Die Analyse der Bewegung des Nauplios '<em> Artemia salina</em> 'Von Optical-Tracking von Plasmonische Nanopartikel
Summary
Wir verwenden optische Tracking plasmonischer Nanopartikel zu untersuchen und zu charakterisieren, die Frequenz Bewegungen von Wasserorganismen.
Abstract
Wir zeigen, wie eine optische Pinzette empfindliches Werkzeug, um die Fluid Vibrationen durch die Bewegung von kleinen Wasserorganismen erzeugt analysiert werden können. Ein einzelner Gold-Nanopartikel mit einem optischen Pinzette gehalten wird als Sensor, um die rhythmische Bewegung eines Nauplios Larve (Artemia salina) in einer Wasserprobe zu quantifizieren. Dies wird durch Überwachen der zeitabhängigen Verschiebung des eingeschlossenen Nanopartikel als Folge der Nauplios Aktivität erreicht. Eine Fourier-Analyse der Lage der die Nanopartikel ergibt dann ein Frequenzspektrum, das charakteristisch für die Bewegung der betrachteten Art ist. Dieses Experiment demonstriert die Fähigkeit dieses Verfahrens, ohne die Anforderung zu messen und zu charakterisieren, die die Aktivität von kleinen Wasser Larven, sie direkt zu beobachten und Informationen über die Position der Larven in Bezug auf die eingeschlossenen Partikel zu gewinnen. Insgesamt ist dieser Ansatz einen Einblick auf die Vitalität der bestimmte Arten in einem Wasser e gefunden geben könntecosystem und konnte den Bereich der herkömmlichen Methoden zur Analyse von Wasserproben zu erweitern.
Introduction
Bewertung der Wasserqualität auf Basis der chemischen und biologischen Indikatoren ist von grundlegender Bedeutung, um einen Einblick auf den Zustand und Umgebungsbedingungen eines aquatischen Ökosystems 1-3 zu gewinnen. Klassische Methoden zur chemischen Wasseranalyse werden auf organoleptischen Eigenschaften oder die Bestimmung von physikalisch-chemischen Parametern. Biologische Indikatoren, auf der anderen Seite, sind Tierarten, deren Anwesenheit und Lebensfähigkeit bieten Einblick in die Umweltbedingungen und die Wirkung von Schadstoffen für ein Ökosystem, dass sie auftreten in. Typische Beispiele für Bioindikatoren sind Copepoden, eine Gruppe von kleinen Wasserkrebstiere, die können in fast jedem Lebensraum Wasser 4,5 gefunden werden. Die Beobachtung der Aktivität und Lebensfähigkeit dieser Arten aus einer Wasserprobe kann somit verwendet werden, um Informationen über die Rahmenbedingungen eines Ökosystems 5 zu erhalten. Die Larven der Copepoden, die Nauplien genannt werden, verwenden rhythmische Schläge von ihren Antennen (jede Larve hat drei Paare appendages an ihrem Kopfbereich) in Wasser 6 schwimmen. Die Häufigkeit und Intensität dieser Schlaganfälle ist dabei ein direkter Indikator für das Alter, Fitness und Umweltbedingungen der Tiere 10.07. Jegliche Untersuchungen an diesen Proben sind in der Regel mit einem Mikroskop beobachtet und die Antenne Striche der Nauplien direkt Zählen erfolgt. Aufgrund ihrer Größe (~ 100-500 um) 11, erfordert dies oft, um Messungen entweder einzeln oder um eine einzelne Nauplios auf ein Substrat zu beheben.
Hier einen neuen Ansatz zeigen wir, um die Aktivität der Copepod Larven in Wasserproben mit Hilfe eines optisch gefangenen Gold-Nanopartikel als ultraempfindlichen Detektor zu beobachten. Optische Pinzetten werden in der Regel von vielen Gruppen als feiner experimentelles Werkzeug, um zwischen den Molekülen bis zum Pikonewtonbereich 12-14 an oder messen Kräfte eingesetzt. Vor kurzem, die Palette der Anwendungen für die optische Pinzette wurde erweitert, um akustische Schwingungen zu beobachten und zu lösennt Schwankungen in flüssigen Medien durch Überwachung der Bewegung der Nano-und Mikropartikel, die in einer optischen Falle 15 eingeschlossen werden. Teilchen, die in eine Flüssigkeit eingetaucht werden, werden die Brownsche Bewegung unterworfen. Innerhalb einer optischen Falle, aber diese Bewegung wird teilweise durch eine starke, Laser-induzierte Gradient Kraft gedämpft. Daher kann die Steifigkeit der optischen Falle und die Lokalisierung der Partikel innerhalb des Fokus des Laserstrahls von der Laserleistung eingestellt werden. Zugleich ist es möglich, Eigenschaften über die Fangpotential offenbaren und Wechselwirkungen von Molekülen mit dem Partikel durch Überwachen der zeitabhängigen Bewegung der Teilchen in der Falle zu analysieren. Dieser Ansatz macht es möglich, holen die Häufigkeit, Intensität und die Richtung der Bewegung der fluidischen, die von einem sich bewegenden Objekt in seiner flüssigen Umgebung erzeugt wird. Wir zeigen, wie diese allgemeine Idee angewendet werden, um ein Frequenzspektrum der Bewegung eines einzelnen Nauplios ohne die Notwendigkeit erhalten werdendirekt mit der Probe stören. Dieser experimentelle Ansatz stellt ein neues Gesamtkonzept für die Beobachtung der bewegliche Verhalten von Wasserproben in einem sehr sensiblen Art und Weise. Für Beobachtungen auf Bioindikator Arten, könnte dies die aktuelle Methodik für die Wasseranalyse zu erweitern und konnte angewendet, um Informationen über die Gesundheit und die Unversehrtheit der aquatischen Ökosysteme zu gewinnen.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dunkelfeldmikroskopie ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Visualisierung Gold-Nanopartikel mit Abmessungen unterhalb der optischen Beugungsgrenze, da der Streuquerschnitt der Metallnanopartikel ihrer geometrischen Querschnitt (vgl. Fig. 2A) 18 überschreitet. In einer Pinzette Setup, ermöglicht dieser Ansatz auch zu unterscheiden, ob nur einzelne oder mehrere Gold-Nanopartikel werden durch den Laserstrahl eingefangen, weil Plasmonenkopplung zwischen den Teilchen verursacht eine Rotve…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Finanzielle Unterstützung durch den ERC durch die Erweiterte Investigator Grant HYMEM, von der DFG in der Nanosystems Initiative Munich (NIM) und durch den Sonderforschungsbereich (SFB1032) wird Projekt A8 dankbar anerkannt. Wir sind dankbar, dass Dr. Alexander Ohlinger, Dr. Sol Carretero-Palacios, Spa und Wellness Nedev für die Unterstützung und fruchtbare Diskussionen.
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. |
References
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