Меню Закрыть

Устройства машины: Устройство автомобиля: основные узлы и агрегаты

Содержание

Автомобиль: устройство, конструкция

В фокусе внимания – конструкция автомобиля – системы и механизмы для работы транспорта, компоненты для размещения людей и грузов и устройство автомобиля (детали автомобиля). Остановимся на базовых терминах, основах автомобильных технологий.


Из  наших статей вы получите информацию по следующим темам:

Материалы будут регулярно добавляться. Внимательно следите за нашим разделом «Статьи». Автомобильные технологии развиваются очень динамично. Если бы гению (первопроходцу серийных авто) в сфере автомобилестроения Генри Форду продемонстрировали современный транспорт, механизмы бы точно удивили его.  Впрочем, не нужно даже быть Генри Фордом. Можно просто было родиться во второй половине прошлого века или в начале нынешнего, а теперь удивляться настоящим чудесам, которые –повсюду. Среди этих чудес:

  • Мехатронные системы (регулирования топливоотдачи двигателя, управления трансмиссией, силового управления навесным устройством, управления коробкой передач и сухим фрикционным сцеплением, антиблокировки тормозов автомобиля– ABS). 
  • Гидравлические системы (гидравлическая тормозная система— must have, гидравлическая система автовождения Trimble Autopilot).
  • Системы навигации, включая как системы определения положения транспорта, так и системы дистанционного слежения за грузом.
Также современный транспорт немыслимо представить без электроники, технологий сетевого обмена. Кроме того, меняется сам подход к транспорту. Если ранее важно было просто создать эффективное средство передвижения, результативно использовать энергию топлива, современный производитель нацелен добиться максимально чистого выхлопа. По этой причине особое внимание уделяется модернизации систем контроля процессов воспламенения и горения топлива 

Автомобильным инженерам, мехатроникам, механикам есть куда стремится при совершенствовании устройства автомобиля. Хорошо заработать в сфере транспортных технологий реально можно, но важно непрерывное желание для того, чтобы совершенствоваться (обучаться) и толковая начальная база. Да, любого мехатроника, электрика, механика оттачивает всегда практика, но формируют специалиста, прежде всего, именно уверенные знания автомобильных основ, конструкции, устройства автомобиля, его узлов и агрегатов.

Чтобы получить такие знания, главное иметь под рукой качественный источник для обучения. Представьте себе помещение в котором есть 4000 книг именно по транспортной тематике, при этом они обновляются почти каждый день и не надо рыскать в поисках нужного контента по просторам сети Интернет. И на практике такое «помещение» у вас легко может появится.

Это онлайн-платформа ELECTUDE. Причём это даже не просто комплексная база знаний по автомеханике, автоэлектрике, диагностике, но и площадка, с которой вы совершенно по-новому посмотрите на дистанционное обучение. Это не просто модный (а в этом году и вынужденный для многих) формат обучения. Это реальная возможность пошагово ликвидировать свои пробелы и отточить навыки посредством встроенного в систему виртуального тренажёра.

Конструкция автомобиля: от терминологии к отлаженной работе

Понятие «автомобиль» сочетает в себе два слова: 

  • Autos в переводе с греческого самостоятельность.
  • Mobile (в переводе с французского – движение).

Сочетание, которое лучше всего отражает суть понятия. При этом «самостоятельность» и способность к «движению» требуют особенного контроля за безопасностью и надёжностью. 

Для этого важно глубокое понимание всех взаимосвязей в работе автомобильных механизмов и систем. Задача производителей и специалистов в сфере ремонта – обеспечить узлам исправность, отлаженную работу. Это огромная ответственность, для которой нужны не только готовность к принятию решений, но и быстрое ориентирование в физических законах, особенностях техники.

Полезный совет

Нельзя выучиться автомобильной механике, электрике, мехатронике раз и навсегда. Учиться нужно каждый день. Единственное: у вас есть выбор – можно хаотично смотреть отдельные телевизионные программы, ролики в Интернете, читать новые учебники и публикации, а можно учиться пошагово (модульно), например, задействуя LMS ELECTUDE. Сначала вы, например, получаете максимальную «прокачку» по основам ДВС, затем «штудируете» бензиновые двигатели, потом проходите отдельные тренинги по оттачиванию конкретных навыков на встроенном тренажёре (он является важной составной частью платформы ELECTUDE).

Устройство автомобиля: агрегаты, узлы и детали

Любой автомеханик, электрик, мехатроник сталкивается с тремя понятиями «деталь», «узел» и «агрегат».


  • Деталь автомобиля – это его неразъемная (изготовленная без применения сборки) конструктивная часть из однородного по структуре материала.p;
  • Узлы – это объединение нескольких деталей. По факту – это уже сборочная единица. При этом, если совокупность из несколько деталей направлена на преобразование скорости, вида движения, мы имеем дело с механизмом. Характерные узлы – пневматичский цилиндр, обгонная муфта, наглядный же пример механизма – планетарный механизм. Иногда также можно встретиться с понятием «компонент». Этот термин актуален для автомобильной электрики. Типичный компонент – это, например, свеча зажигания.
  • Агрегат— это объединение нескольких механизмов для решения какой-либо одной задачи.

Системы автомобиля

Взаимодействие узлов, механизмов создают систему. Какие системы бывают и для чего они служат?

Cистемы:

  • Зажигания. Для формирования искры и воспламенения топлива в нужный момент времени, запуска мотора.
  • Вспрыска (инжекторные системы). Для обеспечения вспрыска топлива.
  • Впуска отработавших газов и контроля эмиссии вредных веществ. Для отвода отработавших газов из цилиндров двигателя, их охлаждения, а также снижения шума и токсичности газообразных веществ.
  • Охлаждения. Для устранения риска перегрева деталей двигателя, а также охлаждения воздуха в системе турбонаддува, масла в смазочной системе, рабочей жидкости в АКП
  • Питания. Для подачи топлива и питания двигателя, приготовления горючей смеси, хранения топлива и его последующей очистки.
  • Управления. Для корректировки скорости, направления движения транспорта.
  • Кондиционирования. Для создания и поддержания благоприятного микроклимата в салоне, кабине.
  • Активной безопасности автомобиля. Для предотвращения аварийной ситуации. Их самые распространённые функции – антиблокировка тормозов, создание курсовой устойчивости, распределение тормозных усилий, экстренное торможение, обнаружение пешеходов, помощь при перестроении во время езды, помощь при подъёме, контроль за усталостью водителя, распознавание дорожных знаков.
  • Зарядки. Для питания электрического оборудования двигателя.
  • Охлаждения и смазки. Для защиты двигателя. Среди базовых функций —регулирование рабочей температуры, уменьшение трения между двигателем и сопрягаемыми деталями. Также система смазки помогает защитить детали от коррозии.
  • Торможения. Для уменьшения скорости и создания тормозного момента – остановки авто, удержания автомобиля на месте длительное время.
  • Компьютерные системы – «менеджеры» и специалисты в области «мониторинга», которые непосредственно взаимодействуют с электрическими/электронными схемами.;
  • Топливная система. Для обеспечения горючим топливо-воздушной смеси. Именно топливная система необходима для питания двигателя.
  • Система привода. Для передачи мощности от двигателя непосредственно к колесам.

Создание и совершенствование автомобильных систем является главной заботой производителей.

Специалистам СТО, напротив, часто приходится решать противоположную задачу: разбирать агрегат на узлы, узел на детали. Впрочем, обратная сборка деталей, узлов – это также типичная процедура технического обслуживания транспортного средства.

На рисунке ниже представлено устройство автомобиля:


Каждый будущий диагност должен уверенно знать названия и расположение узлов автомобиля. Более того, он должен соотносить их с основными «автономинаций»:

  • Кузов– основание транспортного средства и его внешнее обрамление. Может быть несущей системой или отдельным элементом. 
  • Рама – ограждение транспортного средства. Иногда можно встретить название каркас. Подробнее о кузове и раме вы узнаете в статье «Рама, кузов и шасси», которая выйдет уже совсем скоро. 
  • Двигатель – (дословно с немецкого – приводящий в движение). Механизм, который преобразует энергию тепла, вспышки топлива в механическую работу, обеспечивает транспортное средство эффективной мощностью.
  • Подвеска. Cлужит для обеспечения контакта шины с дорожным полотном.
  • Рулевое управление. Cлужит для управления автомобилем.
  • Вспомогательное оборудование и системы безопасности – повышают комфорт, обеспечивают безопасность и удобство управления автомобилем и его системами.

Устройство автомобиля, его частей и механизмов

Добро пожаловать на сайт ZnanieAvto.ru, на страницах которого можно узнать много нового про устройство автомобиля, его многочисленных узлах, важных и не очень элементах. Одни обеспечивают безопасность водителя и пассажиров, другие просто говорят о статусе владельца.

В стремительно развивающемся мире, все трудней уследить за всеми новшествами. Устройство, которое вчера было трудно себе даже представить, завтра легко может стать штатной деталью автомобиля. Поэтому, наш познавательный ресурс предназначен как для новичков, так и для знатоков устройства автомобилей.

Новичкам мы поможем разобраться в основах устройства автомобиля, познакомим с основными узлами и агрегатами авто, расскажем, что с чем взаимодействует и как работает.

Вы задумывались когда-нибудь, почему машина едет при нажатии на педаль газа, или останавливается, когда вы тормозите? Что при этом происходит в недрах вашего автомобиля?

Двигатель, трансмиссия, подвеска, рулевое управление и электрооборудование автомобиля — всё это звенья одной цепочки. Пока все эти части исправно и слаженно работают, автомобиль доставляет своему владельцу лишь радость. Но стоит отказать хоть одному из них, и машина начинает в лучшем случае – «барахлить», в худшем же — совсем не едет.

И чтобы не стоять потом на обочине с открытым капотом и глупым видом, не слать проклятья на головы тех, кто собрал это ведро с болтами, уже сейчас можно начать узнавать, как устроен автомобиль. Зачем вот та штуковина, почему моргает эта лампочка и по какому колесу всё-таки нужно попинать, для получения наилучшего результата.

Вы, несомненно, пришли по адресу, если:

  • радиатор и карбюратор для вас слова синонимы;
  • обилие лампочек и кнопочек, на панели приборов приводит Вас в замешательство и легкий ступор;
  • в компании, когда заводят разговор про автомобили, Вы либо начинаете пятиться назад, в надежде затеряться в толпе, либо на все вопросы многозначительно киваете и отвечаете вопросом на вопрос;
  • подвеска для Вас то, что висит на зеркале в салоне;
  • подкапотное пространство это … да где это вообще?

Вы умудренный опытом специалист, и устройство любого автомобиля для вас как открытая книга?

Что ж, прекрасно. Но не спешите уходить с мыслью «да я и так всё знаю». Возможно, и Вы найдете для себя что-то новое, быть может, в новом свете для вас откроется то, с чем Вы казалось бы, давно знакомы.

Ведь практически любой автомеханик, может рассказать вам историю о том, как спустя время, с изумлением узнавал, что был-таки способ открутить ту злосчастную гайку, а не спиливать ее «болгаркой», и деталь ту можно было проволокой «намертво» не прикручивать.

А может быть, Вы захотите поделиться с новичками своим бесценным опытом, и вероятно кто-то потом, неоднократно вспомнит о Вас с благодарностью.

Мы же в свою очередь, постараемся на понятном языке, и с максимальной полнотой, раскрыть для Вас, будь Вы новичок или гуру, тему устройства автомобилей и всего, что может быть с этим связано.

Общее устройство автомобиля в «двух словах»

В современном мире автомобиль уже не является роскошью, так как стал обычным средством передвижения. Поэтому, очень важно хотя бы поверхностно ознакомиться с техническим устройством автомобиля.

Стандартная схема устройства машины выглядит следующим образом: кузовная оболочка автомобиля, аппарат шасси и силовой агрегат.

Видео о том, как устроены основные узлы автомобиля:

Подпишитесь на наш Telegram-канал

Кузов автомобиля

Кузов является одной из самых важных частей автомобиля, так как он служит связующим звеном и крепежом для всех рабочих узлов. Он определяет внешний вид, внутреннее удобство и безопасность.

Основу кузова составляет металлический каркас, к которому прикрепляются капот, боковые дверцы, бампер, крышка багажника и прочие накладные элементы. Каркас, в свою очередь, представляет собой особую конструкцию состоящую из нескольких отдельно приваренных элементов: основания, крыши, передней и задней части кузова, а также правой и левой боковины.

Аппарат шасси

Шасси — это комплекс основных узлов, которые отвечают непосредственно за передвижение авто, его маневренность и координацию. Аппарат шасси включает в себя три основных элемента: трансмиссию, ходовой блок и управляющий механизм.

Устройство трансмиссии

Трансмиссия предопределена для перенаправления вращающего момента от двигателя к ведущим колесам. Она также дает возможность изменять его величину и направление. Трансмиссия состоит из нескольких составляющих: сцепления, коробки передач, кардана, основной передачи, дифференциала, раздаточной коробки, полуоси и шарниров равных угловых скоростей.

Главное, в чем должен быть компетентен водитель транспортного средства — это сцепление и коробка передач, так как именно от этих двух узлов зависит запуск двигателя и движение автомобиля. Коробка передач бывает трех видов: механическая, автоматическая и комбинированная. Современные автомобили в большинстве случаев оборудованы коробками «автомат», которые позволяют плавно трогаться с места и не усложняют процесс управления автомобилем.

Устройство ходовой автомобиля

Ходовая часть составляет около 50% от всего автомобиля, поэтому к ней стоит отнестись с особой внимательностью. Ее основой является рама, к которой крепятся две оси, подвеска и четыре колеса. Передняя и задняя ось необходимы для снятия основной нагрузки с кузова и равномерного ее распределения на колеса. Также эти две детали отвечают за маневренность и правильное вхождение автомобиля в повороты.

Устройство подвески автомобиля предназначено для объединения осей с основой ходовой частью, рамой. Она, совместно с колесами обеспечивает плавность хода и смягчает разнообразные толчки, а также удары во время движения. Подвеска может быть выполнена в виде витой или стержневой пружины, которая обладает определенной упругостью и служит неким амортизатором.

Колеса автомобиля устанавливаются в определенных углах развал-схождения. Для поддержания и проверки этих параметров существуют специальные компьютерные стенды. Такая техника позволяет выявить отхождение от нормы и своевременно произвести балансировку на специальном станке. Ведь если не проводить такое мероприятие, то можно испортить резину.

Управляющий механизм

Управляющий механизм транспортного средства условно делится на две части: рулевое управление и тормозную систему. И та и другой участок управляющего механизма являются неотъемлемой частью автомобиля, без которых невозможно движение.

Рулевое управление представляет собой сбалансированное взаимодействие рулевого механизма и привода. От них напрямую зависит изменение направления движения. В этом процессе также участвуют ведущие колеса и система их привода. Для упрощения управления многие современные автомобили дополнительно оснащены гидроусилителем руля, который позволяет осуществлять любые маневры на дороге.

Рулевой управляющий механизм бывает право- и левосторонним, в зависимости от предписанного направления движения. Такая вариация необходима для того, что обеспечить водителю максимальный угол обзора.

Тормозная система является основным участником управляющего процесса. За счет ее, автомобиль способен снижать скорость во время движения, вплоть до полной остановки, она также способствует удержанию автомобиля на одном месте в состоянии покоя. Основой тормозной системы является закон о силе трения.

Тормозной механизм бывает двух видов: подвижный и неподвижный. В первом варианте  основные элементы тормозной системы вращаются вместе с колесом, во втором — они находятся в состоянии покоя вне зависимости от того, движется автомобиль или нет.

Устройство двигателя автомобиля

Двигатель — это механизм, который способен преобразовывать топливо в механическую энергию, то есть, именно от него зависит движение автомобиля. В современных авто используется поршневой двигатель внутреннего сгорания, который может потреблять разные виды топлива: бензин, дизельное топливо и газ.

Обзор и сравнение бензиновых, дизельных и газобалонных двигателей на видео:

Перспективными считаются газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. Такое устройство двигателя автомобиля используется в силовых установках и тяжелой технике. Также завоевывают популярность электрические автомобили, однако, они рассчитаны только на транспортировку незначительных грузов. Существуют и другие типы силовых агрегатов, например, роторные двигатели, о принципе работы которых мы рассказывали ранее.

В зависимости от потребляемого вида топлива, для каждого автомобиля присуща своя номинальная мощность, а также количество цилиндров, которое может колебаться от двух до двенадцати. Минимальное количество цилиндров присуще малолитражным авто, максимальное — наоборот. Расположение цилиндров также зависит от их количества. Как известно, устройство машинного двигателя не всегда находится в передней части автомобиля. Существуют модели с двигателем, который расположен сзади, вдоль или поперек кузова.

Обладая элементарными знаниями о техническом устройстве автомобиля, можно самостоятельно справиться с многочисленными неполадками, которые периодически возникают на пути каждого автомобилиста. Такие знания помогут не только сократить расходы на поддержание технически-исправного состояния автомобиля, но и сэкономят драгоценное время, затрачиваемое на сервисное обслуживание.

1.1. Принцип устройства автомобиля. Советы автомеханика: техобслуживание, диагностика, ремонт

1.1. Принцип устройства автомобиля

Современный легковой автомобиль представляет собой транспортное средство, состоящее из многих систем, механизмов и узлов.

Кузов автомобиля – это жесткая пространственная рама, облицованная тонким листом или волокнистым пластиком. В настоящее время кузов делают «несущим», т. е. заменяющим раму, и к нему крепят все агрегаты и механизмы.

Автомобиль приводится в движение двигателем внутреннего сгорания, являющимся источником механической энергии.

Для передачи крутящего момента от двигателя к колесам автомобиля и для изменения этого момента в зависимости от условий движения каждый автомобиль имеет трансмиссию или силовую передачу, к которой относятся следующие агрегаты: сцепление или гидротрансформатор, коробка перемены передач (ручная или автоматическая), карданная передача, главная передача, дифференциал и полуоси.

Колеса с пневматическими шинами вместе с передней и задней осями и упругими элементами крепления осей к раме или кузову составляют ходовую часть автомобиля. В каждом автомобиле имеются механизмы управления, с помощью которых можно изменять направление движения и останавливать автомобиль или замедлять его движение. К этим механизмам относятся рулевое управление и тормозная система.

Для эксплуатации автомобиля в темное время суток на нем устанавливается система освещения. Безопасность движения современных автомобилей обеспечивается системой сигнализации. Для повышения комфортабельности автомобили оборудуются системами отопления и вентиляции.

Расположение двигателя и агрегатов трансмиссии у разных моделей автомобилей неодинаково. Классическая схема размещения агрегатов и узлов представлена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Классическая схема размещения агрегатов и узлов автомобиля

Двигатель расположен спереди, вдоль оси автомобиля, ведущими колесами являются задние, для передачи крутящего момента к заднему ведущему мосту устанавливают карданный вал. Карданный вал может быть коротким, непосредственно соединяющим коробку перемены передач с задним мостом (рис. 1.2), либо длинным, имеющим промежуточный карданный вал, установленный на подвесном подшипнике (рис. 1.3).

Рис. 1.2. Короткий карданный вал

Рис. 1.3. Длинный карданный вал с подвесным подшипником

На большинстве современных автомобилей применяется переднеприводная схема установки агрегатов и узлов: двигатель расположен спереди поперек автомобиля, агрегаты и трансмиссия также расположены спереди. В этом случае трансмиссия передает крутящий момент передним колесам, которые одновременно являются ведущими и управляемыми. В результате такого расположения агрегатов можно существенно уменьшить их массу и высоту центра тяжести. Такими же преимуществами обладают автомобили с задним расположением двигателя и агрегатов трансмиссии, передающих крутящий момент задним ведущим колесам.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Супер приложение для изучения устройства автомобиля

На чтение 2 мин.

Привет! Сегодня я покажу вам Супер приложение андроид для изучения устройства автомобиля. Если вы любите ремонтировать авто, это приложение точно вам понравится! Хотите знать всё о любом авто? Двигатель, зарядное устройство, устройство аккумулятора, пусковое, прицепное, удерживающие устройства, трансмиссия, система зажигания и т.д. Обо всём этом вы можете узнать. Всё очень просто и быстро! Смотрите далее!

 

 

 

Устройство и ремонт автомобиля

 

Откройте на своём смартфоне андроид приложение Google Play.

 

 

Через поиск вверху, найдите приложение Устройство автомобиля и установите его на свой телефон.

 

 

Откройте приложение, когда оно установится. На главной странице, вы можете выбрать для себя подходящий раздел с полезной информацией:

  • Новое;
  • Двигатель;
  • Система зажигания;
  • Система впрыска;
  • Топливная аппаратура;
  • Система смазки;
  • Система охлаждения;
  • Пуск и энергообеспечение;
  • Трансмиссия;
  • Подвеска;
  • АКБ, генератор, стартер;
  • Рулевое управление;
  • Тормозная система;
  • Освещение и сигнализация;
  • Кузов;
  • Шины и диски;
  • Снижение токсичности;
  • Неисправности.

 

 

Перейдите в интересующий вас раздел. Здесь можно выбрать запись по теме, чтобы ознакомится с ней.

 

 

На странице записи, вы можете подробно изучить информацию о выбранной теме.

 

 

В меню приложения (кнопка вверху слева) вы можете также быстро перейти в интересующий вас раздел. В меню доступны дополнительные материалы:

  • Салон;
  • Безопасность и комфорт;
  • Пассивная безопасность;
  • Материалы;
  • Товары;
  • Диагностика;
  • ТО и ТР;
  • Инструмент и оборудование;
  • Техника безопасности;
  • Теория;
  • Схемы;
  • История;
  • Закон;
  • ПДД;
  • Вождение.

 

 

Всё готово! Вот так просто и быстро вы можете узнать устройство автомобиля на телефоне андроид.

 

Приложение андроид для заработка денег

 

Головные устройства автомобиля и приборная панель

The ADV7481 is an integrated video decoder and combined HDMI®/MHL® receiver. It is targeted at connectivity enabled head units requiring a wired, uncompressed digital audio/video link from smartphones and other consumer electronics devices to support streaming and integration of cloud-based multimedia content and applications into an automotive infotainment system.

The ADV7481 MHL 2.1 capable receiver supports a maximum pixel clock frequency of 75 MHz, allowing resolutions up to 720p/1080i at 60 Hz in 24-bit mode. The ADV7481 features a link control bus (CBUS) that handles the link layer, translation layer, CBUS electrical discovery, and display data channel (DDC) commands. The implementation of the MHL sideband channel (MSC) commands by the system processor can be handled either by the I2C bus, or via a dedicated serial peripheral interface (SPI) bus. A dedicated interrupt pin (INTRQ3) is available to indicate that events related to CBUS have occurred.

The ADV7481 also features an enable pin (VBUS_EN) to dynamically enable or disable the output of a voltage regulator, which provides a 5 V voltage bus (VBUS) signal to the MHL source.

The ADV7481 HDMI capable receiver supports a maximum pixel clock frequency of 162 MHz, allowing HDTV formats up to 1080p, and display resolutions up to UXGA (1600 × 1200 at 60 Hz). The device integrates a consumer electronics control (CEC) controller that supports the capability discovery and control (CDC) feature. The HDMI input port has dedicated 5 V detect and Hot Plug™ assert pins.

The HDMI/MHL receiver includes an adaptive transition minimized differential signaling (TMDS) equalizer that ensures robust operation of the interface with long cables.

The ADV7481 single receiver port is capable of accepting both HDMI and MHL electrical signals. Automatic detection between HDMI and MHL is achieved by using cable impedance detection through the CD_SENSE pin.

The ADV7481 contains a component processor (CP) that processes the video signals from the HDMI/MHL receiver. It provides features such as contrast, brightness, and saturation adjustments, as well as free run and timing adjustment controls for HS/VS/DE timing.

The ADV7481 analog front end (AFE) comprises a single high speed, 10-bit analog-to-digital converter (ADC) that digitizes the analog video signal before applying it to the SDP.

The eight analog video inputs can accept single-ended, pseudo differential, and fully differential composite video signals, as well as S-Video and YPbPr video signals, supporting a wide range of consumer and automotive video sources.

Short to battery (STB) events can be detected on differential input video signals. STB protection is provided by ac coupling the input video signals. The ADV7481, in combination with an external resistor divider, provides a common-mode input range of 4 V, enabling the removal of large signal common-mode transients present on the video lines.

The automatic gain control (AGC) and clamp restore circuitry allow an input video signal up to 1.0 V p-p at the analog video input pins of the ADV7481. Alternatively, the AGC and clamp restore circuitry can be bypassed for manual settings.

The SDP of the ADV7481 is capable of decoding a large selection of analog baseband video signals in composite, S-Video, and component formats. The SDP supports worldwide NTSC, PAL, and SECAM standards.

The ADV7481 features an 8-bit digital input/output port, supporting input and output video resolutions up to 720p/1080i in both the 8-bit interleaved 4:2:2 SDR and DDR modes.

APPLICATIONS

  • Portable devices
  • Automotive infotainment (head unit and rear seat
    entertainment systems)
  • HDMI repeaters and video switches

Насколько безопасны умные устройства в вашей машине?

Мы частенько рассказываем об уязвимостях Интернета вещей, начиная от смарт-камер и заканчивая секс-игрушками. На этот раз исследователи «Лаборатории Касперского» решили выяснить, пройдут ли проверку на безопасность умные гаджеты для автомобилей.

Что протестировали эксперты «Лаборатории Касперского»

Для теста мы выбрали сразу несколько устройств разного назначения: пару сканеров для диагностики неполадок, систему для наблюдения за давлением и температурой в шинах, интернет-зависимый GPS-трекер, видеорегистратор и умную сигнализацию.

OBD-сканер против сканера Bluetooth

Что исследовали? Устройство, которое подключается к разъему OBD в автомобиле и передает на подключенный по Bluetooth смартфон данные о скорости, разгоне, оборотах двигателя и так далее. Данные можно наблюдать во время заезда, а впоследствии их можно наложить на видеозапись в приложении.

Что обнаружили? Серийный номер сканера и пароль, необходимые для подключения к нему, совпадают с MAC-адресом сканера. Проблема в том, что сканер транслирует свой MAC-адрес по Bluetooth — его видно всем устройствам на расстоянии десятков метров.

Таким образом, для подключения к устройству потенциальному злоумышленнику нужно всего лишь просканировать эфир и считать его MAC-адрес.

Чем грозит? К счастью, протестированный сканер только считывает информацию автомобиля и не влияет на его поведение. Поэтому даже если кто-то посторонний сможет подключиться к гаджету, он не сможет навредить водителю. Разве что просмотрит запись заезда и показания машины.

Другой OBD-сканер: провод есть — ума не надо

Что исследовали? Проводной OBD-сканер для диагностики автомобиля.

Что обнаружили? Производитель устройства приложил немало усилий к тому, чтобы защитить его прошивку. Перепробовав несколько методов, эксперты «Лаборатории Касперского» все же смогли извлечь прошивку из памяти устройства и нашли возможность модифицировать ее.

Однако оказалось, что сканер имеет слишком маленький объем памяти — ее хватает лишь для чтения показаний и ведения журнала ошибок. Использовать устройство в качестве плацдарма для взлома электронных систем автомобиля невозможно.

Чем грозит? Пользователям сканера нечего опасаться. Производитель гаджета снабдил его ровно теми характеристиками, которых достаточно только для выполнения основной задачи. Поэтому, кроме доступа к данным об ошибках, взлом устройства ничем не грозит.

Система мониторинга давления и температуры в шинах

Что исследовали? Основная задача системы, как несложно догадаться, — показывать данные о температуре и давлении в шинах, а также оповещать водителя, если они достигают критически низких или высоких значений. В ее состав входят четыре датчика (по одному на колесо), экран и блок управления.

Что выяснили? Датчики передают информацию в блок управления по радио, и эксперты решили попробовать перехватить и подменить данные с помощью SDR (программно определяемой радиосистемы). Для этого нужно знать серийный номер каждого датчика и то, какая часть исходящего от него сигнала отвечает за данные об изменении температуры и давления колеса. После нескольких замеров экспертам удалось это установить.

На практике, чтобы подменить сигнал, необходимо поддерживать постоянную связь с датчиками: держать антенну приемника направленной на автомобиль жертвы и двигаться с ним на одной скорости.

Чем грозит? Подмена сигнала с датчиков позволяет вывести на экран системы предупреждение о несуществующих неполадках, чтобы водитель остановил автомобиль. Однако для успешной атаки нужно находиться в непосредственной близости от цели. Учитывая это, владельцам устройства вряд ли стоит волноваться и срочно возвращать покупку в магазин.

Самая умная сигнализация

Что исследовали? Умную охранную систему, с помощью которой можно закрывать и открывать двери автомобиля и запускать двигатель. Управлять можно либо с брелока, либо по Bluetooth через Android-приложение.

Что выяснили? Брелок сигнализации общается с охранной системой по зашифрованному каналу. Также разработчики ответственно подошли к защите Bluetooth-соединения для управления со смартфона: устройства сопрягаются во время установки сигнализации, подключиться с другого смартфона не получится.

Наиболее уязвимой частью охранной системы оказалось приложение. Во-первых, оно не запрашивает пароль или биометрические данные при входе. Отдавать команды охранной системе тоже можно без дополнительной авторизации. Иными словами, украв у вас телефон с незаблокированным экраном, преступник получит автомобиль в подарок.

Вторая угроза, которой стоит опасаться пользователю «умной» сигнализации, — это заражение смартфона. Троян, имитирующий движения пальца по экрану, позволяет сравнительно легко открыть машину и запустить двигатель. Правда, при одном условии: смартфон владельца в этот момент должен находиться неподалеку от авто и быть подключенным к сигнализации по Bluetooth.

Чем это грозит? Несмотря на то, что экспертам удалось подобрать работающий механизм атаки, он едва ли применим в реальной жизни. Во-первых, сам по себе он довольно сложен. Во-вторых, требует целенаправленного заражения конкретного смартфона. В-третьих, для реализации плана смартфон владельца должен находиться рядом с машиной, что усложняет незаметную атаку. К тому же от такой атаки легко уберечься: достаточно установить на смартфон надежную защиту и не забывать блокировать экран паролем.

GPS-трекер

Что исследовали? Обычный GPS-трекер, только подключенный к Интернету и передающий данные о перемещениях автомобиля. Такой трекер может использоваться, чтобы отслеживать курьеров и посылки или защитить арендуемое оборудование.
Что выяснили? Взлом учетной записи администратора серверной части GPS-трекера позволит получить доступ к базе данных пользователей — маршрутам передвижения, финансовой информации, контактам, именам и многому другому. Более вероятный — из-за отсутствия двухфакторной аутентификации — взлом пользовательского аккаунта позволит получить доступ к данным конкретного клиента.

Чем грозит? Теоретически взлом сервера GPS-трекера можно использовать для слежки и сбора данных. Однако, по мнению наших экспертов, вероятность такой атаки невысока.

Улыбнитесь, вас снимает безопасная камера!

Что исследовали? Умный видеорегистратор. Гаджет откликается на голосовые команды, умеет самостоятельно определять потенциально опасные ситуации и сохранять записи о них, адаптироваться к разному уровню освещения и, естественно, взаимодействовать со смартфоном или планшетом через Wi-Fi.

Что выяснили? В теории, подключив к камере собственный смартфон, преступники могли бы натворить бед. Однако в этом случае безопасность системы оказалась на уровне. Например, она не только защищена паролем, который можно поменять, но и советует пользователю при первом подключении выбрать собственный пароль вместо заданного по умолчанию. А чтобы связать новый телефон с камерой, нужно еще и нажать специальную кнопку на самом видеорегистраторе.

Чем это грозит? Без физического доступа к камере преступник не сможет ни повлиять на ее работу, ни заполучить видеозаписи с нее. А если уж ему удалось добраться до камеры лично, то гораздо проще будет украсть карту памяти.

Выводы

С точки зрения практических атак защита большинства протестированных IoT-устройств оказалась вполне адекватной. Уязвимости в них есть, но их сложно было бы использовать для взлома в реальной жизни. Похоже, производители наконец-то начали уделять больше внимания безопасности своих продуктов. И это позволяет надеяться, что в дальнейшем ситуация на рынке «умных» устройств будет только улучшаться.

Подробнее о процессе поиска уязвимостей в автомобильных гаджетах и о находках наших экспертов можете почитать в исследовании на Securelist.

Разница между устройством и машиной

Машины и устройства есть везде — будь то потолочный вентилятор, холодильник или смартфон. Они созданы для того, чтобы сделать нашу повседневную жизнь намного проще, выполняя самые простые и самые сложные задачи за считанные секунды. Во-первых, компьютер — это устройство, предназначенное для простого вычисления одной или нескольких вычислительных функций, или смартфон, который позволяет нам создавать и отправлять электронные письма, отправлять сообщения, хранить информацию, устанавливать приложения вместе с базовыми функциями создания звонки — все в одном устройстве.Разница между машиной и устройством очень тонкая, и нет простого способа отличить их.

Что такое машина?

Машина представляет собой комбинацию из шести простых машин — наклонной плоскости, шкива, рычага, клина, винта, колеса и оси — которые используются почти повсеместно. Проще говоря, машина — это все, что снижает затраты, время и человеческие усилия. Это инструмент или набор инструментов, каждый из которых выполняет определенную функцию, предназначенный для выполнения одной или нескольких операций вместе с использованием механической энергии.Он может быть автоматизированным или управляемым человеком, что увеличивает возможности человека для выполнения запланированной операции. Короче говоря, машины — это всего лишь часть оборудования, используемая для упрощения и бесперебойной работы.

Что такое устройство?

Устройство может относиться к механическому или электронному инструменту, специально разработанному для определенной цели, что означает, что оно предназначено для упрощения работы машины и без ошибок. Это скорее набор машин, нацеленных на конкретное действие или процедуру.Например, часы предназначены для отслеживания времени или смартфон, который представляет собой набор из множества различных частей, каждая из которых предназначена для конкретной задачи. Короче говоря, устройство представляет собой более сложную версию машины или набора машин, которые могут иметь электрический или ручной привод.

Разница между устройством и машиной

  1. Определение устройства и машины

Машина — это устройство или инструмент, который состоит из одной или нескольких частей, каждая из которых предназначена для определенной задачи или функции, объединенных вместе для выполнения определенной задачи с использованием энергии в качестве энергии.Машина — это не что иное, как часть оборудования, которая приводится в действие электрической, механической, тепловой или химической энергией для выполнения одной или нескольких операций. Устройство — это довольно сложная версия машины, предназначенная для определенной цели. В отличие от машин, которые обычно ограничены определенной операцией, устройство может представлять собой множество вещей, спроектированных таким образом, чтобы обеспечить бесперебойную работу машины.

  1. Происхождение устройства и машины

Идея простых машин была признана греческим философом Архимедом примерно в 3 году до нашей эры, и его основное внимание было сосредоточено на изучении архимедовых простых машин: рычага, шкива и винта.Он также был первым, кто понял концепцию механической энергии в рычаге. С человеческой точки зрения, идея механических устройств была результатом способностей человека к ведению войны, таких как арбалеты, появившиеся около 500 г. до н.э. Первым портативным устройством были часы, которые начали использовать около 1500 г. до н.э., но превратились в современные механические устройства. На протяжении тысячелетий устройства разнообразными способами улучшали нашу повседневную жизнь.

  1. Назначение устройства и машины

Машины имеют уникальную цель — максимально увеличить человеческие усилия для снижения затрат и времени, тем самым увеличивая производство.Вы можете называть машину комбинацией устройств, которые могут быть автоматизированными или управляемыми человеком. Основное предназначение машины — облегчить работу. Устройство, в общем смысле, — это то, что предназначено для определенной цели, например, устройство GPS, которое используется для отслеживания перемещений и навигации, или принтер, если на то пошло, которое является устройством, используемым специально для печати документов.

  1. Типы устройств и машин

Термин «машина» используется для обозначения шести классических типов, определенных учеными эпохи Возрождения как наклонная плоскость, шкив, рычаг, винт, колесо и ось, а также клин.Это механизм, с помощью которого сила, приложенная к одной части, передается другой части, используя движение в качестве источника энергии. Эти шесть простых машин обладают особыми характеристиками и предназначены только для уменьшения человеческих усилий простым движением или толчком. Устройства классифицируются в зависимости от контекста. Например, когда речь идет о компьютерном периферийном устройстве, оно делится на устройства ввода, вывода и хранения.

Устройство и машина: сравнительная таблица

Сводная информация об устройстве vs.Станок

Каждая машина — это устройство, но не каждое устройство — это машина. Оба термина могут использоваться взаимозаменяемо, потому что разница между ними довольно тонкая и между машиной и устройством есть тонкая грань, когда дело доходит до инженерных работ. Машина может быть инструментом или набором инструментов, которые используют некоторый вид энергии для выполнения одной или нескольких операций, и она может быть управляемой человеком или автоматизированной. Устройство — это все, что упрощает и упрощает работу машины.Это электронный или механический инструмент, предназначенный для определенной цели, например, часы, которые специально предназначены для показа времени.

Сагар Хиллар — плодовитый автор контента / статей / блогов, работающий старшим разработчиком / писателем контента в известной фирме по обслуживанию клиентов, базирующейся в Индии. У него есть желание исследовать разноплановые темы и разрабатывать высококачественный контент, чтобы его можно было лучше всего читать. Благодаря его страсти к писательству, он имеет более 7 лет профессионального опыта в написании и редактировании услуг на самых разных печатных и электронных платформах.

Вне своей профессиональной жизни Сагар любит общаться с людьми из разных культур и происхождения. Можно сказать, что он любопытен по натуре. Он считает, что каждый — это опыт обучения, и это приносит определенное волнение, своего рода любопытство, чтобы продолжать работать. Поначалу это может показаться глупым, но через некоторое время это расслабляет и облегчает начало разговора с совершенно незнакомыми людьми — вот что он сказал ».

Последние сообщения Сагара Хиллара (посмотреть все)

: Если вам понравилась эта статья или наш сайт.Пожалуйста, расскажите об этом. Поделитесь им с друзьями / семьей.

Cite
APA 7
Хиллар, С. (10 мая 2018 г.). Разница между устройством и машиной. Разница между похожими терминами и объектами. http://www.differencebetween.net/language/words-language/difference-between-device-and-machine/.
MLA 8
Хиллар, Сагар. «Разница между устройством и машиной». Разница между похожими терминами и объектами, 10 мая 2018 г., http: // www.разница между.net/language/words-language/difference-between-device-and-machine/.

В чем разница между машиной и устройством?

@aarthivg • 23 мая, 2012

В чем разница между машиной и устройством? Это только два имени для одного и того же объекта? Можно ли назвать машину «устройством» и наоборот? Жду определений и объяснений. Спасибо!

@ hsirah5 • 24 мая, 2012 Точно так же, как разница между элементом и соединением в химической терминологии… Машина может быть одним простым инструментом или комбинацией инструментов, в то время как устройство — это инструмент, разработанный с использованием нескольких или более простых машин, нацеленных на конкретное действие / процедуру …
Например: — Железный стержень, который можно использовать для перемещать или катить объект — это простая машина; в то время как гидравлический автомобильный домкрат, который используется для подъема шасси транспортного средства, является устройством.
Надеюсь, это дает хорошую идею .. 😎

@pratap singh, upendra • 24 мая, 2012 • Нравится: 1 обычно машина — это элементарная единица, которая может выполнять множество операций в зависимости от инструментов, из которых она состоит; с другой стороны, устройство представляет собой сложную версию, предназначенную для конкретного использования.

, например, в вышеупомянутой консервации железный стержень представляет собой машину, поскольку она может выполнять множество функций, таких как перемещение объекта или его подъем, а также многие другие функции, которые не включены в гидравлический домкрат. Однако гидравлический домкрат имеет определенное назначение и конструкцию.

Таким образом, машина является фундаментальным строительным блоком устройства, и одна и та же машина может использоваться в качестве нескольких различных устройств. Однако обратное неверно.

@zaveri • 26 мая, 2012 я думаю, они имеют в виду то же самое.

машина относится к чему-то механическому и имеет движущиеся части.

Устройство представляет собой нечто электронное и статичное.

@Ramani Aswath • 26 мая 2012 г. На мой взгляд, это вопросы ковенции.
В биомедицинских технологиях простая трубка из ПВХ, отрезанная по длине и доставленная стерильной, может быть медицинским устройством класса II, а также аппаратом МРТ.
Устройство может означать множество вещей в зависимости от контекста. Машина обычно ограничивается чем-то, что можно использовать для выполнения некоторой механической функции.
Эта статья дает некоторую информацию о разнообразии устройств.
https://en.wikipedia.org/wiki/Device @Anthony Jarmie • 26 мая 2012 г. Привет друзья!

Machine — это все, что снижает человеческие усилия, в то время как устройство используется для обеспечения бесперебойной работы машины. Каждая машина — это устройство, но не каждое устройство — это машина.

С уважением
Энтони

@Sourabh Sandal • 21 августа 2013 г. Любое мнение о Трансформере: это машина или устройство?

@Sarathkumar Chandrasekaran • 21 августа 2013 г.

Sourabh Sandal

Любое мнение о Трансформере.Это машина или устройство?
Это устройство, которое обычно используется для повышения или понижения напряжения до требуемого напряжения.

@lal • 21 авг, 2013 • Нравится: 1 Трансформатор также называют «машиной» постоянного потока или «машиной» постоянной мощности 😁

@Naman Agarwal • 09 сен, 2013 Машины — это устройства, способные к непрерывному электромеханическому преобразованию энергии, такие как двигатели, генераторы. Вот почему, согласно этому определению, трансформаторы не считаются машинами, поскольку они только изменяют уровень электрической энергии.

@Anoop Kumar • 09 сен, 2013 Зачем все усложнять ?? 😨

Если я не ошибаюсь, мы говорим об устройстве, которое можно носить с собой.
Устройство GPS, мобильное устройство и т. Д.

и машина, конечно же, созданы руками человека, которые помогают уменьшить человеческие усилия.

@Andreagirl • 10 сен, 2013

aarthivg

в чем разница между машиной и устройством?
1. Машина — это то, что снижает человеческие усилия, в то время как устройство используется для обеспечения бесперебойной работы машины.
2. Каждая машина — это устройство, но не каждое устройство — это машина. машина — это то, что снижает человеческие усилия, в то время как устройство используется для обеспечения бесперебойной работы машины.
👎😉 @lal • 10 сен, 2013

naman2511

Машины — это устройства, способные к непрерывному электромеханическому преобразованию энергии, такие как двигатели, генераторы. Вот почему, согласно этому определению, трансформаторы не считаются машинами, поскольку они только изменяют уровень электрической энергии.
Тогда почему компьютер называется машиной? 😁 Нет никакого электромеханического преобразования энергии, как в двигателях и генераторах в компьютере!

Двигатель внутреннего сгорания — тоже машина. Никакого электромеханического преобразования энергии в этом тоже нет!

Трансформатор иногда называют «самой производительной машиной»!

@Jeffrey Arulraj • 11 сен, 2013 Машина может представлять собой соединение устройств для повышения эффективности выполняемой работы

Устройство представляет собой простые строительные блоки машин

@Naman Agarwal • 04 окт, 2013

лал

Тогда почему компьютер называется машиной? 😁 Нет никакого электромеханического преобразования энергии, как в двигателях и генераторах в компьютере!

Двигатель внутреннего сгорания — тоже машина.Никакого электромеханического преобразования энергии в этом тоже нет!

Трансформатор иногда называют «самой производительной машиной»!

знающие люди не называют компьютер машиной … Это леймановский язык .. @Anoop Kumar • 04 окт, 2013

naman2511

знающие люди не называют компьютер машиной … Это язык леймана …
Спросите человека, который работает / играет с компьютером по 10 часов в день, вы получите ответ 😉

@Naman Agarwal • 04 окт, 2013 Похоже, ты никогда не работал на компьютерах.Вот почему вы балуете другого человека. Тем не менее позвольте мне сказать вам … comupter — это не машина … дальше вы знаете …

@Anoop Kumar • 04 окт, 2013 Наверное, да, сир, потому что я отправляю это от Лизы.

@lal • 04 окт, 2013 Итак, что такое «машинный язык»? 😁 Должен быть термин непрофессионала!

@ yogi.bharadwaj • 05 окт, 2013 Я думаю, что m / c — это устройство, которое требует какого-либо источника входного питания любого рода, электрического или механического, но устройством может быть что угодно, оно также включает в себя машину, или мини-части машины, или всю машину — это устройство.и машина всегда уменьшает человеческие усилия, но устройство не может быть в этой категории. но человеку нужны и машина, и устройство, но мы можем сказать, что все машины являются устройствами, но все устройства не могут быть машинами. если я ошибаюсь Пожалуйста, поправьте меня, друзья.

@Dinesh Patra • 11 окт, 2015 Я думаю, что у машины есть движущиеся части, но у устройств могут быть как статические, так и движущиеся части, которые определенно могут совершать определенные преобразования.

@Gohanamis • 03 дек, 2015 У машины есть движущиеся части, устройством может быть что угодно, уменьшающее человеческие усилия, независимо от того, есть ли у него движущиеся части или нет.

Примеры машин: лифт, автомобиль или персональный настольный компьютер (у него есть вентиляторы, которые являются движущимися частями).

Устройство может быть молотком, ломом (хотя их можно перемещать, их природа как инструмента — оставаться статичными) или мобильным телефоном / смартфоном / планшетом (но как только вы добавите что-то вроде охлаждающего вентилятора, оно превратится в машину ).

@Mohana Chandra • 24 фев, 2020

Машина:

  • Машина имеет движущиеся части, такие как шкивы, рычаг, винт, ось и т. Д.Означает, что машина представляет собой совокупность движущихся частей.
  • Машина сокращает человеческие усилия, затраты и время
  • Каждая машина — это устройство.
  • Например: Часы, Калькулятор и т. Д.

Устройство:

  • Устройство может представлять собой комбинацию машин, предназначенных для выполнения определенной задачи.
  • Устройство может быть механическим или электрическим.
  • Каждое устройство — это не машина.
  • Например: принтер, клавиатура, компьютер и т. Д.

машина | Британника

машина , устройство, имеющее уникальное назначение, которое увеличивает или заменяет усилия человека или животных для выполнения физических задач.В эту широкую категорию входят такие простые устройства, как наклонная плоскость, рычаг, клин, колесо и ось, шкив и винт (так называемые простые машины), а также такие сложные механические системы, как современный автомобиль.

Работа машины может включать преобразование химической, тепловой, электрической или ядерной энергии в механическую или наоборот, или ее функция может заключаться просто в изменении и передаче сил и движений. Все машины имеют вход, выход и устройство преобразования или модификации и передачи.

Британская викторина

Машины и производство

От сверления отверстий и перевозки грузов до автомобильных двигателей и их производства — ответьте на эти вопросы и проверьте свои знания об оборудовании и производстве в этой викторине.

Машины, которые получают энергию от естественного источника, такого как потоки воздуха, движущуюся воду, уголь, нефть или уран, и преобразуют ее в механическую энергию, называются первичными двигателями.Ветряные мельницы, водяные колеса, турбины, паровые двигатели и двигатели внутреннего сгорания являются основными двигателями. В этих машинах входные параметры меняются; Выходы обычно представляют собой вращающиеся валы, которые можно использовать в качестве входов для других машин, таких как электрические генераторы, гидравлические насосы или воздушные компрессоры. Все три последних устройства можно отнести к генераторам; их выходы электрической, гидравлической и пневматической энергии могут использоваться в качестве входов для электрических, гидравлических или пневматических двигателей. Эти двигатели могут использоваться для привода машин с различными выходами, таких как оборудование для обработки материалов, упаковки или транспортировки, или такое оборудование, как швейные машины и стиральные машины.Все машины последнего типа и все другие машины, не являющиеся ни первичными двигателями, ни генераторами, ни двигателями, могут быть классифицированы как операторы. В эту категорию также входят все виды инструментов с ручным управлением, например, счетные машины и пишущие машинки.

В некоторых случаях машины всех категорий объединяются в одно устройство. Например, в дизель-электрическом локомотиве дизельный двигатель является первичным двигателем, который приводит в действие электрогенератор, который, в свою очередь, подает электрический ток на двигатели, приводящие в движение колеса.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Детали машин в автомобиле

В рамках ознакомления с компонентами машин некоторые образцы, поставляемые автомобилем, представляют ценность. В автомобиле основная проблема состоит в том, чтобы использовать взрывной эффект бензина, чтобы обеспечить вращение задних колес. Взрыв бензина в цилиндрах толкает поршни вниз, и передача и преобразование этого поступательного (линейного) движения во вращательное движение коленчатого вала осуществляется шатунами, которые соединяют каждый поршень с кривошипами, которые являются частью коленчатого вала. .Комбинация поршня, цилиндра, кривошипа и шатуна известна как кривошипно-ползунковый механизм; это широко используемый метод преобразования поступательного движения во вращение (как в двигателе) или вращения в поступательное движение (как в насосе).

Для впуска бензиновоздушной смеси в цилиндры и отвода сгоревших газов используются клапаны; они открываются и закрываются за счет заклинивания кулачков (выступов) на вращающемся распределительном валу, который приводится в движение от коленчатого вала шестернями или цепью.

В четырехтактном двигателе с восемью цилиндрами коленчатый вал получает импульс в некоторой точке по своей длине каждые четверть оборота.Чтобы сгладить влияние этих прерывистых импульсов на частоту вращения коленчатого вала, используется маховик. Это тяжелое колесо, прикрепленное к коленчатому валу, которое своей инерцией противодействует любым колебаниям скорости и смягчает их.

Поскольку крутящий момент (сила вращения), который он передает, зависит от его скорости, двигатель внутреннего сгорания не может быть запущен под нагрузкой. Чтобы автомобильный двигатель можно было запустить в ненагруженном состоянии, а затем подключить его к колесам без остановки, необходимы сцепление и трансмиссия.Первый устанавливает и разрывает соединение между коленчатым валом и трансмиссией, тогда как последний изменяет конечными шагами соотношение между входной и выходной скоростями и крутящие моменты трансмиссии. На низкой передаче выходная скорость низкая, а выходной крутящий момент выше крутящего момента двигателя, так что автомобиль может начать движение; на высокой передаче автомобиль движется со значительной скоростью, а крутящий момент и скорость равны.

Оси, к которым прикреплены колеса, содержатся в картере заднего моста, который закреплен на задних пружинах и приводится в движение от трансмиссии приводным валом.Когда автомобиль движется и пружины изгибаются в ответ на неровности дороги, корпус перемещается относительно трансмиссии; Чтобы разрешить это движение, не мешая передаче крутящего момента, к каждому концу приводного вала прикреплен универсальный шарнир.

Приводной вал перпендикулярен задним мостам. Прямоугольное соединение обычно выполняется с коническими зубчатыми колесами, имеющими такое передаточное отношение, при котором оси вращаются со скоростью от одной трети до одной четвертой скорости приводного вала. В картере заднего моста также находятся дифференциалы, которые позволяют обоим задним колесам приводиться в движение от одного источника и вращаться с разной скоростью при повороте.

Как и все движущиеся механические устройства, автомобили не могут избежать воздействия трения. В двигателе, трансмиссии, картере заднего моста и всех подшипниках трение нежелательно, так как оно увеличивает мощность, требуемую от двигателя; смазка уменьшает, но не устраняет это трение. С другой стороны, трение между шинами и дорогой, а также в тормозных колодках делает возможным сцепление и торможение. Ремни, приводящие в движение вентилятор, генератор и другие аксессуары, являются устройствами, зависящими от трения.Трение также полезно при работе сцепления.

Некоторые из перечисленных выше устройств встречаются в машинах всех категорий, собранных множеством способов для выполнения всех видов физических задач. Функция большинства этих основных механических устройств заключается в передаче и изменении силы и движения. Другие устройства, такие как пружины, маховики, валы и крепежные детали, выполняют дополнительные функции.

Машина может быть дополнительно определена как устройство, состоящее из двух или более устойчивых, относительно ограниченных частей, которые могут служить для передачи и изменения силы и движения для выполнения работы.Требование, чтобы части машины были стойкими, подразумевает, что они могут нести приложенные нагрузки без сбоев или потери функции. Хотя большинство деталей машин представляет собой твердые металлические тела подходящих размеров, также используются неметаллические материалы, пружины, органы давления жидкости и органы натяжения, такие как ремни.

Ограниченное движение

Наиболее отличительной особенностью машины является то, что части соединены между собой и направляются таким образом, что их движения относительно друг друга ограничены.По сравнению с блоком, например, поршень поршневого двигателя вынужден цилиндром двигаться по прямой траектории; точки на коленчатом валу ограничены движением коренных подшипников по круговой траектории; никакие другие формы относительного движения невозможны.

На некоторых машинах детали ограничены только частично. Если части соединены между собой пружинами или фрикционными элементами, траектории частей относительно друг друга могут быть фиксированными, но на движения частей могут влиять жесткость пружин, трение и массы частей.

Если все части машины представляют собой сравнительно жесткие элементы, прогиб которых под нагрузкой незначителен, то ограничение можно считать полным, и относительные движения частей могут быть изучены без учета сил, которые их создают. Например, для заданной частоты вращения коленчатого вала поршневого двигателя можно рассчитать соответствующие частоты вращения точек на шатуне и поршне. Определение перемещений, скоростей и ускорений частей машины для заданного входного движения является предметом кинематики машин.Такие расчеты можно производить без учета задействованных сил, поскольку движения ограничены.

Надлежащая практика машинного обучения для разработки медицинских устройств: руководящие принципы

Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA), Министерство здравоохранения Канады и Агентство по регулированию лекарственных средств и товаров медицинского назначения Соединенного Королевства (MHRA) совместно определили 10 руководящих принципов, которые могут послужить основой для разработки надлежащей практики машинного обучения (GMLP).Эти руководящие принципы помогут продвигать безопасные, эффективные и высококачественные медицинские устройства, использующие искусственный интеллект и машинное обучение (AI / ML).

Технологии искусственного интеллекта и машинного обучения могут трансформировать здравоохранение, извлекая новые и важные идеи из огромного количества данных, генерируемых в процессе оказания медицинской помощи каждый день. Они используют программные алгоритмы, чтобы учиться на практике, и в некоторых ситуациях могут использовать эту информацию для повышения производительности продукта.Но они также представляют уникальные соображения из-за их сложности и итеративного характера их разработки, основанной на данных.

Эти 10 руководящих принципов призваны заложить основу для разработки надлежащей практики машинного обучения, учитывающей уникальную природу этих продуктов. Они также помогут обеспечить будущий рост в этой быстро развивающейся области.

10 руководящих принципов определяют области, в которых Международный форум регуляторов медицинского оборудования (IMDRF), международные организации по стандартизации и другие совместные органы могут работать над продвижением GMLP.Области сотрудничества включают исследования, создание образовательных инструментов и ресурсов, международную гармонизацию и согласованные стандарты, которые могут помочь в разработке нормативной политики и нормативных руководств.

Мы предполагаем, что эти руководящие принципы могут быть использованы для:

  • Принять передовой опыт, проверенный в других секторах
  • Адаптировать практики из других секторов, чтобы они могли применяться в медицинской технике и секторе здравоохранения
  • Создание новых практик, специфичных для медицинских технологий и сектора здравоохранения

По мере развития области медицинских устройств на базе искусственного интеллекта / машинного обучения, также должны быть передовые практики и согласованные стандарты GMLP.Прочные партнерские отношения с нашими международными партнерами в области общественного здравоохранения будут иметь решающее значение, если мы хотим дать возможность заинтересованным сторонам продвигать ответственные инновации в этой области. Таким образом, мы ожидаем, что эта начальная совместная работа может послужить источником информации для наших более широких международных обязательств, в том числе с IMDRF.

Мы приветствуем ваши дальнейшие отзывы через общедоступный список (FDA-2019-N-1185) на сайте Rules.gov, и мы надеемся на сотрудничество с вами в этих усилиях. Центр передового опыта в области цифрового здравоохранения возглавляет эту работу FDA.Свяжитесь с нами напрямую по адресу [email protected], [email protected] и [email protected]

Руководящие принципы

  1. Многопрофильная экспертиза используется на протяжении всего жизненного цикла продукта: Углубленное понимание предполагаемой интеграции модели в клинический рабочий процесс, а также желаемых преимуществ и связанных с ними рисков для пациентов может помочь гарантировать безопасность медицинских устройств с поддержкой машинного обучения. и эффективное и удовлетворение клинически значимых потребностей на протяжении всего жизненного цикла устройства.
  2. Реализованы надлежащие практики разработки программного обеспечения и обеспечения безопасности: Дизайн модели реализован с учетом «основ»: передовых методов разработки программного обеспечения, обеспечения качества данных, управления данными и надежных методов кибербезопасности. Эти практики включают в себя методическое управление рисками и процесс проектирования, который может надлежащим образом фиксировать и сообщать о решениях и обосновании проектирования, реализации и управления рисками, а также обеспечивать аутентичность и целостность данных.
  3. Участники клинических исследований и наборы данных являются репрезентативными для предполагаемой популяции пациентов: Протоколы сбора данных должны гарантировать, что соответствующие характеристики предполагаемой популяции пациентов (например, с точки зрения возраста, пола, пола, расы и этнической принадлежности), Использование и входные данные измерений достаточно представлены в выборке адекватного размера в наборах данных клинического исследования, обучения и тестирования, так что результаты могут быть разумно обобщены для интересующей популяции.Это важно для управления любыми предвзятостями, обеспечения надлежащей и обобщаемой производительности для предполагаемой популяции пациентов, оценки удобства использования и выявления обстоятельств, при которых модель может работать неэффективно.
  4. Наборы обучающих данных не зависят от наборов тестов: Наборы обучающих и тестовых данных выбираются и поддерживаются так, чтобы быть соответственно независимыми друг от друга. Все потенциальные источники зависимости, включая пациента, сбор данных и факторы места, рассматриваются и рассматриваются для обеспечения независимости.
  5. Выбранные наборы справочных данных основаны на наилучших доступных методах: Принятые, наилучшие доступные методы для разработки набора справочных данных (то есть справочного стандарта) обеспечивают сбор клинически значимых и хорошо охарактеризованных данных и понимание ограничений справочного материала. При их наличии используются принятые эталонные наборы данных при разработке и тестировании моделей, которые продвигают и демонстрируют надежность и универсальность модели для предполагаемой популяции пациентов.
  6. Дизайн модели адаптирован к доступным данным и отражает предполагаемое использование устройства: Модель модели подходит для доступных данных и поддерживает активное снижение известных рисков, таких как переоснащение, снижение производительности и риски безопасности. Клинические преимущества и риски, связанные с продуктом, хорошо изучены, используются для определения клинически значимых показателей эффективности для тестирования и поддержки того, что продукт может безопасно и эффективно достичь своего предполагаемого использования.Соображения включают влияние как глобальной, так и локальной производительности и неопределенности / изменчивости входных и выходных данных устройства, предполагаемых групп пациентов и условий клинического использования.
  7. Основное внимание уделяется работе группы «Человек-ИИ»: Если в модели присутствует «человек в контуре», то учитываются человеческие факторы и интерпретируемость результатов модели человеком с упором на производительность человека. Команда ИИ, а не просто производительность модели изолированно.
  8. Тестирование демонстрирует производительность устройства в клинически значимых условиях: Разрабатываются и выполняются статистически обоснованные планы тестирования для получения клинически значимой информации о производительности устройства независимо от набора данных для обучения. Соображения включают предполагаемую популяцию пациентов, важные подгруппы, клиническую среду и использование командой Human-AI, входные данные для измерений и потенциальные смешивающие факторы.
  9. Пользователям предоставляется четкая важная информация: Пользователям предоставляется свободный доступ к четкой, контекстно релевантной информации, которая подходит для целевой аудитории (например, поставщиков медицинских услуг или пациентов), включая: предполагаемое использование продукта и показания к применению, характеристики модели для соответствующих подгрупп, характеристики данных, используемых для обучения и тестирования модели, допустимые входные данные, известные ограничения, интерпретация пользовательского интерфейса и интеграция модели с клиническим рабочим процессом.Пользователи также узнают о модификациях и обновлениях устройств на основе мониторинга производительности в реальном мире, об основе для принятия решений, когда они доступны, и о способах сообщения разработчикам о проблемах, связанных с продуктом.
  10. Развернутые модели отслеживаются на предмет производительности и риски переобучения управляются: Развернутые модели имеют возможность отслеживать в «реальном мире» с акцентом на поддержание или повышение безопасности и производительности. Кроме того, когда модели периодически или непрерывно обучаются после развертывания, существуют соответствующие средства управления для управления рисками переобучения, непреднамеренного смещения или деградации модели (например, дрейфа набора данных), которые могут повлиять на безопасность и производительность модели. он используется командой Human-AI.
  • Текущее содержание с:

Что такое межмашинная связь (M2M)?

Machine-to-machine, или M2M, — это широкое обозначение, которое можно использовать для описания любой технологии, которая позволяет сетевым устройствам обмениваться информацией и выполнять действия без ручной помощи человека.Искусственный интеллект (AI) и машинное обучение (ML) облегчают взаимодействие между системами, позволяя им делать свой собственный автономный выбор.

Технология

M2M была впервые применена на производстве и в промышленных условиях, где другие технологии, такие как SCADA и удаленный мониторинг, помогли удаленно управлять данными с оборудования и контролировать их. С тех пор M2M нашел применение в других секторах, таких как здравоохранение, бизнес и страхование. M2M также является основой Интернета вещей (IoT).

Как работает M2M

Основная цель межмашинной технологии состоит в том, чтобы подключиться к данным датчиков и передать их в сеть. В отличие от SCADA или других инструментов удаленного мониторинга, системы M2M часто используют общедоступные сети и методы доступа, например сотовую связь или Ethernet, чтобы сделать их более рентабельными.

Основные компоненты системы M2M включают датчики, RFID, канал связи Wi-Fi или сотовой связи, а также программное обеспечение для автономных вычислений, запрограммированное для помощи сетевому устройству в интерпретации данных и принятии решений.Эти приложения M2M переводят данные, которые могут запускать заранее запрограммированные автоматические действия.

Одним из наиболее известных типов межмашинной связи является телеметрия, которая использовалась с начала прошлого века для передачи рабочих данных. Пионеры в области телеметрии сначала использовали телефонные линии, а затем радиоволны, чтобы передавать результаты измерений, полученные с приборов мониторинга в удаленных местах.

Интернет и улучшенные стандарты беспроводных технологий расширили роль телеметрии с чистой науки, техники и производства до повседневного использования в таких продуктах, как нагревательные элементы, электрические счетчики и подключенные к Интернету устройства, такие как бытовая техника.

Помимо возможности удаленного мониторинга оборудования и систем, основными преимуществами M2M являются:

  • снижение затрат за счет минимизации технического обслуживания и простоев оборудования;
  • увеличила выручку, открыв новые возможности для бизнеса по обслуживанию продуктов на местах; и
  • улучшила обслуживание клиентов за счет упреждающего мониторинга и обслуживания оборудования до того, как оно выйдет из строя или только тогда, когда это необходимо.

Приложения и примеры M2M

Межмашинная связь часто используется для удаленного мониторинга.При пополнении запасов, например, торговый автомат может сообщить в сеть дистрибьютора или автомат , когда конкретный товар заканчивается, чтобы отправить пополнение. Обеспечивая отслеживание и мониторинг активов, M2M жизненно важен в системах управления складом (WMS) и управления цепочками поставок (SCM).

Коммунальные предприятия часто полагаются на устройства и приложения M2M не только для сбора энергии, такой как нефть и газ, но и для выставления счетов клиентам — с помощью интеллектуальных счетчиков — и для определения факторов рабочего места, таких как давление, температура и оборудование. положение дел.

В телемедицине устройства M2M могут обеспечивать мониторинг в реальном времени статистики естественного движения населения, выдачу лекарств при необходимости или отслеживание медицинских активов.

Сочетание IoT, AI и ML преобразует и улучшает процессы мобильных платежей и создает новые возможности для различного покупательского поведения. Цифровые кошельки, такие как Google Wallet и Apple Pay, скорее всего, будут способствовать широкому распространению финансовой деятельности M2M.

Системы умного дома также включают технологию M2M.Использование M2M в этой встроенной системе позволяет бытовой технике и другим технологиям управлять операциями в реальном времени, а также иметь возможность удаленно общаться.

M2M также является важным аспектом программного обеспечения для дистанционного управления, робототехники, управления движением, безопасности, логистики, управления автопарком и автомобилестроением.

Основные характеристики M2M

Ключевые особенности технологии M2M включают:

  • Низкое энергопотребление для повышения способности системы эффективно обслуживать приложения M2M.
  • Оператор сети, предоставляющий услуги с коммутацией пакетов
  • Возможности мониторинга, обеспечивающие обнаружение событий.
  • Допуск по времени, что означает, что передача данных может быть отложена.
  • Контроль времени, то есть данные могут быть отправлены или получены только в определенные заранее определенные периоды.
  • Зависящие от местоположения триггеры, которые предупреждают или пробуждают устройства, когда они входят в определенные области.
  • Возможность постоянно отправлять и получать небольшие объемы данных.

Требования к M2M

Согласно Европейскому институту стандартов электросвязи (ETSI), требования к системе M2M включают:

  • Масштабируемость — система M2M должна иметь возможность продолжать эффективно функционировать по мере добавления дополнительных связанных объектов.
  • Анонимность — система M2M должна иметь возможность скрывать идентификационные данные устройства M2M по запросу в соответствии с нормативными требованиями.
  • Ведение журнала — системы M2M должны поддерживать запись важных событий, таких как неудачные попытки установки, неработающая служба или появление ошибочной информации.Журналы должны быть доступны по запросу.
  • Принципы связи приложений M2M — системы M2M должны обеспечивать связь между приложениями M2M в сети и устройством или шлюзом M2M с использованием таких методов связи, как служба коротких сообщений (SMS), и устройства, подключенные к IP, также должны иметь возможность связываться друг с другом в одноранговый (P2P) способ.
  • Методы доставки — система M2M должна поддерживать режимы одноадресной, произвольной, многоадресной и широковещательной передачи, при этом широковещательная передача заменяется многоадресной или произвольной передачей, когда это возможно, чтобы минимизировать нагрузку на сеть связи.
  • Планирование передачи сообщений — системы M2M должны иметь возможность контролировать доступ к сети и расписания обмена сообщениями, а также учитывать допустимую задержку планирования приложений M2M.
  • Выбор пути передачи сообщений — Оптимизация путей передачи сообщений в системе M2M должна быть возможна и основана на таких политиках, как сбои передачи, задержки при наличии других путей и стоимость сети.

M2M в сравнении с IoT

Хотя многие используют эти термины как синонимы, M2M и IoT — не одно и то же.IoT нуждается в M2M, но M2M не нуждается в IoT.

Оба термина относятся к связи подключенных устройств, но системы M2M часто представляют собой изолированное автономное сетевое оборудование. Системы IoT выводят M2M на новый уровень, объединяя разрозненные системы в одну большую взаимосвязанную экосистему.

Системы

M2M используют двухточечную связь между машинами, датчиками и оборудованием по сотовым или проводным сетям, в то время как системы IoT полагаются на сети на основе IP для отправки данных, собранных с устройств, подключенных к IoT, на шлюзы, облачные платформы или платформы промежуточного программного обеспечения.

Данные, собранные с устройств M2M, используются приложениями управления услугами, тогда как данные Интернета вещей часто интегрируются с корпоративными системами для повышения эффективности бизнеса в нескольких группах. Еще один способ взглянуть на это: M2M влияет на работу предприятий, а IoT — на и влияет на конечных пользователей.

Например, в приведенном выше примере пополнения запасов M2M включает в себя сообщение торгового автомата с автоматами дистрибьютора о необходимости пополнения запасов.Включите IoT, и будет выполнен дополнительный уровень аналитики; торговый автомат может предсказать, когда определенные продукты потребуют пополнения на основе покупательского поведения, предлагая пользователям более персонализированный опыт.

Безопасность M2M

Межмашинные системы сталкиваются с рядом проблем безопасности, от несанкционированного доступа до беспроводного вторжения и взлома устройств. Также необходимо учитывать физическую безопасность, конфиденциальность, мошенничество и раскрытие критически важных приложений.

Типичные меры безопасности M2M включают, среди прочего, защиту устройств и машин от несанкционированного доступа, встраивание средств защиты в машины, обеспечение безопасности связи посредством шифрования и защиты внутренних серверов. Сегментирование устройств M2M в их собственной сети и управление идентификацией устройств, конфиденциальностью данных и доступностью устройств также может помочь в борьбе с рисками безопасности M2M.

Стандарты M2M

Межмашинная технология не имеет стандартизированной платформы устройств, и многие системы M2M построены с учетом конкретных задач или устройств.За прошедшие годы появилось несколько ключевых стандартов M2M, многие из которых также используются в настройках Интернета вещей, в том числе:

  • OMA DM (Open Mobile Alliance Device Management), протокол управления устройствами
  • OMA LightweightM2M, протокол управления устройствами
  • MQTT, протокол обмена сообщениями
  • TR-069 (Технический отчет 069), протокол прикладного уровня
  • HyperCat, протокол обнаружения данных
  • OneM2M, протокол связи
  • Google Thread, протокол беспроводной сети
  • AllJoyn, программный фреймворк с открытым исходным кодом

Обеспокоенность M2M

Все основные проблемы, связанные с M2M, связаны с безопасностью.Ожидается, что устройства M2M будут работать без участия человека. Это увеличивает вероятность угроз безопасности, таких как взлом, утечка данных и несанкционированный мониторинг. Чтобы восстановить себя после злонамеренных атак или сбоев, система M2M должна позволять удаленное управление, например обновление прошивки.

Необходимость удаленного управления также становится проблемой при рассмотрении продолжительности развертывания технологии M2M. Возможность обслуживания мобильного M2M-оборудования становится нереальной, так как невозможно отправить персонал для работы с ним.

Неспособность правильно обслуживать оборудование M2M создает различные уникальные уязвимости безопасности для систем M2M и беспроводных сетей, которые они используют для связи.

История M2M

Хотя происхождение аббревиатуры не подтверждено, первое использование межмашинной связи часто приписывают Теодору Параскевакосу, который изобрел и запатентовал технологию, связанную с передачей данных по телефонным линиям, основу для современной идентификации вызывающих абонентов. .

Nokia была одной из первых компаний, использовавших аббревиатуру в конце 1990-х годов. В 2002 году он стал партнером Opto 22, чтобы предложить своим клиентам услуги беспроводной связи M2M.

В 2003 году был запущен журнал M2M Magazine . С тех пор публикация определила шесть столпов M2M как удаленный мониторинг, RFID, сенсорные сети, интеллектуальные услуги, телематику и телеметрию.

границ | Анализ факторов, ограничивающих рост бактерий в материнских машинах PDMS

Введение

Оптическая микроскопия с высоким разрешением — самый распространенный метод изучения бактериальной клеточной организации и физиологии на уровне отдельных клеток.Самые ранние исследования проводились с использованием фиксированных клеток, которые прикрепляли к предметным стеклам микроскопа. Однако как фиксация, так и прикрепление клеток к предметным стеклам изменяют субклеточную организацию и могут привести к артефактам визуализации. В качестве менее инвазивного метода подготовки тонкие подушечки из агарозы, зажатые между покровным стеклом микроскопа и покровным стеклом, были приняты многими группами (например, в недавних отчетах Bailey et al., 2014; Adiciptaningrum et al., 2015). Поскольку тонкий слой агарозы склонен к высыханию, можно использовать более толстые слои агарозы в чашках Петри с дном покровного стекла (Männik et al., 2017). Чашки и подушечки позволяют визуализировать живые клетки после нескольких удвоений (обычно 4–5). Более длительная визуализация затруднена, потому что отдельные клетки начинают перекрываться. Более того, клетки внутри колонии испытывают иную среду роста, чем клетки на периферии, и, следовательно, растут с разной скоростью. Неясно, как долго, если вообще, можно поддерживать стабильные условия роста на подушках.

Для воспроизводимых количественных исследований необходим стабильный рост клеток.Чтобы иметь возможность выращивать клетки в устойчивых условиях, физическая и химическая среда клеток должна оставаться неизменной с течением времени. Более того, клетки не должны перекрываться по мере роста. На практике это означает, что размер колонии должен оставаться неизменным, несмотря на экспоненциальный рост количества клеток с течением времени. Для достижения этих требований за последнее десятилетие были разработаны различные микрофлюидные платформы (Hol and Dekker, 2014). Разработанные устройства либо улавливают клетки в узких каналах, сопоставимых с диаметром поперечного сечения бактерий (Wang et al., 2010; Моффитт и др., 2012; Long et al., 2013) или держите их в неглубоких камерах, где бактерии ограничены одним слоем (Männik et al., 2012; Ullman et al., 2013). В последнем случае бактерии растут рядом друг с другом, и количественный анализ отдельных клеток становится более сложным. Помимо обеспечения стабильной среды роста, микрофлюидика также может использоваться для введения различных химических (Baltekin et al., 2017; Kaiser et al., 2018) и физических стимулов (Yang et al., 2015) к клеткам in situ. , пока они отображаются под микроскопом.

Из этих различных конструкций наиболее распространенной была так называемая платформа материнской машины (Wang et al., 2010), где клетки растут в коротких (длиной 10-25 мкм) тупиковых каналах (Figure 1A). Преимущество тупиковых каналов по сравнению с каналами, в которых оба конца открыты, заключается в более длительном времени удерживания ячеек. Колебания давления с большей вероятностью вытеснят клетки из каналов, у которых оба конца открыты. В конструкции материнской машины все ячейки в каналах являются клонами материнской ячейки, которая находится на тупиковой стороне канала.Размер колонии остается фиксированным во времени, потому что поток в основном канале смывает лишние клетки, которые растут из тупиковых каналов. Тот же поток также поддерживает постоянную среду среды в каналах роста, пополняя запасы питательных веществ и удаляя продукты метаболизма. Считается, что оба обмена происходят посредством диффузии (Wang et al., 2010). Распространение может установить предел доступности питательных веществ для клеток на тупиковой стороне канала. Для увеличения скорости диффузии была реализована конструкция с неглубокими резервуарами, окружающими тупиковые каналы (Norman et al., 2013; Cabeen et al., 2017). Эти резервуары обеспечивают диффузию питательных веществ из основного канала, но они достаточно мелкие, чтобы клетки не могли их заселить. Более быстрого обмена средами можно также добиться, отводя часть потока мимо ячеек через небольшое отверстие на «тупиковой» стороне канала. Чтобы позволить потоку среды, отверстие должно быть достаточно маленьким, чтобы предотвратить прохождение клеток. Такие каналы недавно были изготовлены и протестированы (Baltekin et al., 2017; Jennings, 2017).Однако изготовление этих устройств является довольно сложной задачей, особенно для бактерий меньшего размера, таких как E. coli , растущих в плохой среде, потому что отверстие на тупиковой стороне должно быть шириной не более 300 нм, чтобы предотвращают продавливание клеток через деформируемые отверстия (Männik et al., 2009; Jennings, 2017).

Рисунок 1 . Дизайн микрожидкостного чипа. (A) Схема расположения каналов материнской машины. Клетки растут в тупиковых каналах.Питательные вещества диффундируют в клетки из основного канала, где поддерживается постоянный поток. Этот поток также удаляет продукты обмена веществ и смывает лишние клетки. Рост материнской клетки в конце канала изучается как функция ширины и длины канала. (B) СЭМ-изображения кремниевой формы, показывающие шаблоны двух каналов разного размера. (C) Каналы образуют законченное устройство PDMS, отображаемое с помощью фазово-контрастной микроскопии. Длина канала на двух изображениях варьируется от 20 до 50 мкм.Всего на одном кристалле имеется 150 каналов каждой длины.

Платформа материнской машины

использовалась для изучения старения клеток (Wang et al., 2010), контроля клеточного цикла (Taheri-Araghi et al., 2015) и влияния механических сил на рост клеточной стенки (Amir et al., 2014). ). Устройства также использовались в исследованиях регуляции генов (Norman et al., 2013; Cabeen et al., 2017; Kaiser et al., 2018) и устойчивости к антибиотикам (Baltekin et al., 2017). Новые вычислительные платформы с открытым исходным кодом были специально разработаны для сегментации и анализа ячеек на платформе материнской машины (Sachs et al., 2016; Kaiser et al., 2018). Несмотря на такой широкий интерес, рост бактерий в узких тупиковых каналах систематически не сравнивался с их ростом в типичных условиях жидкой среды. Также не было определено, какие фенотипические различия проявляются в клетках, которые растут в таких микрофлюидных устройствах. Здесь мы анализируем пищевые и механические ограничения роста клональных культур E. coli в микрофлюидных тупиковых каналах различной ширины и длины (рис. 1А). Мы находим, что E.coli адаптируется к среде ограниченного канала, становясь значительно уже и длиннее, чем те же бактерии в жидких культурах. Хотя соотношение сторон изменяется, объем клеток остается примерно таким же для клеток, растущих в коротких каналах, по сравнению с теми, которые растут в тех же условиях среды в жидких культурах. При увеличении длины каналов скорость роста и объем клеток уменьшаются до тех пор, пока рост клеток полностью не прекращается в более длинных каналах. Мы связываем полное прекращение роста с высоким уровнем механического стресса, вызванным ростом колоний, а не с ограничениями в питательных веществах.Интересно, что стресс в этих 1D-колониях может достигать уровней, достаточных для деформации клеток и их роста до неправильной формы.

Материалы и методы

Проектирование и производство микрофлюидных устройств

Гидравлическая схема в каждой микросхеме состоит из основного канала для подачи среды и удаления отходов и 600 тупиковых каналов, подключенных к основному каналу (рис. 1A) в соответствии с типовой компоновкой материнской машины (Wang et al., 2010). Расчетная длина тупиковых каналов варьируется от 15 до 200 мкм, а ширина от 0.От 6 до 1,0 мкм. Производство микрофлюидных устройств основано на мягкой литографии полидиметилсилоксановых (ПДМС) эластомеров (Weibel et al., 2007).

Каналы в эластомерах PDMS создаются с использованием 4-дюймовых форм для кремниевых (Si) пластин. Изготовление Si-форм следует процессу, описанному ранее (Yang et al., 2015). Вкратце, структура тупиковых каналов определяется методом электронно-лучевой литографии с использованием системы электронно-лучевой литографии JEOL JBX-9300FS (JEOL, Япония) с ZEP520A, электронно-лучевым резистом положительного тона (ZEON Chemical, Япония).После записи электронным пучком и проявления резиста наносится слой хрома толщиной 15 нм. Затем слой резиста с электронным пучком снимается с помощью обработки ультразвуком в ацетоновой ванне. Травление кремния на глубине 1,2 мкм проводят в системе реактивного ионного травления с индуктивно связанной плазмой Oxford Plasmalab 100 (Oxford Instruments, Массачусетс). Слой Cr действует как маска для травления Si. Образцы для больших каналов потока определены с помощью фотолитографии SU-8 2015 (MicroChem, MA). Рельефы, получаемые в результате этого шага, имеют типичную высоту 20 мкм.Затем формы подвергают силанизации в эксикаторе с использованием (тридекафтор-1,1,2,2-тетрагидрооктил) -1-трихлорсилана (UCT Specialties, Калифорния) в течение не менее 15 минут.

Эластомер

PDMS (комплект Sylgard 184, Dow Corning, MI) отливают в форму при соотношении веса основы и линкера 10: 1. ПДМС выпекают при 90 ° C в течение 20 минут в конвекционной печи, а затем оставляют в духовке еще минимум на два часа, пока духовка не остынет с 90 ° C. Вырезаются отдельные узоры и пробиваются отверстия для доступа к основным каналам с помощью иглы для биопсии.Эти части впоследствии приклеиваются к покровным стеклам. Для склеивания покровные стекла № 1.5 очищают изопропиловым спиртом (оба от Thermo Fisher Scientific, NH) обработкой ультразвуком, а затем обрабатывают плазмой O 2 при 200 мТорр в течение 70 с. Кусочек эластомера PDMS и покровные стекла дополнительно обрабатывают плазмой O 2 в течение 7 секунд перед склеиванием. После склеивания чипы оставляют при комнатной температуре не менее чем на 12 ч перед началом измерений живых клеток.

Высота и ширина каналов измеряются в Si-форме.Для измерения высоты используется профилометр KLA-Tencor P-6 Stylus (KLA-Tencor Corporation, Калифорния). Высота всех тупиковых каналов в различных микрофлюидных чипах находится в пределах 1,15 ± 0,05 мкм. Ширина каналов измеряется с помощью SEM и точно соответствует их проектной ширине (разница менее 20 нм) (рис. 1B). Длина этих каналов, измеренная по оптическим изображениям готовых микросхем (рис. 1C), также точно соответствует их расчетным значениям.

Бактериальный штамм и культивирование

Во всех измерениях E.coli штамм AJ5. Штамм создан из штамма BW25113 (Даценко и Ваннер, 2000) путем трансдукции P1 лизатом из штамма FW1401 (Wu et al., 2015). Полученный штамм несет последовательность tagRFP-T вместе с кассетой устойчивости к канамицину, заменяющей leuB . Для эксперимента колонию из чашки LB выращивают в течение ночи при 28 ° C со встряхиванием в минимальной среде M9. Среда состоит из солей M9 (Teknova, CA) с добавлением 2 мМ сульфата магния (MgSO 4 ), 0.5% (мас. / Об.) Глюкозы (Sigma-Aldrich, Миссури), 0,2% казаминовых кислот (ACROS Organics, Нью-Джерси). В жидкую среду добавляют 25 мкг / мл канамицина (Sigma-Aldrich, Миссури) для отбора.

Эксперимент с микрожидкостным чипом

Перед инокуляцией клеток на микрофлюидный чип 0,1% (мас. / Об.) Бычий сывороточный альбумин (BSA, Sigma-Aldrich, MO) добавляют к ночной жидкой культуре (OD 600 > 0,8). Затем клетки 100 раз концентрируют в той же среде. Около 2 мкл концентрированной культуры вводят в микрофлюидное устройство с помощью пипетки и оставляют при 28 ° C.После того, как достаточное количество тупиковых каналов заполнено хотя бы одной ячейкой (требуется минимум 20 мин), к устройству будут подключены трубки, и начнется поток свежей среды M9. Используемая среда такая же, как и для ночной культуры, но с добавлением 0,1% BSA для предотвращения прилипания клеток к поверхностям основных каналов. Среда не содержит антибиотиков. Скорость потока этой среды поддерживается на уровне 4,5 мкл / мин с помощью шприцевого насоса NE-1000 (New Era Pump Systems, Нью-Йорк). Микрокультуры выращивают при 28 ° C в течение не менее 14 часов перед тем, как начать визуализацию.

Измерения жидких культур

Для измерения времени удвоения в жидкой культуре клетки выращивают в среде M9 в течение ночи (OD 600 > 0,8). Состав среды такой же, как и при измерениях микрожидкостного чипа. Затем культуру разбавляют по крайней мере в 100 раз свежей средой M9. OD культуры измеряют при λ = 600 нм с использованием спектрофотометра GENESYS 20 Visible (Thermo Fisher Scientific, NH) с 30-минутными интервалами вне инкубатора. Линейная область логарифма (OD) vs.Кривая t используется для определения времени удвоения (дополнительный рисунок 1).

Для измерения размеров клеток в жидкой культуре клетки выращивают до средней логарифмической фазы (OD 600 ~ 0,15), концентрируют в 50 раз и затем распределяют на 2% агарозной подушке с тем же составом среды M9, что и в других измерениях. Клетки визуализируются в течение 30 мин после распределения на подушечку.

Микроскопическая визуализация

Инвертированный эпифлуоресцентный микроскоп Nikon Ti-E (Nikon Instruments, Япония) со 100-кратным увеличением (NA = 1.45) масляно-иммерсионный фазово-контрастный объектив (Nikon Instruments, Япония) используется для визуализации бактерий. Изображения снимаются на камеру iXon DU-897 EMCCD (Andor Technology, Великобритания) и записываются с помощью программного обеспечения NIS-Elements (Nikon Instruments, Япония). Флуорофоры возбуждаются ртутной лампой мощностью 200 Вт через фильтр нейтральной плотности ND4. Фильтрующий куб Chroma 41004 (Chroma Technology Corp., VT) используется при захвате флуоресцентных изображений. При покадровой съемке используются моторизованный столик и совершенная система фокусировки.Около 100 тупиковых каналов для каждого размера канала отображается в каждом измерении в течение 6-часового периода или дольше (не менее 5 удвоений).

Анализ изображений

Анализ изображений выполнялся с использованием скриптов Matlab (MathWorks, MA) на основе Matlab Image Analysis Toolbox, Signal Processing Toolbox и DipImage Toolbox. ImageJ использовался для подготовки отдельных изображений для фигур и фильмов SI.

Измерения длины ячеек

И длину, и ширину клеток измеряют по флуоресцентным изображениям цитоплазматической метки tagRFP-T.Сначала необработанные флуоресцентные изображения преобразуются во вторую производную с помощью функции DipImage , laplace_plus_dgg , которая вычисляет лапласиан и вторую производную в направлении градиента изображения (Verbeek and Vanvliet, 1994). Установление порога второго производного изображения на основе пересечения нуля дает двоичное изображение, которое затем размывается и расширяется для разрешения отдельных ячеек и их заполнения, соответственно. Длины клеток измеряются по этим двоичным изображениям. Измерение заключается в нахождении наибольшего диаметра Ферета для каждой ячейки с использованием функции measure из DipImage.

Измерение ширины ячейки

На основе бинарных масок ячеек из предыдущего шага определяются координаты центра масс серого значения и координаты длинных осей ячеек. Затем вычисляется линия, перпендикулярная длинным осям ячейки, проходящая через центр ячейки. Чтобы улучшить определение ширины ячейки, вычисляется дополнительный набор линий, где ориентация относительно предыдущей линии изменяется с небольшими угловыми шагами. Для каждой ориентации определяется профиль интенсивности из флуоресцентного изображения, и этот профиль подгоняется к гауссову.Затем среди всех подгонок находится гауссиан с наименьшей шириной. Из-за дифракции дисперсия Гаусса примерно на 0,04 мкм меньше, чем диаметр цитоплазмы клетки в нашей установке (Männik et al., 2009). К диаметру цитоплазмы добавляют дополнительные 0,04 мкм, чтобы учесть ширину периплазматического пространства и внешнего мембранного слоя клетки. Таким образом, окончательная рассчитанная ширина соответствует внешнему диаметру ячейки.

Измерение объема клеток

Для определения объема ячейки мы предполагаем, что каждая ячейка представляет собой цилиндр с двумя полусферическими крышками.Объем V c , в зависимости от длины ячейки L c и ширины W c , составляет:

Vc = π6Wc3 + π4Wc2 (Lc − Wc) (1)

Статистический анализ

Было выполнено три повторных измерения клеток для каждого размера канала и для жидких культур. Средняя длина ячейки, ширина, объем и время удвоения были рассчитаны на основе средних значений этих трех измерений. Планки погрешностей, связанные с вышеуказанными измерениями, представляют собой стандартные ошибки, которые были рассчитаны на основе средних значений трех измерений.Для графика универсального закона роста планки ошибок были рассчитаны путем распространения случайных ошибок для объемов и времени удвоения. Для проверки статистической значимости использовался тест Велча t . Этот тест более надежен, чем тест Стьюдента t , когда размеры выборки различны. Для оценки корреляций использовался Pearson R.

Результаты

Зависимость роста материнских клеток от ширины канала

Чтобы исследовать, как ширина канала влияет на скорость роста и размеры клеток, мы изготовили каналы 0.6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0 и 1,2 мкм в ширину, 1,15 мкм в высоту и 15 и 20 мкм в длину на одном кристалле. Ожидается, что выбранная ширина канала будет близка к диаметру ячейки в этих условиях роста. Большинство каналов шириной 0,8, 0,9 и 1,0 мкм имели стабильные бактериальные популяции, которые заполняли весь канал. Клетки в этих популяциях росли отдельными рядами (рис. 2А, дополнительные видео 1, 2). В каналах шириной 1,2 мкм клетки росли двумя параллельными рядами, поэтому эти каналы не подходили для анализа.С другой стороны, каналы шириной 0,6 мкм были слишком узкими, чтобы поддерживать стабильный рост колоний. Хотя изначально в эти каналы загружалось несколько клеток, все они вышли из каналов до начала визуализации. То же самое произошло и с большинством каналов шириной 0,7 мкм (дополнительное видео 3). Однако в некоторых каналах шириной 0,7 мкм (8 из 200) присутствовали стабильные популяции, которые можно было визуализировать. В каналах шириной 0,6 и 0,7 мкм бактерии оказались шире канала, вызывая деформацию стенок канала (дополнительный рисунок 2).Обратите внимание, что в каналы загружали бактерии из ночных стационарных культур. Эти клетки значительно уже, чем клетки с логарифмической фазой (Männik et al., 2009), и это сделало возможным их проникновение в каналы шириной 0,6 и 0,7 мкм. Когда клетки начали расти в свежей среде в этих каналах, их диаметр расширился за пределы ширины канала. Более высокая деформируемость открытых концов каналов могла обеспечить движущую силу, которая выталкивала ячейки из каналов.

Рисунок 2 .Бактериальный рост в каналах. (A) Составное фазовое и флуоресцентное изображения двух каналов разного размера, заполненных tagRFP-T, меченным E. coli (изображения слева). Для сравнения: составное изображение того же штамма, выращенного в жидкой культуре, и нанесенное на подушку из агарозы (правое изображение). Можно визуализировать разницу в ширине клеток в двух средах выращивания. (B) Кривые роста материнских клеток из каналов, показанные на (A) .

Таким образом, из всех изготовленных каналов только те, что находятся в диапазоне 0.7–1,0 мкм подходили для изучения роста стабильных одномерных бактериальных культур. Клетки в этих каналах были визуализированы в трех независимых измерениях, каждое из которых длилось не менее 6 часов (дополнительные видео 1, 2, рисунок 2B). Здесь мы подробно анализируем рост материнской клетки, которая является клеткой на тупиковой стороне канала. Все клетки в канале являются клонами этой клетки. Мы используем материнскую клетку для анализа, потому что это единственная клетка, которая строго растет в условиях устойчивого состояния. Другие клетки в канале движутся к входу в канал во время своего роста, и из-за этого движения мы ожидаем, что изменится как состав ростовой среды, так и механическое напряжение, которое клетки испытывают.Кроме того, чтобы гарантировать, что материнские клетки в канале заданного размера росли в сопоставимых условиях, мы требовали, чтобы каналы были полностью заполнены клетками (<1 мкм пустое пространство между клетками) на протяжении всего периода покадровой визуализации.

Далее мы сравниваем длину, ширину, объем и время удвоения материнских клеток в каналах разного размера при рождении с таковыми из клеток в жидких культурах. Мы обнаружили, что длина клетки (2,12 ± 0,05 мкм) не зависит от ширины канала в диапазоне 0,8–1,0 мкм (рис. 3А).В каналах шириной 0,7 мкм, где клетки, по-видимому, контактировали со стенками канала, длина клеток была значительно (разница 9%, p <0,02) меньше, чем в других каналах. Интересно, что во всех микрофлюидных каналах клетки были длиннее, чем в жидких культурах из пробирки (1,84 мкм; p = 0,19 для канала шириной 0,7 мкм и p <10 −16 для всех остальных каналов). В то же время коэффициенты вариации распределения длины клеток при рождении были сопоставимы со значениями в жидкой культуре (все они составляют около 15%) (дополнительный рисунок 3).Коэффициенты вариации, определенные здесь, согласуются с предыдущими измерениями, где значения 12-17% были зарегистрированы на основе агарозной подушки (Adiciptaningrum et al., 2015) и микрофлюидных измерений (Campos et al., 2014; Taheri-Araghi et al. , 2015).

Рисунок 3 . Размеры материнской клетки и время ее удвоения в тупиковых каналах разной ширины. (A – D) Длина, ширина, объем и время удвоения материнской клетки как функция ширины канала в каналах длиной 15 (красные кружки) и 20 мкм (черные квадраты).Все измерения проводились при 28 ° C. Точки данных представляют собой среднее значение трех независимых измерений. В каждом измерении было проанализировано более 300 случаев рождения клеток. Планки погрешностей — s.e.m. из трех независимых измерений. Голубые горизонтальные линии представляют измерения клеток из пробирок с жидкой культурой. Ширина этих линий соответствует s.e.m. Все остальные сплошные линии соответствуют данным линейно. (E) Логарифм объема рождения, V b , как функция, обратная времени удвоения, Td-1.Сплошная линия показывает соответствие данных универсальному закону роста, Vb = (12) Vi • 2C + DTd. В универсальном законе роста V i — это объем клетки в момент инициации репликации, C — время, необходимое для репликации ДНК, и D — время, необходимое от конца репликации до деления клетки. Здесь V i и C + D рассматриваются как подгоночные параметры со значениями наилучшего соответствия Vi = 0,79 ± 0,08 мкм3 и C + D = 103 ± 11 мин.Ошибки являются стандартной ошибкой.

В то время как длина клеток в микрофлюидных каналах была больше, их ширина была значительно меньше (Welch’s t -test p <10 -8 ) (Рисунок 3B). Кроме того, коэффициенты вариации распределения ширины клеток были меньше, чем в жидкой культуре (4,5%), и уменьшались по мере уменьшения ширины канала с 4 до 3% (дополнительный рисунок 3). В каналах шириной 0,7 мкм ширина ячейки была шире, чем диаметр недеформированного канала, что указывает на то, что стенки канала препятствуют увеличению ширины ячеек.В каналах шириной 0,8 мкм некоторые клетки все еще могут быть зажаты стенками канала. Однако в каналах шириной 0,9 и 1,0 мкм клетки были уже, чем каналы, и не сдавались стенками канала. Независимо от сдавливания или отсутствия сдавливания со стенок канала, ширина клеток при рождении линейно увеличивалась с шириной канала (Pearson R = 0,999 в каналах длиной 15 мкм и 0,987 в каналах длиной 20 мкм). Итак, в более широких каналах уменьшение диаметра клеток не было связано с прямым механическим воздействием на клетки, но должно было отражать некоторую форму адаптации клеток к среде ограниченного канала.

Как и ожидалось из двух вышеуказанных измерений, средний объем материнских клеток также увеличивался с шириной канала (рис. 3C). Сравнение микрофлюидных и жидких культуральных клеток показало, что различия в их длине и ширине до некоторой степени компенсировали друг друга в объемах клеток. В частности, для каналов шириной 0,8 мкм объем клеток соответствовал объемам в жидкой культуре.

Время удвоения также зависело от ширины канала и увеличивалось по мере его сужения (Рисунок 3D).Эффект был выражен для клеток в каналах длиной 20 мкм ( R = -0,997, наклон = -65 мин / мкм), но был менее значительным в каналах 15 мкм ( R = -0,996, наклон = -15 мин / мкм). мкм). В последнем случае время удвоения оказалось почти неотличимым от клеток, выращенных в жидких культурах, несмотря на изменение формы клеток. Ожидается наблюдаемое увеличение времени удвоения ячейки с уменьшением ее размеров. Согласно универсальному закону роста, объем клеток при рождении экспоненциально зависит от скорости роста, которая здесь принимается как обратная времени удвоения (Schaechter et al., 1958; Уиллис и Хуанг, 2017). Такие корреляции действительно очевидны в наших данных (рис. 3E). Универсальный закон роста появился в результате исследований, в которых клетки росли неограниченно, а скорость роста определялась типом источника углерода, а не его количеством (Schaechter et al., 1958). В более поздних исследованиях скорость роста также изучалась в условиях, ограничивающих рост, и было обнаружено, что увеличение размера клеток и скорость роста коррелировали в большинстве, но не во всех условиях (Shehata and Marr, 1971). Соответственно, мы интерпретировали экспоненциальное уменьшение объема материнских клеток как функцию времени удвоения как результат условий ограничения питательных веществ на концах каналов, которые могут возникнуть в результате экранирования питательных веществ в канале.

Зависимость роста материнских клеток от длины канала

Для дальнейшего исследования этой гипотезы мы изучили, как размеры и время удвоения материнской клетки зависят от длины канала. Мы ожидали, что время удвоения должно увеличиваться, а размеры ячейки должны уменьшаться с увеличением длины канала. Для этих исследований мы использовали микрожидкостные чипы с фиксированной шириной канала 0,9 мкм, но варьировали длину канала от 20 до 50 мкм (19, 29, 39 и 49 мкм). Мы объединили результаты этих измерений с более ранними в каналах длиной 15 и 20 мкм.Хотя каналы длиной 15 и 20 мкм имели такую ​​же конструктивную ширину, что и более длинные каналы, фактическая ширина более длинных каналов оказалась немного меньше, чем 0,9 мкм, что, вероятно, объясняет различия в скорости роста двух наборов данных.

Мы обнаружили, что длина, ширина и объем материнских клеток уменьшаются в более длинных каналах (Fig. 4A – C). Уменьшение длины и объема клеток было более выраженным (17 и 33%), чем уменьшение ширины клеток (изменение на 7%). Это контрастирует с более ранними измерениями на Рисунке 3, где ширина ячейки показала большее изменение, в то время как длина оставалась приблизительно постоянной.Уменьшение длины и объема ячейки было в хорошем приближении пропорционально длине канала ( R = -0,992 для обоих случаев), в то время как уменьшение ширины ячейки показало более низкую корреляцию ( R = -0,832). Время удвоения также линейно увеличивалось в зависимости от длины канала (рис. 4D). В каналах длиной 50 мкм время удвоения было на 44% больше, чем в каналах длиной 15 мкм. Увеличение времени удвоения и уменьшение объемов ячеек в хорошем приближении составили ( R = 0.999), связанный с универсальным законом роста (рис. 4E). Параметры подгонки, которые определяют объем клетки при инициации для каждой точки начала репликации ( V i ), и сумма периодов C и D (Cooper and Helmstetter, 1968), совпадают с теми, которые были получены из измерений, когда ширина канала был изменен (см. Фигуры 3E, 4E). Согласованность этих двух наборов данных указывает на то, что ограничение роста, вероятно, имело одно и то же происхождение при измерениях, когда ширина и длина канала варьировались.

Рисунок 4 . Размеры и время удвоения материнских клеток в каналах разной длины. (A – D) Длина, ширина и объем материнской клетки при рождении, а также время удвоения как функция длины канала. Все каналы имеют ширину 0,9 мкм. Каждая точка данных представляет собой среднее значение трех независимых измерений. В каждом измерении было проанализировано более 300 случаев рождения клеток. Планки погрешностей — s.e.m. из трех независимых измерений. Синие горизонтальные линии соответствуют измерениям этих количеств в клетках жидкой культуры.Сплошные линии соответствуют данным линейно. (E) Логарифм объема рождения, V b , как функция обратного времени удвоения, Td-1, и он соответствует универсальному закону роста, Vb = (12) Vi • 2C + DTd .

Механические препятствия для роста клеток в одномерных культурах

В приведенных выше измерениях время удвоения линейно увеличивалось как функция длины канала. Мы предположили, что если длина канала увеличится еще больше, то время удвоения материнской клетки покажет нелинейное увеличение и, возможно, рост клеток полностью остановится, поскольку уровни питательных веществ истощатся в конце канала.Чтобы проверить, будет ли время удвоения материнских клеток в зависимости от длины канала отклоняться от линейного при большей длине канала, мы изготовили новую партию микрожидкостных чипов с длинами каналов 20, 50, 100, 150 и 200 мкм.

Неожиданно, во время начальной стадии пассивации стенок канала бычьим сывороточным альбумином (BSA), которая предшествовала загрузке клеток, мы наблюдали накопление этого белка на концах каналов в 100 мкм и более длинных каналах на фазово-контрастных изображениях. Эффект полностью отсутствовал в каналах 50 мкм и короче на том же чипе даже при длительном времени инкубации (> 12 ч).При использовании той же среды для выращивания M9 без BSA материал не накапливался на концах любого канала. Агрегация BSA была настолько сильной, что полностью исключила клетки из концов канала. Дальнейшее исследование показало, что этот эффект не был специфическим для BSA, потому что, если в каналах оставалась среда LB, не содержащая BSA, некоторое количество материала все еще накапливалось на концах каналов. Подобные эффекты наблюдались раньше и объяснялись диффузией воды в PDMS (Randall and Doyle, 2005).Эффект сильно зависит от длины канала, что будет обсуждаться более подробно позже. Хотя BSA не позволял клеткам занимать концы каналов размером 100 мкм и более, клетки также можно было культивировать без BSA. В этом случае наблюдалась некоторая агрегация ячеек возле входов в каналы. Таким образом, отсутствие BSA увеличивало прилипание клеток к стенкам канала, как и ожидалось. Однако скорость роста клеток в каналах длиной 20-50 мкм без пассивации BSA не отличалась от таковой с BSA (дополнительный рисунок 4).

Рост колоний в каналах длиной 100 мкм и более существенно отличался от роста колоний в более коротких каналах (≤50 мкм). Эти различия присутствовали независимо от присутствия или отсутствия BSA в питательной среде. Прикрепление клеток к стенкам канала в сочетании с их непрерывным ростом приводит к значительному увеличению давления, о чем свидетельствует расширение канала на фазово-контрастных изображениях (рис. 5A – C). В деформированных областях канала клетки растут в несколько рядов или наклонены относительно направления канала.Основываясь на наших более ранних исследованиях (Yang et al., 2015), анализ напряжений в таких каналах показал, что для расширения каналов на их средней плоскости на несколько сотен нанометров необходимо давление в диапазоне 0,2 МПа. Подобные или даже большие давления должны были присутствовать в расширенных областях канала. Время от времени повышение давления приводило к внезапному высвобождению клеток из каналов, поскольку сила, возникающая в результате роста клеток, превышала некоторую критическую величину, необходимую для разрыва адгезионных контактов между клетками и стенками каналов (рис. 5А).Однако в некоторых каналах эти контакты, вероятно, были сильнее или распределены иначе, и в течение 12-часового периода наблюдения не происходило сброса давления.

Рисунок 5 . Рост клеток в каналах длиной 100 мкм. (A) Составные покадровые изображения клеток, растущих в канале длиной 100 мкм и шириной 0,8 мкм без пассивации BSA. Давление в канале нарастает до кадра на 594 мин. Сброс давления происходит между 594 и 600 мин, после чего возобновляется рост и деление клеток.Отдельные клетки обозначены номерами от 1 до 6. (B, C) Области в прямоугольнике в (A) увеличены. (D – F) Длина, ширина и объем ячеек как функция времени для первых шести ячеек в канале, как указано на (A) . Сплошные вертикальные линии показывают время, когда произошел сброс давления.

Повышение давления оказало явное влияние на рост и морфологию клеток (рис. 5C, дополнительные видео 4, 5). По мере увеличения давления скорость удлинения и деления клеток замедлялась (рис. 5D), и клетки начинали расширяться (рис. 5E).Для ячеек, которые росли под наклоном относительно осей каналов на начальных этапах роста давления, уширение не было равномерным по длине ячейки из-за неравномерного толчка от других ячеек (дополнительные видео 6, 7). Области клеток, контактирующие с другими клетками, расширялись меньше, чем области, где клетки могли расширяться к стенкам канала без этих контактов. В результате клетки приобрели неправильную грушевидную морфологию, которая значительно отличалась от правильной формы стержня (рис. 5C).Некоторый рост массы, хотя и более медленный, чем в жидких культурах, все же происходил в этих условиях (рис. 5F). Рост массы в этих условиях может быть преимущественно связан с расширением клеток, а не с удлинением. После снятия давления форма клеток немедленно возвращалась к обычной удлиненной стержневой морфологии. Это резкое изменение сопровождалось уменьшением ширины ячейки (≈7%) и увеличением длины ячейки (≈10%). Интересно, что удлинение ячеек возобновилось через несколько минут после сброса давления (рис. 5D), несмотря на то, что степень удлинения была почти нулевой в течение 9-часового периода сжатия.Наряду с возобновлением удлинения ячеек ширина ячеек после резкого уменьшения при ослаблении сжатия продолжала уменьшаться. За 1,5 ч она приблизилась к своему обычному значению (0,78 мкм). Замедление роста клеток также проявилось при измерениях в каналах 100 мкм и более при использовании BSA (дополнительный рисунок 5, дополнительный видео 8). Замедление сопровождалось периодом более быстрого роста после каждого сброса давления. Однако в этом случае адгезия клеток к стенке канала была явно слабее; следовательно, происходило меньшее повышение давления.В этих условиях морфология клеток оставалась регулярной, и уширение не могло быть обнаружено. В целом, в каналах длиной 100 мкм и более механические препятствия были фактором, ограничивающим рост, а не истощением питательных веществ.

Обсуждение

Форма ячейки показывает адаптацию к геометрии канала

Здесь мы изучили, как ограничение изменяет рост клеток E. coli в микрофлюидных каналах разной ширины и длины. В каналах длиной 15 и 20 мкм и шириной 0.9 и 1,0 мкм, скорость роста и объем клеток были сопоставимы и даже незначительно (5–10%) превышали значения измерений жидких культур. Хотя влияние ограничения на скорость роста в этих условиях было незначительным, это повлияло на морфологию клеток. Клетки были значительно длиннее и уже, чем в жидких культурах. Какие факторы могли привести к изменению морфологии клеток? В наиболее узких каналах шириной 0,7 мкм ширина ячейки физически ограничивалась стенками канала.Такое же механическое ограничение могло также иметь ограниченный диаметр ячейки в каналах шириной 0,8 мкм. Однако в каналах шириной 0,9 и 1,0 мкм клетки не сдавливались стенками каналов, но все же сохраняли более высокое отношение длины к ширине по сравнению с клетками жидкой культуры (2,7 против 2,1 соответственно). Еще более высокие коэффициенты (> 3,4) могут быть выведены из предыдущих измерений, проведенных другой группой, использующей материнские устройства в аналогичных условиях роста (Taheri-Araghi et al., 2015). Мы предполагаем, что форма клеток в этих каналах более узкая и длинная из-за контактов со стенками каналов.Хотя адгезия клеток к стенкам каналов была слабой, особенно к стенкам пассивированных BSA, эти контакты могли влиять на механизмы синтеза пептидогликанов. В соответствии с этой идеей отношение длины к диаметру клеток было выше, когда стенки каналов не пассивировались BSA, по сравнению с тем, когда они пассивировались (дополнительный рисунок 4). Согласно общепринятому мнению, активность синтеза пептидогликана контролируется с помощью полимерных каркасов MreB и FtsZ, которые находятся на цитозольной стороне внутренней мембраны (Typas et al., 2012). Представленные здесь данные указывают на возможность того, что стрессы во внешней оболочке могут также напрямую модулировать активность синтеза пептидогликана, не передаваясь через каркасы MreB и FtsZ.

Ограничивает ли массовый транспорт рост клеток в каналах?

Наши измерения показали универсальную закономерную зависимость между объемом клеток при рождении и скоростью роста. Мы интерпретировали эту зависимость как следствие ограничивающих питательных веществ условий в канале. Мы предположили, что адсорбция питательных веществ клетками, растущими между материнской клеткой и входом в канал, приводит к истощению питательных веществ в месте расположения материнской клетки.Этот эффект также называют защитой от питательных веществ (Lavrentovich et al., 2013). Принимая во внимание простую геометрию каналов и рост бактерий в отдельные ряды без промежутков, эффекты экранирования питательных веществ в этих условиях можно количественно проанализировать с помощью одномерных уравнений реакции-диффузии. Для каждого химического соединения, присутствующего в питательной среде, можно написать отдельные уравнения. Здесь мы предполагаем, что в среде есть только один компонент, который ограничивает рост. Обозначив его концентрацию c , коэффициент диффузии D , коэффициент поглощения на единицу площади поверхности элементарной ячейки k abs , ширину канала W и высоту H и радиус ячейки на R c уравнение реакции-диффузии в зависимости от расстояния x от входа в канал для этого компонента можно записать как:

(W · H − πRc2) · Dd2c dx2 = 2πRckabs · c (2)

Здесь мы предположили, что поглощение этого питательного компонента является процессом первого порядка, который далек от насыщения.Если бы поглощение было насыщенным (кинетически ограниченным), то соответствующее соединение не было бы фактором, ограничивающим рост. Решение этого уравнения в предположении, что граничное условие неадсорбируется на конце канала:

c (x) = c0cosh (x − Lλ) ch (Lλ) λ = (W · H − πRc2) · D2πRc · kabs (3)

Здесь L — длина канала, а c 0 — концентрация этого соединения на входе в канал. λ определяет характерный масштаб длины, который называется длиной экранирования питательных веществ (Lavrentovich et al., 2013). Длина экранирования зависит от площади поперечного сечения канала и больше для более широких каналов. Далее мы предполагаем, что скорость роста (обратная времени удвоения), которая контролируется этим соединением, соответствует кинетике типа Michelis-Menten (Shehata and Marr, 1971):

Td − 1 (x) = Td, min − 1 1 + Kc (x) (4)

Здесь T d — время удвоения клеток в позиции x от входа в канал, T d, мин. — время удвоения в условиях, когда соединение не ограничивает рост и K определяет концентрацию, при превышении которой скорость поглощения питательных веществ начинает насыщаться.В разбавленных жидких культурах T d, жидких = T d, мин (1+ K / c 0 ). Используя последнее выражение и решение уравнения реакция-диффузия для c (x ), получаем:

Td (x) = Td, min + (Td, жидкость − Td, min) ch (Lλ) / ch (x − Lλ) (5)

Наши данные относятся к материнским клеткам. Время удвоения материнской ячейки T d тогда становится:

Td = Td, min + (Td, жидкость — Td, min) ch (Lλ) (6)

Здесь мы приняли положение материнской клетки равным x L .Формула предсказывает, что время удвоения в коротких каналах L λ не зависит от длины канала и равно времени удвоения в жидких культурах. В каналах L ≈ λ он увеличивается как Td ~ L2, а в каналах L ≫ λ увеличение экспоненциально T d ~ exp ( L / λ). Таким образом, в целом уравнение 5 предсказывает явно нелинейную зависимость между временем удвоения и длиной канала. В отличие от этого прогноза, данные на рисунке 4D в хорошем приближении линейны (дополнительный рисунок 6).Расхождение модели и данных проявляется также при сравнении зависимости времени удвоения от ширины канала. Модель предсказывает меньшее изменение времени удвоения в зависимости от ширины канала, в частности, для канала длиной 20 мкм (дополнительный рисунок 6). Возможно, эта модель слишком упрощенно трактует отношения между концентрацией ограничивающего рост соединения и скоростью роста. Например, некоторые отклонения от одного отношения типа Michelis-Menten для скорости роста наблюдались в условиях ограничения глюкозы (Shehata and Marr, 1971).Однако лежащая в основе взаимосвязь между временем удвоения и длиной канала все же должна быть явно нелинейной и как таковая не согласовываться с экспериментальными данными. Более того, в нашей питательной среде нет очевидных соединений, которые могли бы ограничивать рост. Концентрации всех компонентов среды при открытии канала находятся в миллимолярном диапазоне и как таковые превышают на несколько порядков концентрации, ограничивающие рост. Например, концентрация глюкозы в отверстии канала составляет 22 мМ. Это примерно на 10 4 выше, чем его ограничивающая рост концентрация, составляющая около 1 мкМ (Shehata and Marr, 1971).Таким образом, поглощение глюкозы клетками полностью кинетически ограничено вблизи открытия канала. Можно решить уравнение реакции-диффузии, аналогичное уравнению 1, также в кинетически ограниченном режиме. Решение показывает, что концентрация таких питательных веществ уменьшается квадратично от входа в канал как:

c = c0 − c (L) = L2Imax2 (WH − πRc2) LcD (7)

Здесь I max — это кинетически ограниченная скорость поглощения питательных веществ на клетку в секунду, а L c — средняя длина клетки.Для глюкозы I max = 2 · 10 5 молекул на клетку в секунду (Natarajan and Srienc, 1999) и D = 700 мкм 2 / s (Longsworth, 1953) дает изменение концентрации 2,7 мМ (~ 10%) в конце канала длиной 50 мкм, полностью заполненного бактериями. Полученная концентрация глюкозы в 19 мМ в конце канала все еще соответствует высокому уровню насыщения. Те же аргументы применимы и к казаминовым кислотам, которые также присутствуют в мМ концентрациях.Более того, их истощение, за исключением лейцина, который необходим для штамма, существенно не изменит время удвоения. Если бы произошло истощение лейцина, то это привело бы к увеличению времени удвоения, приблизительно заданному уравнением 5. Такая зависимость, однако, не согласовывалась бы с экспериментально наблюдаемой линейной зависимостью на фиг. 4D, как уже утверждалось.

Предыдущий анализ предполагал, что массовый перенос питательных веществ в каналы происходит исключительно за счет диффузии.Однако накопление BSA на концах каналов длиной 100 мкм и более демонстрирует значительный приток воды в эти тупиковые каналы из-за испарения / диффузии воды в PDMS (Randall and Doyle, 2005). Этот приток был значительным даже после того, как каналы были заполнены водой на 12-часовой период. Установленная скорость поглощения воды PDMS была оценена как Дж, = 7 · 10 −6 кг / (м 2 с) (Randall and Doyle, 2005). Эта частота обновления объясняет, почему BSA накапливается в каналах длиной 100 мкм, но не в каналах длиной 50 мкм.Профиль стационарной концентрации BSA в пустых каналах можно найти из уравнения, которое уравновешивает его диффузионный и конвективный потоки:

W · H · DBSAdcBSA dx = Jρ (2H + W) · (L − x) · cBSA (x) (8)

Здесь ρ — плотность воды. Решение этого уравнения:

cBSA (x) = c0, BSAexp (L22σ2) exp (- (L − x) 22σ2) σ = ρ · DBSAJWh3H + W (9)

Здесь σ — характерный масштаб длины накопления, который зависит от параметров поперечного сечения канала, а не от его длины.Для БСА, коэффициент диффузии которого составляет 70 мкм 2 / с, σ = 57 мкм м можно оценить для каналов шириной 0,9 мкм. Увеличение концентрации БСА в конце канала в 1,5 раза в 50 мкм, в 5 раз в 100 мкм и в 500 раз в каналах длиной 200 мкм. Увеличение в 500 раз соответствует практически полному осаждению БСА, наблюдаемому в наших экспериментах.

Хотя проникновение воды в PDMS оказывает сильное влияние на распределение BSA в канале, уравнение (8) предсказывает, что оно не оказывает значительного влияния на распределение питательных веществ, сигнальных молекул и продуктов метаболизма в канале.Причина в том, что коэффициенты диффузии этих небольших молекул примерно на порядок больше (например, D = 700 мкм 2 / с для глюкозы), чем для БСА. Даже для пустого канала длиной 200 мкм можно было бы ожидать, что концентрация этих молекул будет в два раза меньше, чем на входе в канал. Это увеличение, вероятно, не оказывает значительного влияния на рост клеток.

До сих пор мы не рассматривали адсорбцию малых молекул стенками канала. При нынешнем лечении адсорбция будет полностью аналогична адсорбции этих молекул клетками.Следовательно, адсорбцию стенками канала можно учесть увеличением k abs в уравнении (2), в то время как функциональная форма уравнений остается прежней. Таким образом, учет адсорбции на стенке не приведет к лучшему согласованию между экспериментом и моделью, поскольку включение адсорбции не изменит функциональную зависимость времени удвоения от длины канала.

В целом наш анализ показывает, что связанные с переносом массы ограничения роста клеток в каналах ≤ 100 мкм несущественны в наших экспериментальных условиях, несмотря на наши первоначальные ожидания.Однако, если некоторые из основных компонентов в среде присутствуют на уровнях ниже насыщения, тогда время удвоения ячеек на концах канала должно сильно пострадать. Поток воды в каналы из-за проницаемости PDMS не должен влиять на эти выводы из-за быстрой диффузии питательных веществ и молекул отходов.

Механические ограничения роста клеток

Наши эксперименты показывают, что вместо ограничений по питательным веществам механические препятствия устанавливают более строгие ограничения для роста бактерий в каналах.В каналах длиной 100 мкм и более силы трения вызывали прекращение удлинения клеток. В более коротких каналах трение также могло быть основным фактором, ограничивающим рост. В соответствии с этим предположением трение приводит к росту противодействующей силы на материнскую ячейку, F f , которая увеличивается пропорционально длине канала F f ~ L . Измерения роста E. coli в гидрогелях агарозы показали, что силы, противодействующие росту клеток, уменьшают скорость удлинения приблизительно линейно по мере увеличения величины силы (Tuson et al., 2012). Для малых сил это будет означать, что увеличение времени удвоения от объемного значения пропорционально противодействующей силе и, следовательно, длине канала Δ T d = T d T d, жидкость ~ F f ~ L в соответствии с экспериментальными данными (рис. 4D). Повышенное трение также может объяснить, почему в более узких каналах время удвоения увеличивается (рис. 3D).

Хотя прилипание отдельных клеток к стенкам каналов было слабым в каналах длиной более 50 мкм, совокупный эффект адгезии стал достаточно сильным, чтобы предотвратить удлинение клеток на тупиковой стороне каналов. Интересно, что в этой ситуации все еще происходил некоторый рост остаточной массы, что приводило к расширению клеток. Предположительно из-за этого остаточные ростовые клетки в некоторых каналах смогли преодолеть силы статического трения и сбросить давление, которое препятствовало их росту.При сбросе давления клетки вели себя подобно сжатому упругому стержню: их длина увеличивалась (25%), а диаметр уменьшался (7%). Увеличение длины, кроме того, указывает на то, что клетки действительно синтезировали новую клеточную стенку во время фазы сжатия. По предварительно оцененным значениям модуля Юнга в диапазоне 50–150 МПа для клетки E. coli для толщины оболочки 4 нм (Tuson et al., 2012) 25% сжатия соответствует силе, действующей на ячейку шириной 0,8 мкм. 0,1–0,4 микроньютона (мкН).Здесь мы предположили, что тургорное давление во время и через несколько минут после сжатия было одинаковым, а сжатие клеточной стенки было упругим. Тогда сила 0,1–0,4 мкН приблизительно соответствует силе остановки для синтеза пептидогликана в E. coli . Для сравнения, тормозящая сила у делящихся дрожжей оценивается в 11 мкН (Minc et al., 2009).

Поразительно, но клетки были способны восстанавливать свою скорость роста очень быстро (менее 6 минут) после более чем 9 часов очень ограниченного роста во время сжатия.Здесь оценка 6 минут соответствует частоте кадров измерений, но фактическая фаза задержки могла быть короче. Очень короткое время задержки, если таковое имеется, в отличие от времени, необходимого для восстановления роста клеток со стационарной фазой при попадании в свежую среду. В наших измерениях это время обычно находилось в диапазоне 0,5–2,0 ч в зависимости от продолжительности времени, в течение которого ячейки находились в стационарном состоянии. Период около 30 минут, по-видимому, необходим для восстановления транскрипционной активности и сборки функциональных комплексов синтеза пептидогликана.Поскольку рост клеток в каналах возобновляется намного быстрее, клетки должны поддерживать активный пептидогликановый аппарат на протяжении всего периода сжатия. Сжатые клетки в каналах явно отличались от клеток со стационарной фазой, поскольку они имели доступ к питательным веществам и были метаболически более активными. Поддержание ферментативного аппарата, даже когда не происходит удлинения, указывает на то, что механический стресс, препятствующий росту клеток, сам по себе не способен подавить транскрипционный аппарат синтеза пептидогликана, как это делает переход в стационарную фазу.

Влияние на рост бактерий в микрофлюидных устройствах и в естественных микросредах

Наша работа выявляет некоторые различия в росте E. coli в замкнутых, относительно неограниченных, условиях на платформе материнской машины. Мы обнаружили, что для платформы материнской машины каналы должны иметь довольно узкий диапазон размеров, чтобы не проявлять ограничивающих рост эффектов: для E. coli , растущей в среде M9 с глюкозой и казаминовыми кислотами длиной всего 15 и 20 мкм и 0.В каналах шириной 9 и 1,0 мкм эти эффекты не наблюдались. Однако даже в этих каналах морфология клеток отличалась от таковой в жидких культурах. Наблюдаемое нами различное соотношение сторон, вероятно, не является значимым фактором для большинства экспериментов, но для тех, кто имеет дело с контролем размера клетки и синтезом клеточной стенки, эти эффекты необходимо учитывать. Чтобы улучшить конструкцию материнской машины, можно использовать еще более короткие (<15 мкм) каналы. Однако это имеет недостаток, заключающийся в потере клеток из канала в долгосрочных экспериментах.С другой стороны, наши данные и анализ показывают, что ограничение роста из-за диффузии питательных веществ и отходов минимально даже в длинных каналах (> 100 мкм). Конструкции, которые увеличивают массоперенос к каналам, например, недавно реализованные путем отклонения некоторых потоков жидкости через каналы (Baltekin et al., 2017; Jennings, 2017) или использования неглубоких боковых каналов, которые окружают клетки (Norman et al., 2013; Cabeen et al., 2017) вряд ли уменьшит ограничения роста в этих каналах.

Механические ограничения, возникающие в результате клеточной адгезии, могут быть основным ограничивающим фактором для роста бактерий не только в микрофлюидных каналах, но и в естественной среде, такой как почва, где присутствуют маленькие поры и каналы с размерами, сопоставимыми с размерами бактерий (Ranjard and Richaume, 2001) .Эти ограничения могут также ограничивать рост бактерий в свободных колониях, таких как колонии на чашках с агаром. Хотя ограничение питательных веществ считается основным фактором, ограничивающим рост бактериальных клеток внутри колонии (Jeanson et al., 2015), наши результаты указывают на возможность того, что механические ограничения играют не менее важную роль только в ограничении роста. к внешним слоям колонии.

Авторские взносы

DY и JM внесли свой вклад в концепцию и дизайн исследования.DY и SR изготовили устройства, использованные в исследовании. DY, AJ, EB выполнили измерения. DY проанализировал данные. Рукопись написали DY и JM. Все авторы внесли свой вклад в доработку рукописи, прочитали и одобрили представленную версию.

Финансирование

Эта работа частично поддержана исследовательским грантом NSF MCB-1252890.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы благодарят Сис Деккер и Фабай Ву за щедрый дар штамма, а также Ариэля Амира, Максима Лаврентовича, Яану Мянник, Брайанта Уокера, Конрада Волдринга и Арье Зарицки за обсуждения и критическое прочтение рукописи. Авторы выражают признательность за техническую помощь и материальную поддержку Центру экологической биотехнологии Университета Теннесси. Часть этого исследования была проведена в Центре науки о нанофазных материалах, который спонсируется Национальной лабораторией Ок-Ридж Отделом научных пользовательских объектов Управления фундаментальных энергетических наук, U.С. Министерство энергетики.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2018.00871/full#supplementary-material

Список литературы

Adiciptaningrum, A., Osella, M., Moolman, M.C., Lagomarsino, M.C., and Tans, S.J. (2015). Стохастичность и гомеостаз в цикле репликации и деления E. coli . Sci. Отчет 5: 18261. DOI: 10.1038 / srep18261

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Амир, А., Бабайпур Ф., Макинтош Д. Б., Нельсон Д. Р. и Джун С. (2014). Изгибающие силы пластически деформируют стенки растущих бактериальных клеток. Proc. Natl. Акад. Sci. США, 111, 5778–5783. DOI: 10.1073 / pnas.1317497111

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бейли М. В., Биссичиа П., Уоррен Б. Т., Шерратт Д. Дж. И Мянник Дж. (2014). Доказательства механизмов локализации дивисомов, независимых от системы Min и SlmA в Escherichia coli . PLoS Genet. 10: e1004504. DOI: 10.1371 / journal.pgen.1004504

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Балтекин, О., Бушарин, А., Тано, Э., Андерссон, Д. И., и Эльф, Дж. (2017). Тест на чувствительность к антибиотикам менее чем за 30 минут с использованием прямой визуализации отдельных клеток. Proc. Natl. Акад. Sci. США 114, 9170–9175. DOI: 10.1073 / pnas.1708558114

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кабин, М.Т., Рассел, Дж. Р., Полссон, Дж., И Лосик, Р. (2017). Использование микрожидкостной платформы для выявления основных характеристик реакции на энергетический и экологический стресс в отдельных клетках Bacillus subtilis . PLoS Genet. 13: e1006901. DOI: 10.1371 / journal.pgen.1006901

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кампос М., Суровцев И. В., Като С., Пайнтдахи А., Бельтран Б., Эбмайер С. Э. и др. (2014). Расширение постоянного размера способствует гомеостазу размера бактериальных клеток. Ячейка 159, 1433–1446. DOI: 10.1016 / j.cell.2014.11.022

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Даценко, К. А., Ваннер, Б. Л. (2000). Одностадийная инактивация хромосомных генов в Escherichia coli K-12 с использованием продуктов ПЦР. Proc. Natl. Акад. Sci. США 97, 6640–6645. DOI: 10.1073 / pnas.120163297

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Джинсон, С., Флури, Дж., Ганейр, В., Лортал, С., Тьерри, А. (2015). Бактериальные колонии в твердых средах и пищевых продуктах: обзор их роста и взаимодействия с микросредой. Фронт. Microbiol. 6: 1284. DOI: 10.3389 / fmicb.2015.01284

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дженнингс, А. Д. (2017). Разработка микрофлюидных платформ для изучения клеточной организации Escherichia coli . Магистерская диссертация, Университет Теннесси.

Кайзер, М., Jug, F., Julou, T., Deshpande, S., Pfohl, T., Silander, O.K., et al. (2018). Мониторинг регуляции одноклеточных генов в динамически контролируемых условиях с помощью встроенной микрофлюидики и программного обеспечения. Nat. Commun. 9: 212. DOI: 10.1038 / s41467-017-02505-0

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Long, Z., Nugent, E., Javer, A., Cicuta, P., Sclavi, B., Lagomarsino, M. C., et al. (2013). Микрожидкостной хемостат для измерения динамики отдельных клеток бактерий. Лабораторный чип 13, 947–954. DOI: 10.1039 / c2lc41196b

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Лонгсворт, Л. Г. (1953). Измерения диффузии при 25 градусах водных растворов аминокислот, пептидов и сахаров. J. Am. Chem. Soc. 75, 5705–5709. DOI: 10.1021 / ja01118a065

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мянник, Дж., Бейли, М. В., О’Нил, Дж. К., и Мянник, Дж. (2017). Кинетика крупномасштабного движения хромосом при асимметричном делении клеток в Escherichia coli . PLoS Genet. 13: e1006638. DOI: 10.1371 / journal.pgen.1006638

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мянник, Дж., Дриссен, Р., Галайда, П., Кеймер, Дж. Э. и Деккер, К. (2009). Бактериальный рост и подвижность в субмикронных сужениях. Proc. Natl. Акад. Sci. США, , 106, 14861–14866. DOI: 10.1073 / pnas.0

2106

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мянник, Дж., Ву, Ф., Хол, Ф. Дж. Х., Bissichia, P., Sherratt, D. J., Keymer, J. E., et al. (2012). Устойчивость и точность деления клеток в Escherichia coli при различных формах клеток. Proc. Natl. Акад. Sci. США 109, 6957–6962. DOI: 10.1073 / pnas.1120854109

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Моффитт, Дж. Р., Ли, Дж. Б. и Клюзел, П. (2012). Одноклеточный хемостат: микрожидкостное устройство на основе агарозы для высокопроизводительных одноклеточных исследований бактерий и бактериальных сообществ. Лабораторный чип 12, 1487–1494. DOI: 10.1039 / c2lc00009a

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Рэндалл, Г. К., и Дойл, П. С. (2005). Управляемый проницаемостью поток в микрофлюидных устройствах на основе поли (диметилсилоксана). Proc. Natl. Акад. Sci. США 102, 10813–10818. DOI: 10.1073 / pnas.0503287102

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Sachs, C.C., Grünberger, A., Helfrich, S., Probst, C., Wiechert, W., Kohlheyer, D., et al. (2016). Профилирование отдельных ячеек на основе изображений: высокопроизводительная обработка экспериментов с материнской машиной. PLoS ONE 11: e0163453. DOI: 10.1371 / journal.pone.0163453

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шехтер М., Маалоэ О. и Кьельдгаард Н. О. (1958). Зависимость размера клеток и химического состава от среды и температуры при сбалансированном росте Salmonella Typhimurium . J. Gen. Microbiol. 19, 592–606. DOI: 10.1099 / 00221287-19-3-592

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Шехата, Т., и Марр, А.Г. (1971). Влияние концентрации питательных веществ на рост Escherichia coli . J. Bacteriol. 107, 210.

PubMed Аннотация | Google Scholar

Taheri-Araghi, S., Bradde, S., Sauls, J. T., Hill, N. S., Levin, P. A., Paulsson, J., et al. (2015). Контроль размера клеток и гомеостаз у бактерий. Curr. Биол. 25, 385–391.DOI: 10.1016 / j.cub.2014.12.009

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тусон, Х. Х., Ауэр, Г. К., Реннер, Л. Д., Хасебе, М., Тропини, К., Салик, М. и др. (2012). Измерение жесткости бактериальных клеток по скорости роста в гидрогелях с регулируемой эластичностью. Мол. Microbiol. 84, 874–891. DOI: 10.1111 / j.1365-2958.2012.08063.x

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Типас, А., Банцаф, М., Гросс, К.А., Фоллмер В. (2012). От регуляции синтеза пептидогликана до роста и морфологии бактерий. Nat. Rev. Microbiol. 10, 123–136. DOI: 10.1038 / nrmicro2677

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ульман, Г., Валден, М., Марклунд, Э. Г., Махмутович, А., Разинков, И., и Эльф, Дж. (2013). Высокопроизводительный анализ экспрессии генов на уровне отдельных белков с использованием микрофлюидного турбидостата и автоматического отслеживания клеток. Philos.Пер. R. Soc. B Biol. Sci. 368: 20120025. DOI: 10.1098 / rstb.2012.0025

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Verbeek, P. W., and Vanvliet, L. J. (1994). Об ошибке локализации криволинейных краев на двухмерных и трехмерных изображениях с низкочастотной фильтрацией. IEEE Trans. Pattern Anal. Мах. Intell. 16, 726–733. DOI: 10.1109 / 34.297954

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ван, П., Роберт, Л., Пеллетье, Дж., Данг, В. Л., Таддеи, Ф., Райт, А. и др. (2010). Устойчивый рост Escherichia coli . Curr. Биол. 20, 1099–1103. DOI: 10.1016 / j.cub.2010.04.045

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ву Ф., ван Рейн Э., ван Ши Б. Г. К., Кеймер Дж. Э. и Деккер К. (2015). Многоцветная визуализация бактериальных нуклеоидов и белков деления с помощью флуоресцентных белков синего, оранжевого и ближнего инфракрасного диапазона. Фронт. Microbiol. 6: 607. DOI: 10.3389 / fmicb.2015.00607

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Янг Д., Грир К. М., Джонс, Б. П., Дженнингс, А. Д., Реттерер, С. Т., и Мянник, Дж. (2015). Характеристика малых микрофлюидных клапанов для изучения механических свойств бактерий. J. Vacuum Sci. Technol. В 33: 06F202. DOI: 10.1116 / 1.4929883

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Rainbow Machine полифонический месмеризатор — EarthQuaker Devices

А с помощью регулятора Magic (8) вы можете выбрать, насколько странным будет ваш образ.Это контроль регенерации, который создает наложение (среди прочего) путем подачи первичных и вторичных сигналов обратно на себя и друг на друга, а также на множество других вещей, которые никто не понимает.

При включенной Magic и низком уровне управления вы можете выжать несколько дополнительных повторов из любой настройки, которую вы используете. По мере того, как вы увеличиваете Magic control, вы начнете замечать увеличенное окружение, резонансные задержки с изменением высоты тона на краях колебаний, хорус, металлический цифровой фленджер, восходящие (или нисходящие) следы пикси, контролируемые автоколебания, шквалы синтетических звуков. шум, песня кита и, наконец, искажение.Это позволит вам выйти за рамки и откроет ваш третий глаз, поверьте нам. В сочетании с контролем слежения, Magic создает дикие взлеты и падения высоты звука, хаос-хор, визги, стоны, бульканье, благословенное волшебниками волшебство, трансформацию сигналов, неминуемое разрушение и другой общий хаос.

Может быть, вы только на секунду хотите стать странным? Хорошо, включив Rainbow Machine, удерживайте педаль Magic в нажатом положении, становитесь странным, а затем отпустите, чтобы вернуться к своему скучному, старому гитарному тону без Magic.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *