Geleneksel ve Holografik Optik Yakalama Yetenekleri ile bir Yüksek Çözünürlüklü Mikroskop İnşaatı
Summary
Burada açıklanan sistemi birden fazla tuzakları oluşturma ve manipüle yeteneğine sahip geleneksel optik tuzak yanı sıra bağımsız bir holografik optik yakalama çizgi, istihdam. Ayrıca biyolojik enzimlerin aktivitesini aynı anda yüksek hızlı, yüksek çözünürlüklü ölçümler izin ise bu kırma parçacıkların karmaşık geometrik düzenlemelerin oluşturulmasını sağlar.
Abstract
Optik tuzakları ile Yüksek çözünürlüklü mikroskop sistemleri, dielektrik boncuk 1 veya cep organelleri 2,3, hem de tuzak ortasına göre konumlarını yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlüğe okuma olduğu gibi, çeşitli kırılma nesnelerin hassas manipülasyon için izin verir. Sistem burada 980 nm de böyle bir "geleneksel" tuzak çalışma vardır nitelendirdi. Bu ayrıca aynı anda 1.064 nm dalga boyunda 4,5 mikroskop görüş alanında karmaşık yakalama desenleri oluşturmak ve işlemek için bir ticari holografik paketi kullanır ikinci bir optik yakalama sistemi sağlar. Aynı anda yüksek hız ve hareket ve nanometre ve piconewton ölçekte güç üretim yüksek çözünürlüklü ölçümler yapılırken iki sistemin kombinasyonu aynı anda birden fazla kırılma nesnelerin manipülasyonu için izin verir.
Introduction
Optik bindirme biyofizik 6'daki temel tekniklerden biridir. Optik yakalama bir önemli gelişme oldukça geleneksel noktası tuzakları 7 üç boyutlu yakalama desen oluşturulması için izin holografik tuzakları gelişme olmuştur. Bu holografik tuzakları kırılma nesneleri konumlandırma çok yönlü avantajı sahip. Ancak geleneksel tuzakları kolayca ticari holografik kitleri daha simetrik olması için düzenlenebilir. Ayrıca tuzak nesnelerin hızlı bir hassas bir izleme sağlar. Burada tek bir cihazda iki yakalama yöntemler bir arada ve kullanıcı olarak uygun hem yararları yararlanmak için izin veren bir sistem (Şekil 1) açıklar.
Yapımında optik tuzakları (tek ya da birden fazla lazer ışınları göre) arasında genel düşünceler başka 8-10 ayrıntılı olarak ele alınmıştır. Burada, bizim s hususlar özel anahatetup ve uyum prosedürü ayrıntı sağlar. Örneğin, iki optik yakalama kirişler sistemleri tipik bir kırılma nesne yakalama ve tuzak nesnenin konumunun ayrılmış okuma için (kasıtlı olarak düşük güç ışın), diğer kullanmak için bir lazer ışını kullanarak, (örneğin ref. 11) önce tarif edilmiştir . Ancak burada, her iki lazer ışınları hem bindirme için kullanılacak olduğu için (300 mW veya daha yüksek) yüksek güçlü olması gerekir. Biyolojik sistemlerin ölçümleri için, yakalama için kullanılan lazerler en iyi ışık kaynaklı protein yıkımı 1 en aza indirmek için dalga boyu belirli bir NUR pencere içinde girmelidir. Burada 980 nm diyot ve nedeniyle düşük maliyetli, yüksek kullanılabilirlik ve çalışma kolaylığı 1.064 nm DPSS lazer kullanmayı seçtim.
Ayrıca 4,5 gerçek zamanlı olarak aynı anda birden fazla tuzaklar yaratmak ve işlemek için bir mekansal ışık modülatör (SLM) kullanmayı seçtim. Bu cihazlar, ticari olarak temin edilebilirancak komple bir kurulum onların entegrasyon benzersiz zorluklar sunuyor. Burada bu potansiyel zorlukları adresleri ve oldukça çok yönlü bir araç sağlar pratik bir yaklaşım açıklar. Biz modifiye tasarımlar için bir rehber olarak kullanılabilir açıklanan özel kurulum için açık bir örnek oluşturmaktadır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Biz nesne manipülasyon ve ölçüm için ayrı yakalama imkanları sağlamak farklı iki optik tuzakları (Şekil 1) bir araya getiren bir araç inşa ettik. "Geleneksel" optik tuzak bir 980 nm diyot lazer etrafında inşa edilmiştir. Bu ışın, genişletilmiş kumanda ve sonra (Şekil 1'de "açık kırmızı" ışın) bizim ters mikroskop içine enjekte edilir. Holografik optik tuzak bir 1.064 nm DPSS lazer etrafında inşa edilmiştir. Kiriş, mekansal ış?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Fon Utah Üniversitesi tarafından sağlandı. Biz faydalı tartışmalar için Dr J. Xu (UC Merced) ve Dr BJN Reddy (UC Irvine) teşekkür etmek istiyorum.
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
- 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).
