Construcción de un microscopio de alta resolución con capacidades de captura óptica convencional y holográfica
Summary
El sistema descrito en este documento emplea una trampa óptica tradicional, así como una línea de trampas ópticas holográficas independiente, capaz de crear y manipular múltiples trampas. Esto permite la creación de disposiciones geométricas complejas de partículas de refracción a la vez que permite mediciones simultáneas de alta velocidad, de alta resolución de la actividad de enzimas biológicas.
Abstract
Sistemas de microscopio de alta resolución con trampas ópticas permiten la manipulación precisa de los diversos objetos de refracción, tal como perlas de dieléctricos 1 u orgánulos celulares 2,3, así como para la lectura de alta resolución espacial y temporal de su posición con respecto al centro de la trampa. El sistema descrito en este documento tiene como "tradicional" trampa funciona a 980 nm. Es, además, proporciona un segundo sistema de captura óptica que utiliza un paquete holográfica disponibles comercialmente para crear y manipular simultáneamente patrones de trampas complejos en el campo de visión del microscopio 4,5 a una longitud de onda de 1064 nm. La combinación de los dos sistemas permite la manipulación de varios objetos de refracción al mismo tiempo, mientras que la realización simultánea mediciones de alta resolución de movimiento y la fuerza de producción a escala nanométrica y picoNewton alta velocidad y.
Introduction
Atrapamiento óptico es una de las técnicas principales en la biofísica 6. Un avance crucial en la captura óptica ha sido el desarrollo de trampas holográficas que permiten la creación de patrones de trampas tridimensionales en lugar de trampas de punto convencionales 7. Tales trampas holográficas poseen la ventaja de la versatilidad en el posicionamiento de los objetos de refracción. Sin embargo trampas convencionales pueden ser fácilmente alineados a ser más simétrico que los kits holográficas disponibles comercialmente. También permiten rápido seguimiento preciso de los objetos atrapados. Aquí se describe un sistema (Figura 1) que combina los dos enfoques de captura en un solo instrumento y permite al usuario explotar los beneficios de ambos según sea apropiado.
Las consideraciones generales de la construcción de trampas ópticas (basados en rayos láser simples o múltiples) se discuten en detalle en otra parte 8-10. A continuación, resumimos los aspectos específicos de nuestro sETUP y proporcionar los detalles de nuestro proceso de alineación. Por ejemplo, los sistemas con dos haces ópticos de captura no se han descrito antes (por ejemplo, ref. 11), típicamente usando un haz de láser para atrapar un objeto de refracción y el uso de la otra (rayo de energía intencionalmente bajo) para la lectura desacoplado de la posición del objeto atrapado . Aquí, sin embargo, los dos haces de láser deben ser de alta potencia (300 mW o superior) debido a que ambos se van a utilizar para la captura. Para las mediciones de los sistemas biológicos, los láseres utilizados para la captura deberían caer de manera óptima dentro de una ventana de longitud de onda NIR específica para minimizar la degradación de la proteína inducida por la luz 1. Aquí se ha optado por utilizar el diodo 980 nm y 1064 nm láser DPSS debido a su bajo costo, alta disponibilidad y facilidad de operación.
También hemos optado por utilizar un modulador espacial de luz (SLM) para crear y manipular múltiples trampas simultáneamente en 4,5 tiempo real. Estos dispositivos están disponibles comercialmentesin embargo, su integración en una instalación completa presenta desafíos únicos. Aquí se describe un enfoque práctico que aborda estas dificultades potenciales y proporciona un instrumento muy versátil. Se presenta un ejemplo explícito para la configuración específica descrita, que puede ser utilizado como una guía para los diseños modificados.
Protocol
Representative Results
Discussion
Hemos construido un instrumento que combina dos trampas ópticas de diferentes tipos (Figura 1) para proporcionar instalaciones de captura separadas para la manipulación de objetos y medición. La trampa óptica "convencional" se basa en un láser de diodo de 980 nm. Este haz se expande, dirigió y luego se inyecta en el microscopio invertido (haz "luz roja" en la Figura 1). La trampa óptica holográfica está construido alrededor de una nm láser DPSS 1064. El haz…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
El financiamiento fue proporcionado por la Universidad de Utah. Nos gustaría dar las gracias al Dr. J. Xu (UC Merced) y Dr. Reddy BJN (UC Irvine) útil para los debates.
Materials
| Equipment | Company | Catalog Number | Comments |
| Optical table | Newport corporation | ST-UT2-56-8 | Irvine, CA |
| Microscope, Inverted, Eclipse Ti | Nikon USA | MEA53220 | Melville, NY |
| Plan apo 100X oil objective (1.4 NA) | Nikon USA | MRD01901 | Melville, NY |
| Oil condenser Lens 1.4 NA | Nikon USA | MEL41410 | Melville, NY |
| EMCCD camera | Andor technology USA | Ixon DU897 | South Windsor, CT |
| 1/3″ CCD IEEE1394 camera | NET USA Inc | Foculus FO124SC | Highland IN |
| Laser, TEM00, SLM, 1,064 nm wavelength | Klastech Laser Technologies | Senza-1064-1000 | Dortmund; Germany |
| laser diode, TEM00, SLM, 980 nm | Axcel Photonics | BF-979-0300-P5A | Marlborough, MA |
| laser diode mount | ILX Lightwave | LDX-3545, LDT-5525, and LDM-4984 | Bozeman, MT |
| adjustable fiber ports | Thorlabs | PAF-X-11-B | Newton, NJ |
| holographic system | Arryx | HOTKIT-ADV-1064 | Chicago, IL |
| holographic mirror | Boulder Non-linear Systems | this is a part of HOTKIT-ADV-1064 | Lafayette, CO |
| Calcite polarizer | Thorlabs | GL10-B | Newton, NJ |
| half-wave plate | Thorlabs | WPH05M-1064 | Newton, NJ |
| Polarizer rotation mount | Thorlabs | PRM1 | Newton, NJ |
| half-wave plate rotation mount | Thorlabs | RSP1 | Newton, NJ |
| Shutter | Thorlabs | SH05 | Newton, NJ |
| dichroic mirrors (DM2 & DM3); 45° AOI | Chroma Technology | t750spxrxt | Bellows Falls, VT |
| dichroic mirror (DM1); 45° AOI | Thorlabs | DMSP1000R | Newton, NJ |
| custom mechanical adapter | Thorlabs | SM1A11 and AD12F with enlarged inner bore | Newton, NJ |
| notch filter | Semrock | FF01-850/310-25 | Rochester, NY |
| Acousto-Optic deflector (2-axis) | intraAction | DTD-584CA28 | Bellwood, IL |
| goniometric stage | New Focus | 9081 | Santa Clara, CA |
| 60 mm steering lenses | Thorlabs | LA1134-B | Newton, NJ |
| 16 mm aspherical expander lens | Thorlabs | AC080-016-C | Newton, NJ |
| 175 mm expander lens | Thorlabs | LA1229-C | Newton, NJ |
| Spot blocker (cabron-steel sphere) | Bal-Tec | 0.0100″ diameter | Los Angeles, CA |
| Microspheres (Carboxyl-polystyrene) | Spherotech | CP-45-10 | Lake Forest, IL |
References
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