Bitte benutzen Sie diese Referenz, um auf diese Ressource zu verweisen: doi:10.22028/D291-27122
Titel: The behaviour of magnetotactic bacteria in changing magnetic fields
Verfasser: Pichel, Marc Philippe
Sprache: Englisch
Erscheinungsjahr: 2018
Freie Schlagwörter: Rotational Drag
Magnetotactic Bacteria
Magnetic Torque
Magnetics
DDC-Sachgruppe: 600 Technik
610 Medizin, Gesundheit
620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau
621.3 Elektrotechnik, Elektronik
Dokumentart : Dissertation
Kurzfassung: Die Beobachtung des Verhaltens von magnetotaktischen Bakterien (MTB) in wechselndeMagnetfeldern kann signifikante direkte und indirekte Informationen offenlegen über deren Merkmale und physiologische Eigenschaften. Sowohl Einzel- als auchMassenanalyse wurden in der vorliegenden Studie durchgeführt. Die Einzelzell-Experimente wurden in einem mikrofluidischen Chip mitmaßgefertigtem Design durchgeführt, in welchem die MTB fokussiert werden konnten während einMagnetfeld mittels eines permanentenMagneten angelegt wurde, welcher unter demMikroskoptisch befestigt war. Beobachtungen und Aufnahme der Reaktionen erlaubte eine offline-Analyse der Bewegungsbahnen. Diese Auswertung zeigte, dass die Zellen unterschiedlich reagierten auf Variation derMagnitude derMagnetfeldstärke. DesWeiteren konnte durch Simulationen und Experimente aufgezeigt werden, dass der Widerstand der MTB unterschätzt wurde, was zu zusätzlichen makroskopische Experimenten führte, um eine Verbindung von morphologischer Eigenschaften und Rotationswiderstandsprofilen darzulegen. Diese Experimente wurden durchgeführt in einem Gefäßmit Silikonöl unter Verwendung verschiedener 3D-gedruckter Modelle von verschiedenen ellipsoid- und spirillum-basierenden Morphologien. Die Modelle begründeten sich auf Elektronenmikroskop-Abbildungen von tatsächlichen MTB. Die Auswertung dieser Experimente konnte zur Aufklärung beitragen, dass Eigenschaften der MTB nicht in existierende Modelle des Rotationswiderstandes berücksichtigt werden. Die Massenanalyse wurde durchgeführt in einem maßangefertigtem Optischen-Dichte-Messer, spezifisch hergestellt umMagnetfeld-Orientierungen mit Photospektrometrie zu kombinieren. Von diesen Beobachtungen konnte der magnetische Gehalt von einer MTB-Kultur und Einzelproben abgeleitet werden, sowohl absolut als auch relativ. Zusätzlich wurde die Reaktionszeit einer verwendeten Charge gemessen werden umdenmagnetischen dipol-Moment mit dem Rotationswiderstand zu korrelieren. Dies erlaubte eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Qualitäten und Quantitäten von Kulturen, als auch Langzeit- und kontinuierliche Beobachtung desWachstumsverhaltens von diesen. Trotz des Auffindens neuer Eigenschaften durch welche eine genauere Berechnung von Rotationswiderstandsprofilen möglich wurde bleibt die Länge eines Objekts weiterhin der dominierende Faktor im Zusammenspiel von magnetischem Drehmoment und Rotationswiderstandskraft. UnserModell erlaubt eine genauere Vorhersage des Rotationswiderstandes von Objekten mit ähnlichen Formen wie MTB in Schleichender Strömung als auch Zuständen von geringen Reynoldszahlen.
The observation of behaviour of magnetotactic bacteria (MTB) in changing magnetic fields can give significant direct and indirect information about their traits and biophysical properties. Both single and bulk experiment and analysis were performed in this study. The single cel experimentswere performed inside custommicrofluidic chips designed to keep the MTB in focus, while a magnet field was applied using a permanent magnet mounted under a microscope stage. Observation and recording of the response allowed for off-line analysis of the trajectories. This analysis has shown that the cells respond differently to varyingmagnitudes of magnetic field strength. Furthermore, from simulations and experiments we have found that the drag of the MTB had been underestimated, which lead to additional macroscopic experiments relating morphological traits to more rotational drag profiles. These experiments were done in a vat of silicone oil using 3D-printed models of varying spheroid- and spirillum-based morphologies. The models were based on scanning electron microscope images of actualMTB. Analysis of these experiments elucidated the contribution of traits not included in existing models for rotational drag. The bulk analysis was performed in a custom made optical density meter, specifically designed to combine magnetic field orientations with photo spectrometry. From our observation we could derive the magnetic response, both absolute and relative, of a given culture or sample of MTB. Additionally, the response time of a given batch could also be measured, relating the magnetic dipole moment with the rotational drag. This allowed distinguishing between different quality and quantity of cultures, as well as long termand continuous observation of a culture in growth. In spite of having found new traits by which one can more accurately calculate the rotational drag profile, the length of an object still remains the dominate factor when balancing magnetic torque and drag force. Our model does allow for predicting more accurately the rotational drag of objects with shapes similar toMTB in Stokes flow or under low Reynolds number conditions.
DOI der Erstveröffentlichung: 10.3990/1.9789036545006
Link zu diesem Datensatz: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-ds-271221
hdl:20.500.11880/26998
http://dx.doi.org/10.22028/D291-27122
ISBN der Druckausgabe: 978-90-365-4500-6
Erstgutachter: Abelmann, Leon
Tag der mündlichen Prüfung: 9-Mär-2018
SciDok-Publikation: 4-Apr-2018
Fakultät: NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät
Fachrichtung: M - Biophysik
NT - Biowissenschaften
Fakultät / Institution:NT - Naturwissenschaftlich- Technische Fakultät

Dateien zu dieser Ressource:
Datei Beschreibung GrößeFormat 
PhDThesis.pdfPh. D. Thesis23,39 MBAdobe PDFÖffnen/Anzeigen


Alle Ressourcen in diesem Repository sind urheberrechtlich geschützt.