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Environment

Implantation eines neuen Mikro akustische Tags in Juvenile Pazifik Neunaugen und amerikanischer Aal

Published: March 16, 2019
doi:
10.3791/59274
, ,
1Earth Systems Science Division,Pacific Northwest National Laboratory

Summary

Dieser Artikel beschreibt das Verfahren für die Implantation eines Mikro akustische Tags in juvenile Pacific Neunaugen und amerikanischer Aal. Unsere Anwendung basiert auf Laborversuchen, die darauf hindeuten, dass akustische Tags ohne offensichtliche Auswirkungen auf Schwimmen, Fähigkeit oder überleben und minimale Tag Verlust erfolgreich eingepflanzt werden können.

Abstract

Juvenile Pacific Neunaugen und amerikanische Aale wurden für Labor Auswertungen zur potenzielle Auswirkungen von Tag Implantation zu bestimmen. Telemetrie-Technologie wurde als ein Weg, um genauere Auskunft über Bewegung und Verhalten über einem größeren räumlichen Maßstab als bei anderen bekannten Technologie identifiziert. Diese Methode soll eine detaillierte Schritt-für-Schritt-Anleitung Neunaugen und Aal am Tag Implantation anzubieten. Für Untersuchungen im Labor mit aktiv wandernden juvenilen Pacific Neunaugen (120-160 mm), wir festgestellt, dass die Anwesenheit des Tags nicht die Schwimmfähigkeit zwischen tagged und untagged Individuen verändern oder bedeutenden Tag Verlust haben (< 3 %). Ähnliche Ergebnisse wurden ermittelt, während Labortests der gelben Phase amerikanische Aale (113-175 mm). Keine Mortalität während der Haltedauer von 38 Tagen ist aufgetreten und es gab minimale Tag Verlust (3,8 %). Das Vorhandensein des Tags hatte keinen nennenswerten Auswirkungen auf die Schwimmfähigkeit oder das Überleben von tagged Aale im Vergleich zu unmarkierten Kontrollen und gab es minimale Tag Verlust.

Introduction

Verständnis Fisch Verhalten und Bewegungen in der Nähe von Fluss-Strukturen, z. B. Wasserkraft Dämme, die vor- oder nachgelagerten Migrationsrouten zu beeinträchtigen, ist laufende Forschung notwendig. Obwohl zahlreiche Studien durchgeführt worden sind, mit der bestehenden Technologie, gibt es noch viele Forschungsfragen über juvenile Aal und Neunauge überleben und Verhalten. Um Adresse hat diese Fragen Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) einen neuen akustischen Mikro-Sender speziell für den Einsatz in juvenile Aale und Neunaugen, genannt die Neunaugen/Aal Tag1entwickelt. Vor dieser Entwicklung vorhandene akustische Tags waren zu groß, um effektiv in die Körperhöhlen juvenile Aale und Neunaugen implantiert werden und ergäbe sich eine Tag-Belastung, die anerkannte Standards übertrifft (ein konservativer Wert des Tags Körper-Gewichts-Verhältnis liegt bei 2 % oder weniger und andere Literatur schlägt 4-5 %)2,3,4. Die Neunaugen/Aal Tags emittieren einzigartige kodierten Signale bei einer Frequenz von 416,7 kHz, die über autonome Empfänger (Hydrophone) an festen Strukturen oder Fluss-Empfänger5,6überwacht werden.

In den Columbia River Basin in den Vereinigten Staaten ist Bewusstsein und die Sorge um den gesamten Lebenszyklus von der Pacific Neunaugen (Entosphenus Tridentatus) zu verstehen eskaliert weil Populationen in den vergangenen 40 Jahren7 deutlich gesunken . Bau und Betrieb von Wasserkraftanlagen könnten juvenile Neunaugen beeinträchtigen wie ihre sinkt nach der Zeit der großen hydroelektrische Entwicklung8aufgetreten ist. Eine mögliche Quelle der Sterblichkeit ist dam Passage, wenn juvenile Pacific Neunaugen out mit dem Ozean9migrieren. Integrierte passive Transponder (PIT) werden häufig verwendet, für wandernde Fischarten, die passieren, Abzweigung Strukturen (z. B. juvenile Bypass-Systeme), wodurch tagged Fisch aufgezählten10,11. Allerdings juvenile Neunaugen werden gedacht, um tiefer in der Wassersäule als juvenile Lachs migrieren und sind weniger wahrscheinlich, die juvenile Bypass Systeme12durchlaufen. Wegen der niedrigen Erkennung Wahrscheinlichkeiten und mangelnder Brütereien oder andere konzentrierte juvenile Neunaugen für Grube tagging, Informationen über juvenile Neunaugen Laufe, ist Überleben oder Verhalten sehr begrenzt. Kenntnisse der juvenilen Pacific Neunaugen Verhalten und das Überleben sind entscheidend für die Entwicklung von Strategien zur Risikominderung für nachgeschaltete Passage, einschließlich Gestaltung der Bypass-Systeme für den Einsatz bei Wasserkraftanlagen und Bewässerung Abzweigung Strukturen13.

Der amerikanische Aal (Anguilla Rostrata) ist catadromous mit der Erwachsenphase Migration von Süßwasser auf den Ozean zu laichen. Ihre Bevölkerungszahlen haben dramatische Rückgänge in den vergangenen Jahrzehnten erlebt. Zuvor waren sie sehr reichlich in allen großen Flüssen fließt in den Atlantischen Ozean und stromaufwärts durch den St. Lawrence River zum Lake Ontario; aber seit 1980, amerikanische Aale Rückgänge im Lager von 50 % in der Chesapeake Bay bis hin zu mehr als 97 % in Lake Ontario14,15,16Überfluss erlebt haben. Die Faktoren, die zu ihrem Niedergang gehören; der Bau von Staudämmen, Fragmentierung und Verlust von Lebensraum und kommerzielle Ernte17. Sie sind derzeit als gefährdet unter den Ontario (Kanada) Endangered Species Act aufgeführt. Der bisherigen Entwicklung von Wasserkraftanlagen entlang der großen Flüsse der östlichen US-Bundesstaaten Hindernisse, die Fließgewässer Migrationen von Jugendlichen und Erwachsenen zu behindern.

Das neu entwickelte Neunaugen/Aal akustische Tag wurde in dieser Studie verwendet. Die Tags wurden bei PNNLs akkreditierten Bioakustik & Flow Labor18hergestellt. Das Tag misst 12 mm Länge x 2 mm Durchmesser und hat ein Gewicht von 0,08 g in Luft. Wegen der Tag insgesamt klein, effektiv einsetzbar für die Implantation in Anguilliform oder Jungfischen mit einen sutureless Schnitt durch den kleinen Schnitt erforderlich (< 3 mm lang). Weitere Vorteile der sutureless Schnitt: eine reduzierte Menge an Zeit für chirurgische Verfahren, Preise, schnellere Heilung und verringert die Möglichkeit von Infektionen bei der Implantation Seite19. Chirurgische Implantation Effekte können variieren in Reaktion auf Arten, Lebensstadium, Körperhöhle Länge, Schnitt Ort, Dauer und Umweltbedingungen20,21,22,23zu studieren. Neben Größe ist Gewicht eine wichtige Variable, da es ein Maß für die Tag-Belastung (d. h. das Gewicht des Tags bezogen auf das Gewicht des Fisches) bereitstellt. Breme Tag können in Verbindung mit allen anderen Aspekten des chirurgischen Verfahrens (z. B. Anästhesie, handling, Chirurgie), eine direkte Auswirkung auf Tag Aufbewahrung, überleben, Wachstum, Schwimmen, Leistung oder die Fähigkeit der Fische, Prädation24zu vermeiden, 25,26,27.

Protocol

PNNL wird von der Association for Assessment and Accreditation of Laboratory Animal Care akkreditiert. Aal und Neunauge gemäß Richtlinien des Bundes für die Pflege und Verwendung von Labortieren behandelt wurden, und die Protokolle für unsere Studie durchgeführt in Übereinstimmung mit und vom PNNLs institutionellen Tier Pflege und verwenden Ausschuss genehmigt wurden. 1. Tag-Vorbereitung (timing 22 Minuten) Platzieren Sie Tags in 70 % Ethanol-Lösung für 20 min.. Entfernen Sie Tags Kunststoff Pinzette und in kleine Glasschale mit sterilem Wasser. Entfernen von Tags und setzen auf eine sterile Pille-Tasse. 2. bereiten Sie Betäubungsmittel Lösung (Timing ~ 5 Minuten) In einem kleinen Plastikbecher wiegen 40 g Tricaine. Pulver und Wasser aus dem Wasserhahn in einen 500-mL-Becherglas auf einem Rührer Teller mit Mixer Bar auflösen und dann übertragen auf einer Kunststoff-Flasche, 80 g/L-Stammlösung zu erreichen. Wiederholen Sie den Vorgang mit Natriumbicarbonat und verleihen Sie eine separate 500 mL Flasche. Füllen Sie mit einem 10 L-Kunststoff-Wanne-Container, mit 5 L Wasser (gleiche Wasserquelle wie Fisch, markiert werden). Fügen Sie 6,25 mL Tricaine Narkose Lösung und 6,25 mL Natrium Bicarbonat mit einer Messung Gießen Gage auf der Oberseite der 500 mL Flaschen befestigt, um eine Dosis von 100 mg/L in die Wanne zu erhalten. Rühren Sie die um Lösung in Wasser zu mischen.Hinweis: Einen Deckel zur Deckung der Wanne um Neunaugen zu gewährleisten haben zwar in der Narkose Lösung nicht entkommen. (3) Neunaugen tagging (timing ~ 6 Minuten) Ort juvenile Neunaugen (> 140 mm) in Narkose Bad mit einem kleinen Sprung net. Warten Sie ca. 4-5 min. für Neunaugen vollständig demobilisiert (nicht mehr schwimmen in Lösung, und gleichzeitig eine langsame durch stetige Gill Bewegung) werden. Verwenden Sie ein erfrischendes Bad net Neunaugen zu entfernen, Länge und Gewicht messen und Aufzeichnen der einzigartigen Identifikationscode des akustischen Tags. Bereiten Sie eine 1,3 cm dicke Geschlossenzelle Schaumstoff-Pad gesättigt mit Wasser vor- und dann 150 µL/L Schutzschicht (siehe Tabelle der Materialien). Die Schutzschicht hilft, die Störung der Schleimhäute während chirurgischen Eingriffs entgegenzuwirken. Ort der Neunaugen ventralen Seite nach oben auf den vorbereiteten Schaum. Einen kleinen Teil der Schläuche mit geregelten Wasserversorgung (aus einer erhöhten Wassertank) fließen durch die Mund-Region während der chirurgischen Verfahren zu positionieren. Dies ermöglicht für die Atmung, während Fisch Tag Implantation unterzogen wird. Suchen Sie die Website, wo der Schnitt erfolgen, ~ 20 mm posterior der Gill Poren auf der linken oder rechten lateralen Seite. Verwenden Sie ein Lineal mit Zeug oder verwenden Sie Marker platziert auf dem Schaumstoff-Pad als Referenz zu. Mit einem sterilen 3,0 mm mikrochirurgische Skalpell mit 15° Klinge (siehe Tabelle der Materialien) sorgfältig machen eine 2,5-3 mm-Öffnung in seitlicher Richtung, um sicherzustellen, dass das Skalpell ist nur durch die Innenhaut Wand schneiden. Siehe Abbildung 1. Legen Sie die desinfizierte Tag anterior in der Körperhöhle von hand. Leichten Druck zur tagging Website, um sicherzustellen, dass der Tag in die Körperhöhle verschoben hat. Ort tagged Neunaugen in einen Recovery-Eimer mit frischem Wasser versorgt mit Fisch-Tank-Sauerstoff-Pumpe, Schlauch und Ausströmerstein. Stellen Sie sicher, dass Neunaugen aus der Narkose und Transfer zum Abwassertank für Zukunftsstudie erholt haben. (4) Aal tagging (timing ~ 6 Minuten) Replizieren Sie Tag Vorbereitung und bereiten Sie Narkose mit einer Konzentration Dosis von 240 mg/L für Tricaine und Natriumbicarbonat vor. 15 mL von jeweils 5 L Wasserbad hinzugeben. Juvenile Aale zu platzieren (> 130 mm) in Narkose Bad mit einem kleinen Sprung net. Warten Sie ca. 4-5 min. für Aal, vollständig demobilisiert (nicht mehr schwimmen in Lösung unter Beibehaltung einer langsamen, aber stetigen Gill Bewegung) werden. Verwenden Sie ein Bad net entfernen Aal und stellen ventralen Seite nach oben auf einem geschlossenzelligen Schaum beschichtet mit Fisch-Protector. Suchen Sie die Website, wo der Schnitt erfolgen, ~ 25 mm auf der Basis der Brustflosse auf der linken oder rechten lateralen Seite Mit einem sterilen 3,0 mm mikrochirurgische Skalpell mit 15° Klinge vorsichtig machen eine 2,5-3 mm-Öffnung in seitlicher Richtung, um sicherzustellen, dass das Skalpell ist nur durch die Innenhaut Wand schneiden. Siehe Abbildung 2. Legen Sie die desinfizierte Tag anterior in der Körperhöhle von hand. Leichten Druck auf die tagging-Website, um sicherzustellen, dass Tag in die Körperhöhle gewechselt hat. Ort getaggt Aale in einen Aufschwung mit frischen Flusswasser im Lieferumfang einer Fisch-Tank-Sauerstoff-Pumpe, Schläuche, Eimer und Luft Stein. Stellen Sie sicher, dass, dass Aal aus der Narkose und Transfer hat sich erholt, Fäkalientank für Zukunftsstudie.

Representative Results

Juvenile Neunaugen Laborstudien Eine Studie wurde bei PNNL im Jahr 2015 auf die Durchführbarkeit der Implantation eines dummy Neunaugen/Aal-Tags bei der Migration aktiv bestimmen juvenile Pacific Neunaugen. Insgesamt 195 Pacific Neunaugen (Macrophthalmia Lebensphase) wurden von der Wiese Sammlung nach PNNL transportiert. Zwei getrennte Aufgaben wurden durchgeführt. Der erste war zu bestimmen, wie die Fische zu Tag Implantation reagieren. Die Variablen bestimmt enthalten Tag Verlust, verzögerte Mortalität und Heilung Preise für tagged Fisch im Vergleich zu einer unmarkierten (Kontrollgruppe). Für die zweite Aufgabe Swim wurden Studien mit tagged und untagged Fisch aus 10 mm Größenkategorien (120-160 mm) zu bestimmen, keine Nebenwirkungen, verbunden mit der Fähigkeit zu schwimmen. Fisch-Gewichte reichte von 1,8 bis 7,0 g und Tag Belastungen reichten von 4,8 auf 1,25 %. Eine Röntgenaufnahme zur Veranschaulichung des Tag Lagerplatz der Körperhöhle ist in Abbildung 31dargestellt. Insgesamt zwei Fische ließ ihre Tags in den ersten 2 Tagen der Holding und keine zusätzliche Tiefe Taille Tags wurden während der Rest der 28-Tage Haltefrist gefunden. Die Sollstundenzahl Sterblichkeit während dieser Periode war 14,3 % (7 Fisch) für die tagged Neunaugen und 9,6 % (5 Fische) für die Kontrollgruppe. Verschlagwortet mit individuellen und Kontrolle Fische wurden in einer Kammer Baden und schwammen auf eine konstante Fließgeschwindigkeit der 11 cm/s. Der Durchfluss wurde ausgewählt, basierend auf früheren Laboruntersuchungen gekennzeichnet eine konstante Bewegung am unteren Ende von der anhaltenden Schwimmen Schwimmen Fähigkeit9. Die mittlere Schwimmzeit der Kontrollgruppe betrug 3,15 min (SE = 42,5 s) und die mittlere Schwimmzeit der implantierten Gruppe betrug 2,3 min (SE = 30,2 s), was nicht war ein signifikanter Unterschied (t = 0.958; p = 0.172). Die Ergebnisse aus der Swimming Performance Tests zeigten keinen signifikanten Zusammenhang zwischen Fischen und Schwimmen Dauer (d.h., Zeit zum Impingement) für die beiden tagged oder Kontrollgruppen (Abbildung 4). Impingement ist beschrieben wie die Fische nicht mehr in der Lage, die Geschwindigkeit bei konstanter Wasser schwimmen und ruhte auf den nachgelagerten Bildschirm. Amerikanischer Aal Laborstudien Um jede mögliche l Tag Auswirkungen auf Leistung schwimmen zu bestimmen, führten wir kritische schwimmen Geschwindigkeit tests mit UCrit, (ein Index von längeren schwimmen) für sechs Größenklassen (n = 120; 113-175 mm) ohne Tags und tagged Aale mit Dummy-Tags die 11,4 x 1,8 mm gemessen (Länge x Durchmesser)1. Es gab keinen signifikanten Unterschied in UCrits zwischen tagged und untagged Aale gemessen in cm/s (Abbildung 5) oder mittlere Messwerte im Körper Länge/s für alle getaggt und untagged Gruppen kombiniert (Abbildung 6). Auch ein längerer Betrieb tagged Aale (38 Tage) durchgeführt und fand keine Mortalität von tagged Gruppen und einem geringen Verlust von 3,8 % (1 von 26 Fisch)1. Basierend auf unserer Laborergebnisse, schließen wir, dass Mikro akustische Tags können effektiv bei juvenilen amerikanischen Aalen mit keine wesentlichen Auswirkungen auf die Fähigkeit, langfristige Überleben schwimmen implantiert werden und minimal Tag Verlust während dem Tag Leben (30 Tage hatte). Abbildung 1 . Fotografien illustrieren tagging Sequenz zum Tag einsetzen in juvenile Pacific Neunaugen. (A) Neunaugen auf Schaumstoff-Pad positioniert. (B) Schnitt mit mikrochirurgischen Skalpell gemacht. (C) Tag implantiert. (D) Neunaugen Post-tagging. Alle Bilder wurden von der gleichen Neunaugen (148 mm).  Abbildung 2 . Fotografien illustrieren tagging Verfahren für juvenile amerikanische Aale. (A) vor dem Schnitt. (B) nach dem Schnitt. (C) nach anterior einsetzen des Transponders. Alle Bilder wurden von der gleichen Aal (138 mm).  Abbildung 3 . Röntgenbilder des dummy Neunaugen/Aal-Tags in die Körperhöhle eine juvenile Pacific Neunaugen.  Abbildung 4 . Impingement Preise von Leistungstests für Kontrolle (untagged) schwimmen und getaggt Neunauge, unterteilt in 10 mm Größenkategorien mit positiven Standard Fehlerbalken. Stichprobengrößen sind in den einzelnen Takten aufgeführt. Abbildung 5 . Box-Plots von kritischen schwimmen Geschwindigkeit für Größenklassen der Aale getestet in cm/s für tagged und untagged Aale (10 pro Behandlung). Die Linien innerhalb jedes Feld repräsentieren den Median; die Kopf- und Fußzeilen repräsentieren die 25. und 75. Perzentile, beziehungsweise; die Schnurrhaare sind die oberen 90. und unten 10. Perzentile; und die Ausreißer werden durch geschlossene Kreise dargestellt.  Abbildung 6 . Box-Plots von kritischen schwimmen speed im Körper Länge/s für tagged und untagged Aale (10 pro Behandlung). Die Linien innerhalb jedes Feld repräsentieren den Median; die Kopf- und Fußzeilen repräsentieren die 25. und 75. Perzentile, beziehungsweise; die Schnurrhaare sind die oberen 90. und unten 10. Perzentile; und die Ausreißer werden durch geschlossene Kreise dargestellt. 

Discussion

Die Ergebnisse der Laboruntersuchungen zeigen, dass die tagging-Verfahren und tagging Effekte keine negativen Auswirkungen auf Fische Überlebensfähigkeit oder Schwimmfähigkeit haben. Erweiterten Betrieb und Überwachung ergab, dass minimale Tag Verlust eingetreten und zeigte sich nicht während dem Tag Leben (30 Tage). Der Tag-Implantation war bei Auftragserteilung Tags in der Körperhöhle, ohne dass es zu erheblichen Blutungen oder Pilzinfektionen am tagging Standort wirksam. Die Dauer des gesamten tagging zu verarbeiten (< 6 min.) ist vorteilhaft, dass es Stress verbunden mit dem Fisch betäubt wird reduziert. Diese Erkenntnisse prägen ein neues Tool für juvenile Neunaugen und Aal-Passage-Forschung und in zukünftigen Studien genutzt werden. Diese Technologie ermöglicht Forschern, Neunaugen und Aal Bewegungen innerhalb Flusssysteme und wie sie zu verfolgen Ansatz Staudämmen oder anderen Strukturen, die Fische Durchgang behindern. Im Gegenzug können die Ergebnisse besser Management-Entscheidungen in diesen Einrichtungen zur Erhaltung dieser Arten in ihren Stadien im Leben eines Jugendlichen informieren. Die wichtigsten Schritte des Protokolls Tag Implantation gehören die richtige Dosis des Betäubungsmittels, Tiefe und Länge des Schnittes, Platzierung der Tags, und die richtige Erholung hält Behälter zur Verfügung. Diese Technik hat minimale Einschränkungen. Vor allem Chirurg training ist erforderlich, um effektiv die < 3 mm Schnitt und die Tags an der gewünschten Stelle zu platzieren. Darüber hinaus würde die tagging Prozess ausschließen kleiner dimensionierte Aale und Lamprey (< 140 mm) Tag Belastung bedingt. Wir empfehlen nicht, dass keine Änderungen an den beschriebenen Protokollen.

Alternative Methoden zum Taggen von Aal und Neunauge umfassen die Verwendung von PIT-Tags. Doch PIT-Tags nicht aktiv senden Signale, PIT-markierte Fische kann daher nur aufgelistet werden, da sie mitgerissen und in Bypass-Einrichtungen oder Pass in der Nähe einer festen Detektor10,11umgeleitet. Zukünftige Anwendungen der Neunaugen/Aal Tag umfassen die Fähigkeit zu markieren und zu verfolgen Populationen von migrierenden Neunaugen und Aale in jeder Umgebung, die sie bewohnen. Zusätzliche Vorteile der Verwendung von Neunaugen/Aal Tag würde auch die Fähigkeit zu überleben, fallback Preise bei Hochwasserentlastungsanlagen oder via Turbinen zu schätzen, Fahrzeit in Stauseen, Durchlass Verzögerungen und ähnliches Verhalten Ansatz Dämme beim Angeln.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Diese Studie wurde von der US Armee-Korps der Ingenieure (USACE) und das US Department of Energy (DOE) Wasser macht Technologien Amt finanziert. Wir freuen uns über die technische Hilfe aus dem folgenden PNNL Personal: Colin Brislawn, Eric Francavilla, Jill Janak, Huidong Li und Tim Linley. Wir danken Kathy Kratchman von Delaware Valley Fish Company für die Versorgung der Aale PNNL und Ralph Lampman und Tyler Beals aus Yakama Nation Fischerei für die Versorgung der Neunaugen. Wir danken auch Brad Eppard, Scott Fielding und Ricardo Walker vom USACE und Dana McCoskey und Tim Welch vom DOE. Die Laboruntersuchungen wurden an PNNL, durchgeführt, die für das US Department of Energy UnderContractDE-AC06-76RL01830 von Battelle betrieben wird.

Materials

10 L plastic tub  N/A  N/A
19 L pail N/A  N/A
3.00 mm scalpel  Beaver-Vistec 377513
500 ml bottle  Nalgene  2089-0016
Adam scale  Certified Material Testing Products  BCL-LBK12A
Air pump  Amazon  N/A
Air stone  Pentair  ALS3
Dip net, 3/32 in mesh N/A  N/A
Ethanol (70%)  Sigma-Aldrich  24102
Fish protector Kordon LLC 31456
Foam pad N/A  N/A
Gloves Kimberly Clark   N/A
Mixer bar  Sigma-Aldrich  F37110-1128
Plastic tweezer N/A  N/A
Pouring dispenser gage  Fischer Scientific  13-683-60C
Scalpel handle  Beaver-Vistec 371360
Sodium bicarbonate Sigma-Aldrich  S5761
Stirrer plate  Corning, PC-351  N/A
Tricaine methanesulfonate, MS-222 Western Chemical Inc. 515388 Treated fish destined for food must be held in fresh water above 10°C (50°F) for 21 days before use
Tubing, 6 mm N/A  N/A
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Mueller, R., Liss, S., Deng, Z. D. Implantation of a New Micro Acoustic Tag in Juvenile Pacific Lamprey and American Eel. J. Vis. Exp. (145), e59274, doi:10.3791/59274 (2019).
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