Summary

「ノープリウスの動きを分析する<em>アルテミア·サリナ</em> 'プラズモニックナノ粒子の光学追跡することによって、

Published: July 15, 2014
doi:

Summary

私たちは、水生生物の周波数の動きを調査し、特徴づけるためにプラズモニックナノ粒子の光学式トラッキングを使用しています。

Abstract

私たちは、光ピンセット、小さな水生生物の移動により発生する流体振動を解析するための高感度なツールを提供してもよい方法を示しています。光ピンセットによって保持され、単一の金ナノ粒子は、水サンプルにノープリウス幼生( アルテミア·サリナ )のリズミカルな運動を定量化するためのセンサとして使用されている。これは、ノープリウス活性の結果として、捕捉されたナノ粒子の時間依存性の変位を監視することによって達成される。ナノ粒子の位​​置のフーリエ解析を観察した種の動きに特徴的な周波数スペクトルが得られる。この実験は、それらを直接観察し、トラップされた粒子についての幼虫の位置に関する情報を得るために必要とせず、小さな水生幼虫の活性を測定し、特徴づけるため、このメソッドの機能を示しています。全体的に、このアプローチは、水生Eで見つかった特定の種の活力に洞察力を与えることができるcosystemおよび水試料を分析するための従来の方法の範囲を広げることができる。

Introduction

化学的および生物学的指標に基づく水質評価は、水生生態系1-3の状態や環境条件に洞察を得るために基本的に重要である。水化学分析のための古典的な方法は、官能的性質又は物理化学的パラメータの決定に基づいている。生物学的指標は、他の一方で、その存在および生存能力、彼らは生物指標の典型的な例インチ起こる生態系のための環境条件や汚染物質の影響に関する洞察を提供することができますカイアシ類、小さな水の甲殻類のグループである動物種であるほぼすべての水の生息地4,5に記載されてい。水試料からのこれらの種の活性及び生存率を観察し、したがって生態系5の全体的な状態に関する情報を得るために使用することができる。ノープリウスと呼ばれているカイアシ類の幼虫は、そのアンテナのリズミカルなストロークを使用します(それぞれの幼虫がappendaの3組を持っている自分の頭領域におけるGES)は、水6で泳ぐ。これらのストロークの頻度と強度は、それによって、年齢、フィットネス、および動物7月10日の環境条件の直接的な指標である。これらの標本上の任意の調査は通常、直接ノープリウスのアンテナストロークを観察し、カウントすることにより、顕微鏡を用いて行われます。そのサイズ(〜100〜500ミクロン)11には、これは多くの場合、測定を行うために必要とするいずれか1つずつ、または基板への単一ノープリウスを修正する。

ここでは、超高感度検出器として、光学的にトラップされた金ナノ粒子を用いて水試料中カイアシ類幼虫の活性を観察するための新たなアプローチを実証する。光ピンセットは、通常、ピコニュートンの範囲12から14まで分子間力を加えるか、測定するための細かい実験ツールとして、多くのグループによって使用されています。さらに最近では、光ピンセットのための応用範囲は、音響振動を観察し、解決するために拡張されました光学トラップ15内に閉じ込められるナノおよびマイクロ粒子の動きを監視することにより、液体培地でのNTの変動。液体中に浸漬される粒子は、ブラウン運動に供される。光トラップの内側に、しかし、この運動は、部分的に強く、レーザ誘起勾配力によって減衰される。したがって、光トラップの剛性およびレーザ光の焦点内の粒子の局在は、レーザーパワーによって調整することができる。同時に、それはトラップポテンシャルに関する特性を明らかにするために、トラップ内の時間依存性の粒子運動を監視することにより、粒子と分子の相互作用を分析することが可能である。このアプローチにより、周波数、強度、及びその液体環境中で移動する物体によって生成された流体運動の方向をピックアップしてレンダリングする。我々は、この一般的な考えは必要条件ではなく、個々のノープリウスの運動の周波数スペクトルを得るために適用することができる方法を示して直接試料に干渉する。この実験的なアプローチは、非常に敏感な方法で水生標本の運動性行動の観察のための新しい一般的な概念が導入されています。生物指標種の観察のために、これは水の分析のための現在の方法論を展開することができ、健康や水生生態系の保全についての情報を得るために適用することができる。

Protocol

1。実験装置開口数(NA)と直立顕微鏡および暗視野オイル冷却器を使用= 1.2暗視野照明のために。粒子観察と捕獲のための100倍の倍率とNA = 1.0と水浸対物レンズを使用してください。ノープリウスの動きに追従するために10倍の倍率とNA = 0.2と空気の目的に使用します。 直立顕微鏡に接続された1064 nmの連続波レーザーと光ピンセットのセットアップを使用してください。 (対物…

Representative Results

実験装置の概略図を図1Aに示されている。暗視野構成では、光学的トラップ15における60nmの金粒子の変位を検出する必要がある。トラッピング用レーザ波長1064nm、検出器12,14の金粒子の安定な閉じ込めを保証するために選択される。顕微鏡のビームスプリッタは、対物レンズを通してトラッピングビームを集束するために使用され、ノッチフィルタは、実験の検出…

Discussion

暗視野顕微鏡は、金属ナノ粒子の散乱断面積は、幾何学的断面積(cp.の2A)18 超えているため、光の回折限界以下の寸法を有する金ナノ粒子を可視化するための強力なツールである。ピンセット設定では、このアプローチは、さらに粒子間のプラズモンカップリングプラズモン共鳴周波数が15の赤方偏移を引き起こすためにのみ、単一または複数の金?…

Offenlegungen

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

ナノシステム·イニシアチブミュンヘン(NIM)を介して、DFGによる高度な研究者グラントHYMEM、通ってSonderforschungsbereich(SFB1032)を通じて、ERCによる財政支援、プロジェクトA8が感謝して承諾されます。私たちは、博士アレクサンダーOhlinger、サポート、実りある議論のための博士ソルCARRETERO-パラシオスやスパNedevに感謝しています。

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

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Kirchner, S. R., Fedoruk, M., Lohmüller, T., Feldmann, J. Analyzing the Movement of the Nauplius ‘Artemia salina‘ by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles. J. Vis. Exp. (89), e51502, doi:10.3791/51502 (2014).

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