Analizzando il movimento del Nauplius '<em> Artemia salina</em> 'Di monitoraggio ottico di nanoparticelle plasmoniche
Summary
Usiamo tracciamento ottico di nanoparticelle plasmoniche per sondare e caratterizzare i movimenti frequenza degli organismi acquatici.
Abstract
Mostriamo come pinzette ottiche possono fornire uno strumento sensibile per analizzare le vibrazioni fluidici generate dal movimento dei piccoli organismi acquatici. Una singola nanoparticella di oro tenuto da una pinzetta ottica viene utilizzato come sensore per quantificare il movimento ritmico di una larva Nauplius (Artemia salina) in un campione di acqua. Ciò si ottiene sorvegliando lo spostamento dipendente dal tempo della nanoparticella intrappolato in conseguenza dell'attività Nauplius. Una analisi di Fourier della posizione della nanoparticella poi produce uno spettro di frequenza che è caratteristica per il movimento delle specie osservate. Questo esperimento dimostra la capacità di questo metodo per misurare e caratterizzare l'attività di piccole larve acquatiche senza l'obbligo di osservare direttamente e di ottenere informazioni sulla posizione delle larve rispetto alla particella intrappolata. Nel complesso, questo approccio potrebbe dare una panoramica sulla vitalità di alcune specie si trovano in una e acquaticaCoSystem e potrebbe ampliare la gamma di metodi convenzionali per l'analisi di campioni d'acqua.
Introduction
Valutazione della qualità delle acque sulla base di indicatori chimici e biologici è di fondamentale importanza per ottenere informazioni sulle condizioni di stato e ambientali di un ecosistema acquatico 1-3. Metodi classici per l'analisi chimica dell'acqua sono basati sulle proprietà organolettiche e la determinazione dei parametri fisico-chimici. Indicatori biologici, d'altra parte, sono specie animali la cui presenza e vitalità fornire indicazioni sulle condizioni ambientali e l'effetto di inquinanti per un ecosistema che si verificano trovi Esempi tipici di bioindicatori sono Copepods, un gruppo di piccoli crostacei acqua, che può essere trovato in quasi ogni habitat di acqua 4,5. Osservando l'attività e la vitalità di queste specie da un campione di acqua può quindi essere utilizzato per ottenere informazioni sulle condizioni complessive di un ecosistema 5. Le larve di copepodi, che sono chiamati naupli, utilizzare colpi ritmici della loro antenne (ogni larva ha tre paia di appendages al loro regione della testa) per nuotare in acqua 6. La frequenza e l'intensità di questi colpi è quindi un indicatore diretto di età, fitness, e le condizioni ambientali dell'animale 7-10. Eventuali indagini su tali campioni sono di solito fatto con un microscopio osservando e contando i colpi antenna del naupli direttamente. A causa delle loro dimensioni (~ 100-500 micron) 11, questo spesso richiede di fare misurazioni sia uno per uno o per fissare un unico Nauplius ad un substrato.
Qui, dimostriamo un nuovo approccio per osservare l'attività di Copepodo larve in campioni di acqua utilizzando un nanoparticelle d'oro otticamente intrappolati come un rilevatore ultrasensibile. Pinzette ottiche sono tipicamente utilizzati da molti gruppi come strumento sperimentale multa di applicare o misurare le forze tra le molecole fino alla gamma piconewton 12-14. Più recentemente, la gamma di applicazioni per pinzette ottiche è stata ampliata per osservare vibrazioni acustiche e risolverefluttuazioni nt in mezzi liquidi monitorando il movimento di nano e microparticelle che sono confinati in una trappola ottica 15. Particelle che vengono immersi in un liquido sono sottoposti a moto browniano. All'interno di una trappola ottica, tuttavia, questo movimento è parzialmente attenuato da un laser indotto, forza forte pendenza. Pertanto, la rigidità della trappola ottica e la localizzazione della particella nel fuoco del fascio laser possono essere regolati tramite la potenza del laser. Allo stesso tempo, è possibile rivelare caratteristiche circa il potenziale di cattura e di analizzare le interazioni di molecole con la particella monitorando il moto delle particelle dipendente dal tempo nella trappola. Questo approccio rende possibile la presa la frequenza, l'intensità e la direzione del movimento fluidico generato da un oggetto in movimento nel suo ambiente liquido. Si dimostra come questa idea generale può essere applicato per ottenere uno spettro di frequenza del moto di un individuo Nauplius senza il requisitointerferire direttamente con il campione. Questo approccio sperimentale introduce un nuovo concetto generale per l'osservazione del comportamento mobili di esemplari acquatici in un modo molto sensibile. Per le osservazioni sulle specie bioindicatori, questo potrebbe espandere l'attuale metodologia per l'analisi delle acque e potrebbe essere applicata per ottenere informazioni sulla salute e l'integrità degli ecosistemi acquatici.
Protocol
Representative Results
Discussion
Microscopia a campo scuro è uno strumento potente per la visualizzazione nanoparticelle di oro con dimensioni inferiori al limite di diffrazione ottica, poiché la sezione trasversale dispersione delle nanoparticelle metalliche supera la loro sezione trasversale geometrica (cfr. Figura 2A) 18. In una configurazione pinzetta, questo approccio permette anche di distinguere se solo un singolo o multiplo nanoparticelle di oro sono intrappolati dal fascio laser perché plasmonica accoppiamento tr…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Il sostegno finanziario da parte del CER attraverso l'Advanced Investigator Grant HYMEM, dalla DFG attraverso il Nanosystems Iniziativa Monaco di Baviera (NIM) e attraverso il Sonderforschungsbereich (SFB1032), progetto A8 Si ringrazia. Siamo grati al Dr. Alexander Ohlinger, Dr. Sol Carretero-Palacios e wellness Nedev per il supporto e discussioni fruttuose.
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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