Construction d'un microscope à haute résolution avec des capacités de piégeage optique classique et holographique
Summary
Le système décrit ici utilise un piège optique traditionnel ainsi qu'une ligne de piégeage optique holographique indépendant, capable de créer et de manipuler de multiples pièges. Cela permet la création d'arrangements géométriques complexes de particules réfraction tout en permettant à grande vitesse des mesures simultanées à haute résolution, de l'activité des enzymes biologiques.
Abstract
Systèmes de microscope à haute résolution avec des pièges optiques permettent la manipulation précise d'objets divers de réfraction, tels que des billes diélectriques 1 ou organites cellulaires 2,3, ainsi que pour la haute lecture de la résolution spatiale et temporelle de leur position par rapport au centre du piège. Le système décrit ici a un tel "traditionnel" piège fonctionnant à 980 nm. Il fournit en outre un second système de piégeage optique qui utilise un ensemble holographique disponible dans le commerce afin de créer et de manipuler simultanément les modèles de piégeage complexes dans le champ de vision du microscope 4,5 à une longueur d'onde de 1064 nm. La combinaison des deux systèmes permet la manipulation de plusieurs objets de réfraction en même temps tout en menant simultanément une vitesse élevée et mesures à haute résolution du mouvement et de la production de force au nanomètre et l'échelle de piconewton.
Introduction
Piégeage optique est l'une des techniques clés en biophysique 6. Un progrès important dans le piégeage optique a été le développement de pièges holographiques qui permettent la création de modèles de piégeage en trois dimensions plutôt que les pièges de points classiques 7. Ces pièges holographiques possèdent l'avantage de la polyvalence dans le positionnement des objets de réfraction. Cependant pièges classiques peuvent être facilement alignées est plus symétrique que les kits holographiques disponibles dans le commerce. Ils permettent également pour le suivi rapide et précis des objets piégés. Ici, nous décrivons un système (Figure 1) qui combine les deux approches de piégeage dans un seul instrument et permet à l'utilisateur d'exploiter les avantages des deux, selon le cas.
Les considérations générales de la construction de pièges optiques (basé sur des faisceaux laser unique ou multiple) sont discutés en détail ailleurs 8-10. Ici, nous décrivons les considérations spécifiques à notre sEtup et fournir les détails de notre procédure d'alignement. Par exemple, les systèmes avec deux faisceaux de piégeage optique ont été décrits précédemment (par exemple ref. 11), typiquement en utilisant un faisceau laser pour piéger un objet de réfraction et à l'aide de l'autre (faisceau de puissance intentionnellement bas) pour la lecture découplé de la position de l'objet piégé . Ici cependant, les deux faisceaux laser doivent être de haute puissance (300 mW ou ultérieure) parce que les deux doivent être utilisés pour le piégeage. Pour les mesures des systèmes biologiques, les lasers utilisés pour le piégeage devraient baisser de façon optimale dans une fenêtre NIR spécifique de longueur d'onde afin de minimiser la dégradation des protéines induite par la lumière 1. Ici, nous avons choisi d'utiliser 980 diode nm et 1064 nm lasers DPSS en raison de leur faible coût, de haute disponibilité et de facilité d'utilisation.
Nous avons également choisi d'utiliser un modulateur spatial de lumière (SLM) de créer et de manipuler plusieurs pièges simultanément en temps réel 4,5. Ces dispositifs sont disponibles dans le commercemais leur intégration dans une installation complète présente des défis uniques. Nous décrivons ici une approche pratique qui aborde ces difficultés potentielles et fournit un instrument très polyvalent. Nous donnons un exemple explicite de la configuration spécifique décrite qui peut être utilisé comme un guide pour les dessins modifiés.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous avons construit un instrument qui combine deux pièges optiques de différents types (Figure 1) pour fournir des installations de piégeage séparés pour la manipulation d'objets et de mesure. Le piège optique "classique" est construit autour d'une diode laser à 980 nm. Ce faisceau est élargi, dirigé et ensuite injecté dans notre microscope inversé (poutre "lumière rouge" dans la figure 1). Le piège optique holographique est construit autour d&#…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le financement a été assuré par l'Université de l'Utah. Nous tenons à remercier le Dr J. Xu (UC Merced) et Dr. Reddy BJN (UC Irvine) pour des discussions utiles.
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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