} glucosio ossidasi [Sigma G7141], 0.2 \si{\micro M} catalasi [Sigma C40], 17 mM glucosio, 20 mM DTT)
$\bullet$~Acqua ultrapura Milli-Q\textsuperscript{®}
$\bullet$~Vetrino portaoggetti
$\bullet$~Vetrini coprioggetti \#0 (spessore \SI{100}{\um})
@ -101,31 +106,13 @@ immobilizzate}
$\bullet$~Carta assorbente
\end{tabular}
\begin{algorithmic}[1]
\STATE Pulire accuratamente un vetrino portaoggetti e due vetrini
coprioggetti, risciacquandoli con etanolo su entrambi i lati.
\STATE Far evaporare completamente il solvente.
\STATE Ritagliare delle strisce sottili e lunghe (circa
\SIlist{2x50}{\mm}) di foglio biadesivo.
\STATE Preparare le celle di flusso sul vetrino coprioggetti utilizzando
le striscette adesive (come in figura), lasciando la pellicola
protettiva superiore.
\STATE Sonicare per \SIrange{1}{2}{\minute} minuti la soluzione
contenente microsfere
e nitrocellulosa, in modo da eliminare eventuali aggregati.
\STATE Vortexare per \SIrange{20}{30}{\second}, in modo da sospendere
omogenemaente le microsfere nel volume della soluzione.
\STATE Prelevare con una micropipetta \SIrange{1}{2}{\uL} di soluzione.
\STATE Depositare la soluzione sopra un vetrino coprioggetti, tenendolo
fermo con la punta della pipetta e utilizzando un secondo vetrino per
stendere uniformemente la soluzione, poi lasciare riposare \SI{5}{\minute}.
\STATE Rimuovere le pellicole protettive dagli adesivi sul vetrino
coprioggetti, creare le celle di flusso chiudendo il vetrino
coprioggetti sul vetrino portaoggetti, assicurandosi che la superficie
rivestita con la soluzione rimanga interna alla cella.
\STATE Immettere acqua ultrapura, utilizzando una micropipetta, da un lato
della cella di flusso, fino a riempirla completamente. Utilizzare se
necessario un pezzo di carta assorbente per agevolare il flusso
dell'acqua attraverso la cella.
\STATE Preparare una cella di flusso con microsfere in nitrocellulosa
immobilizzate come descritto nel protocollo \ref{proto:silica_beads_flow_cell}
\STATE Immettere, da un lato della cella di flusso, un volume di soluzione di BSA biotilinata e,
una volta riempita la cella, incubare 2/3 minuti.
\STATE Immettere nella cella di flusso un volume di soluzione di fluoroforo streptavidinato, una volta riempita la cella incubare per 4 minuti.
\STATE Lavare la cella con 4-5 volumi di Buffer AB
\STATE Immettere nella cella un volume di Imaging Buffer.
\STATE Sigillare i lati aperti della cella utilizzando del silicone.
\end{algorithmic}
\end{algorithm}
\end{algorithm}

+ 14
- 0
references.bib View File

@ -203,4 +203,18 @@
author = {P. Welch},
title = {The use of fast Fourier transform for the estimation of power spectra: A method based on time averaging over short, modified periodograms},
journal = {{IEEE} Transactions on Audio and Electroacoustics}
}
@article{Oheim2019,
doi = {10.1016/j.bpj.2019.07.048},
_url = {https://doi.org/10.1016/j.bpj.2019.07.048},
year = {2019},
month = sep,
publisher = {Elsevier {BV}},
volume = {117},
number = {5},
pages = {795--809},
author = {Martin Oheim and Adi Salomon and Adam Weissman and Maia Brunstein and Ute Becherer},
title = {Calibrating Evanescent-Wave Penetration Depths for Biological {TIRF} Microscopy},
journal = {Biophysical Journal}
}

Loading…
Cancel
Save