기존 및 홀로 그래픽 광학 트래핑 기능과 고해상도 현미경의 구조
Summary
여기에 설명 된 시스템은 여러 개의 트랩을 생성하고 조작 할 수있는 기존의 광학 트랩뿐만 아니라 독립적 인 홀로그램 광학 트래핑 라인을 사용합니다. 또한 생물 효소의 활동을 동시에 고속, 고해상도 측정을 허용하는 동안이 굴절 입자의 복잡한 기하학적 배열을 만들 수 있습니다.
Abstract
광학 트랩 고해상도 현미경 시스템은 유전체 구슬 1 또는 세포 소기관 2,3뿐만 아니라, 트랩의 중심을 기준으로 자신의 위치의 높은 공간과 시간적 해상도 판독 등 다양한 굴절 개체의 정확한 조작 할 수 있습니다. 이 시스템은 여기에 980 nm에서 하나의 "전통적인"트랩이 운영이 설명했다. 그것은 또한 동시에 1,064 ㎚의 파장에서 4,5 현미경의 시야 복잡한 트래핑 패턴을 만들고 조작하는 데 시중에서 홀로그램 패키지를 사용하여 두 번째 광 트래핑 시스템을 제공합니다. 동시에 높은 속도와 움직임과 나노 미터 piconewton 규모에 힘 생산의 고해상도 측정을 수행하는 동안 두 시스템의 조합은 동시에 여러 굴절 개체의 조작을 할 수 있습니다.
Introduction
광 트래핑은 생물 물리학 6의 핵심 기술 중 하나입니다. 광 트래핑의 중요한 발전은 오히려 기존 점 트랩 7보다 입체적으로 트래핑 패턴의 생성을 허용 홀로그램 트랩의 개발이다. 이러한 홀로그램 트랩은 굴절 오브젝트의 위치에 다양성의 장점을 가지고있다. 그러나 기존의 트랩은 쉽게 시중에서 홀로그램 키트보다 더 대칭 적으로 정렬 할 수 있습니다. 그들은 또한 덫을 객체의 빠른 정확한 추적 할 수 있습니다. 여기에서 우리는 하나의 악기 두 트래핑 방법을 결합하여 사용자가 적절한 양의 이점을 악용 할 수있는 시스템 (그림 1)을 설명합니다.
건설 광학 트랩 (하나 또는 여러 개의 레이저 빔 기준)의 일반적인 고려 사항은 다른 8-10 자세히 설명되어 있습니다. 여기에, 우리는 우리의의 고려 사항 특정 개요etup하고 정렬 절차의 세부 사항을 제공합니다. 예를 들어, 두 개의 광학 트래핑 빔이있는 시스템은 일반적으로 굴절 개체를 포획하고 포획 된 개체의 위치의 분리 판독을 위해 (의도적으로 낮은 전력 빔) 다른 사용을위한 하나의 레이저 빔을 사용 (예 : REF. 11) 앞에서 설명한되었습니다 . 여기 그러나 두 레이저 빔은 모두 트래핑에 사용되는 때문에 (300 mW의 이상) 전원 공급 높은해야합니다. 생물학적 시스템의 측정, 트래핑에 사용되는 레이저는 최적의 조명에 의한 단백질 분해 1을 최소화하기 위해 파장의 특정 NIR 창 내에 있어야합니다. 여기에서 우리는 980 nm의 다이오드 때문에 그들의 낮은 비용, 높은 가용성 및 운영의 용이성 1,064 nm의 DPSS 레이저를 사용하기로 결정했다.
우리는 또한 4,5 실시간으로 동시에 여러 트랩을 생성하고 조작하는 공간 광 변조기 (SLM)를 사용하도록 선택했습니다. 이 장치는 상업적으로 사용할 수 있습니다그러나 전체 설치에 그들의 통합은 독특한 도전을 선물한다. 여기에서 우리는 이러한 잠재적 인 어려움을 해결하고 매우 다양한 악기를 제공하는 실용적인 방법을 설명합니다. 우리는 수정 된 설계를위한 가이드로 사용할 수있는 설명 특정 설정에 대한 명시적인 예를 제공합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
우리는 개체 조작 및 측정을위한 별도의 포집 설비를 제공하는 다른 종류의 두 개의 광 트랩 (그림 1)를 결합 악기를 구축했다. "종래의"광학 트랩은 980 nm의 다이오드 레이저 주위에 내장되어 있습니다. 이 빔은, 확장 조종하고 (그림 1의 "빛 빨강"빔) 우리의 거꾸로 현미경으로 주입된다. 홀로그램 광학 트랩이 1,064 nm의 DPSS 레이저 주위에 내장되어 있습니다….
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
기금은 유타 대학에 의해 제공되었다. 우리는 유용한 토론 박사 J. 쑤 (UC 머 시드) 박사 BJN 레디 (UC 어바인)을 감사드립니다.
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 |
Referências
- Svoboda, K., Block, S. M. Biological applications of optical forces. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247-285 (1994).
- Ashkin, A., Schutze, K., Dziedzic, J. M., Euteneuer, U., Schliwa, M. Force generation of organelle transport measured in vivo by an infrared laser trap. Nature. 348, 346-348 (1990).
- Shubeita, G. T., Tran, S. L., et al. Consequences of motor copy number on the intracellular transport of kinesin-1-driven lipid droplets. Cell. 135, 1098-1107 (2008).
- Polin, M., Ladavac, K., Lee, S. H., Roichman, Y., Grier, D. Optimized holographic optical traps. Opt Express. 13, 5831-5845 (2005).
- Sun, B., Roichman, Y., Grier, D. G. Theory of holographic optical trapping. Opt. Express. 16, 15765-15776 (2008).
- Moffitt, J. R., Chemla, Y. R., Smith, S. B., Bustamante, C. Recent advances in optical tweezers. Annu. Rev. Biochem. 77, 205-228 (2008).
- Grier, D. G. A revolution in optical manipulation. Nature. 424, 810-816 (2003).
- Neuman, K. C., Block, S. M. Optical trapping. Rev. Sci. Instrum. 75, 2787-2809 (2004).
- Sheetz, M. P. Laser tweezers in cell biology. Introduction. Methods Cell Biol. 55, xi-xii (1998).
- Spudich, J. A., Rice, S. E., Rock, R. S., Purcell, T. J., Warrick, H. M. Optical traps to study properties of molecular motors. Cold Spring Harb. Protoc. 2011, 1305-1318 (2011).
- Visscher, K., Gross, S. P., Block, S. M. Construction of multiple-beam optical traps with nanometer-resolution position sensing. Selected Topics in Quantum Electronics. IEEE Journal of. 2, 1066-1076 (1996).
- Valentine, M. T., Guydosh, N. R., et al. Precision steering of an optical trap by electro-optic deflection. Opt Lett. 33, 599-601 (2008).
