تحليل حركة اليرقات '<em> الأرتيميا سالينا</em> من خلال تتبع بصري من Plasmonic النانوية
Summary
نستخدم تتبع بصري من plasmonic النانوية للتحقيق وتوصيف الحركات تردد من الكائنات المائية.
Abstract
ونحن لشرح كيفية تقديم ملاقط بصرية أداة حساسة لتحليل الاهتزازات فلويديك التي تولدها حركة الكائنات المائية الصغيرة. يتم استخدام جسيمات متناهية الصغر من الذهب واحد عقدت من قبل منتاش الضوئية وجهاز استشعار لقياس الحركة الإيقاعية لليرقة اليرقات (الأرتيميا سالينا) في عينة المياه. ويتحقق هذا من خلال رصد النزوح يعتمد وقت جسيمات متناهية الصغر المحاصرين نتيجة للنشاط اليرقات. تحليل فورييه لموقف جسيمات متناهية الصغر ثم تعطي الطيف الترددي الذي هو سمة لحركة الأنواع المرصودة. يوضح هذه التجربة قدرة هذه الطريقة لقياس وتوصيف نشاط اليرقات المائية الصغيرة دون الحاجة إلى مراقبة لهم مباشرة والحصول على معلومات حول موقف يرقات فيما يتعلق الجسيمات المحاصرين. عموما، يمكن لهذا النهج تعطي فكرة عن حيوية أنواع معينة وجدت في رسالة بالبريد المائيةcosystem ويمكن توسيع نطاق الأساليب التقليدية لتحليل عينات المياه.
Introduction
تقييم نوعية المياه على أساس المؤشرات الكيميائية والبيولوجية هي ذات أهمية أساسية لاكتساب المعرفة على الدولة والظروف البيئية في النظام البيئي المائي 1-3. وتقوم الطرق التقليدية لتحليل المياه الكيميائية على الخصائص الحسية أو تحديد المعلمات الفيزيائية. المؤشرات البيولوجية، من ناحية أخرى، هي أنواع الحيوانات وجودها وقدرتها على البقاء توفير نظرة على الظروف البيئية وتأثير الملوثات على النظام البيئي التي تحدث فيها أمثلة نموذجية لbioindicators هي مجدافيات، مجموعة من القشريات المائية الصغيرة، والتي يمكن يمكن العثور عليها في أي ما يقرب من 4،5 الموائل المياه. مراقبة نشاط وحيوية هذه الأنواع من عينة المياه بالتالي يمكن استخدامها للحصول على معلومات عن الأوضاع العامة لنظام بيئي 5. يرقات مجدافيات، والتي تسمى يرقات، استخدم ضربات إيقاعية من الهوائيات الخاصة بهم (كل يرقة لديه ثلاثة أزواج من appendaغيس في المنطقة رؤوسهم) على السباحة في الماء 6. تواتر وشدة هذه السكتات الدماغية وبالتالي هو مؤشر مباشر من العمر، واللياقة البدنية، والظروف البيئية للحيوان 7-10. وعادة ما يتم القيام به في أي تحقيقات بشأن هذه العينات باستخدام المجهر من خلال مراقبة وإحصاء السكتات الدماغية الهوائي من يرقات مباشرة. نظرا لحجمها (~ 100-500 ميكرون) 11، وهذا غالبا ما يتطلب القيام القياسات إما واحدا تلو الآخر أو لإصلاح اليرقات واحدة إلى الركيزة.
هنا، ونحن يبرهن على وجود نهج جديد لمراقبة نشاط كوبيبودا يرقات في عينات المياه باستخدام جسيمات متناهية الصغر من الذهب المحاصرين بصريا باعتباره كاشف فائقة الحساسية. وعادة ما تستخدم ملاقط بصرية من قبل العديد من الجماعات كأداة تجريبية لتطبيق غرامة أو قياس القوى بين الجزيئات وصولا الى مجموعة piconewton 12-14. وفي الآونة الأخيرة، تم توسيع نطاق التطبيقات لملاقط بصرية لمراقبة الاهتزازات الصوتية وحلتقلبات الإقليم الشمالي في وسائل الإعلام السائلة من خلال رصد حركة النانو المجهرية الدقيقة والتي تقتصر في فخ البصرية 15. تتعرض الجزيئات التي مغمورة في السائل إلى الحركة البراونية. داخل فخ البصرية، ومع ذلك، وثبط هذا الاقتراح جزئيا عن طريق الليزر التي يسببها، وقوة الانحدار القوي. ولذلك، فإن صلابة من فخ البصرية وتوطين الجسيمات داخل تركيز شعاع الليزر يمكن ضبطها من قبل قوة الليزر. في الوقت نفسه، فمن الممكن أن يكشف عن الخصائص المحتملة محاصرة وتحليل التفاعلات بين الجزيئات مع الجسيمات من خلال رصد حركة الجسيمات تعتمد على الوقت في الفخ. هذا النهج يجعل من الممكن لالتقاط تردد وشدة واتجاه الحركة فلويديك التي يتم إنشاؤها من قبل جسم متحرك في بيئتها السائل. علينا أن نظهر كيف يمكن تطبيق هذه الفكرة العامة للحصول على الطيف الترددي من الحركة من اليرقات الفردية دون اشتراطالتدخل مباشرة مع العينة. هذا النهج التجريبي يقدم المفهوم العام الجديد لمراقبة سلوك متحركة من العينات المائية بطريقة حساسة للغاية. للملاحظات على الأنواع bioindicator، وهذا يمكن توسيع المنهجية الحالية لتحليل المياه ويمكن تطبيقها للحصول على معلومات حول صحة وسلامة النظم الإيكولوجية المائية.
Protocol
Representative Results
Discussion
الظلام المجهر الحقل هو أداة قوية لتصور جزيئات الذهب ذات أبعاد أقل من الحد حيود البصرية، منذ المقطع العرضي للتشتت المعادن النانوية يتجاوز القسم الهندسي على الصليب (cp. الشكل 2A) 18. في إعداد منتاش، فإن هذا النهج حتى يسمح للتمييز إذا محاصرون فقط واحدة أو متع…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الدعم المالي من قبل هيئة الإنصاف والمصالحة من خلال متقدم باحث غرانت HYMEM، من قبل DFG من خلال مبادرة ميونيخ النانو (نيم) ومن خلال Sonderforschungsbereich (SFB1032)، ومن المسلم به المشروع A8 بامتنان. ونحن ممتنون للدكتور الكسندر Ohlinger الدكتور سول كاريتيرو-بالاسيوس ومنتجعات Nedev للحصول على الدعم ومناقشات مثمرة.
Materials
| Microscope Zeiss Axio Scope.A1 | Carl Zeiss | 490035-0012-000 | dark field illumination |
| Water objective Achroplan | Carl Zeiss | 440087 | 100x magnification, NA=1.0 |
| Air objective Epiplan | Carl Zeiss | 442934 | 10x magnification, NA=0.2 |
| Dark field oil condenser | Carl Zeiss | 445323 | NA=1.2 |
| Cobolt Rumba CW 1064 nm DPSSL | Cobolt | 1064-05-01-2000-500 | 1064nm, CW, λ=1064nm, 2 Watt, TEM00 |
| Beam expander | Edmund Optics | Part no. 1064 2-8X 64414 | |
| High Speed Camera Dimax HD | PCO. Germany | ||
| Color Camera Canon EOS 500 D | Canon | FAQ-ID: 8201395700 | |
| Notch filter StopLine 532/1064 | Semrock | A11149-711265 | Part no. NF01-532U |
| Water | |||
| Nauplius Artemia Salina | |||
| Gold colloid | BBInternational | Batch 13741 | Diameter 60nm |
| MQMie Version 3.2 | r. Michael Quinten | ||
| Mathematica 8.0 | Wolfram | ||
| Comsol Multiphysics 4.0 | COMSOL, Inc. |
Referenzen
- Hellawell, J. M. . Biological indicators of freshwater pollution and environmental management. , (1986).
- Diamond, J. M., Barbour, M. T., Stribling, J. B. Characterizing and comparing bioassessment approaches and their results: A perspective. Journal of the North American Benthological Society. 15, 713-727 (1996).
- Carlisle, D. M., et al. The quality of our Nation’s waters—Ecological health in the Nation’s streams, 1993–2005. U.S. Geological Survey Circular. 1391, (2013).
- Boxhall, G. A., Defaye, D. Global diversity of copepods (Crustacea Copepoda) in freshwater. Hydrobiologia. 595 (1), 195-207 (2008).
- Ferdous, Z., Muktadir, A. K. M. A Review: Potentiality of Zooplankton as Bioindicator. American Journal of Applied Sciences. 6 (10), 1815-1819 (2009).
- Andersen Borg, C. M., Bruno, E., Kiørboe, T. The Kinematics of Swimming and Relocation Jumps in Copepod Nauplii. PLoS ONE. 7 (10), (2012).
- Gilchrist, B. M. Growth and Form of the Brine Shrimp Artemia Salina. Journal of Zoology. 134 (2), 221-235 (1960).
- Boone, E., Baas-Becking, L. G. M. Salt Effects on Egga and Nauplii of Artemia Salina L. Journal of General Physiology. 14 (6), 453-763 (1931).
- Drewes, C. Quantitative investigations of hatching in brine shrimp cysts. Association for Biology Laboratory Education. 27, 299-312 (2006).
- Williams, T. A. A model of rowing propulsion and the ontogeny of locomotion in Artemia larvae. Biological Bulletin. 187, 164-173 (1994).
- Croghan, P. C. The Mechanism of Osmotic Regulation in the Artemia Salina (L.): The Physiology of the Branchiae. Journal of Experimental Biology. 35, 234-242 (1958).
- Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Optics Letters. 11 (5), 288-290 (1986).
- Svoboda, K., Block, S. M. Optical trapping of metallic Rayleigh particles. Optics Letters. 19 (13), 930-932 (1994).
- Hansen, P. M., Bhatia, V. K., Harrit, N., Oddershede, L. Expanding the Optical Trapping Range of Gold Nanoparticles. Nano Letters. 5 (10), 1937-1942 (2005).
- Ohlinger, A., Deak, A., Lutich, A. A., Feldmann, J. Optically Trapped Gold Nanoparticle Enables Listening at the Microscale. Physical Review Letters. 108 (1), (2012).
- Kuwata, H., Tamaru, H., Esumi, K., Miyano, K. Resonant light scattering particles: Practical analysis beyond Rayleigh approximation. Applied Physics Letters. 83 (22), 4625-4628 (2003).
- Agayan, R. R., Gittes, F., Kopelman, R., Schmidt, C. F. Optical trapping near resonance absorption. Applied Optics. 41 (12), 2318-2327 (2002).
- Klar, T., Perner, M., Grosse, S., von Plessen, G., Spirkl, W., Feldmann, J. Surface-Plasmon Resonances in Single Metallic Nanoparticles. Physical Review Letters. 80, 4249-4252 (1998).
- Ohlinger, A., Nedev, S., Lutich, A. A., Feldmann, J. Optothermal Escape of Plasmonically Coupled Silver Nanoparticles from a Three-Dimensional Optical Trap. Nano Letters. 11 (4), 1770-1774 (2011).
- Urban, A. S., Lutich, A. A., Stefani, F. D., Feldmann, J. Laser Printing Single Gold Nanoparticles. Nano Letters. Nano Letters. 10 (12), 4794-4798 (2010).
- Urban, A. S., Fedoru, K. M., Nedev, S., Lutich, A., Lohmueller, T., Feldmann, J. Shrink-to-fit Plasmonic Nanostructures. Advanced Optical Materials. 1 (2), 123-127 (2013).
