微型自动光电陷印钻机的制造和测试
2021年11月23日
这项工作描述并描述了微型自动光电陷印装置的制造。
该协议允许几乎任何人参与研究过程。这种方法以前所未有的方式使尖端研究民主化。光泳陷印试验台价格低廉，与许多其他用于光泳陷印的试验台不同，可以很容易地制造。
编写说明是为了使任何人都可以参与此技术。我们的协议专注于创建我们的测试台。一些先前的光学或制造工具知识可能会有所帮助，但不是必需的。
通过放置底座，Y徽章朝上，开始木制钻机的设置，然后将两个长侧片固定在底座的两侧，同时第一个激光支架在一端滑入到位，第一个试管支架在另一端。将两个电磁铁支架放在相机支架上，确保磁铁支架每侧相隔一厘米，然后将磁铁支架和相机支架作为一个单元插入第一个试管支架旁边，间隔为一厘米。接下来，将第二试管支架放在电磁铁支架之后，使第二个试管支架和第二个电磁铁支架之间有一厘米的空间。
如果使用可选的遮光罩或阻挡器，请将遮光罩从相机支架滑到另一侧。根据激光器的长度，将第二个激光支架以所需距离滑入到位。可以在所有支架下方放置一个光导轨，以对齐陷印系统的其他元件。
放置将有助于将镜头与激光和试管对齐。然后将电磁铁放入电磁铁支架中。使用稳压器、试验板和几根电线构建电磁铁控制电路。
为此，请将稳压器放在试验板中，使每个引脚位于不同的行中，并将稳压器的输入引脚连接到微控制器板上的五个 V 电源引脚之一。将稳压器的调整引脚连接到微控制器板上的通用输入和输出或 GPIO23。接下来，将电磁铁的输入线连接到稳压器的输出引脚，并将电磁铁的输出线连接到微控制器上的接地引脚。
对于测试准备，在热胶的帮助下将镜头放在镜头支架内。完成后，将镜头支架放在光轨上，将激光器放在激光支架上。接下来，使用透镜和激光找到激光的焦点，并沿着光轨滑动透镜支架，直到焦点在电磁铁上居中。
用铅笔标记木制底座上的焦点。要准备捕获地点，请确保激光正确关闭，然后使用热胶枪将与电磁铁具有相同极性的小按钮磁铁粘在平台的平坦表面上，以便电磁铁排斥平台。用黑色铝箔涂覆3D打印悬臂状平台，以保护平台不熔化。
涂覆后，将所选颗粒类型放在平台的倾斜侧进行测试，然后将悬臂插入圆形支架中，磁铁面朝外，并将试管插入同一圆形支架中。如果操作正确，磁铁几乎会接触到玻璃。将试管放在管架上，使平台在电磁铁上居中。
悬臂应显示为向上的位置，被电磁铁排斥。通过将相机放在相机支架中以捕获和观察平台上方或周围的任何陷阱来完成设置。仔细检查所有定位后，在开发环境中按"启动"开始测试，或从终端正常启动文件。
如果使用备用代码选项，请使用来自正确目录的终端命令启动测试。从终端运行时，命令应包括测试数和测试所关注的参数。对10种不同的粒子进行了测试，以找到具有最佳捕获速率的粒子。
发现金刚石纳米颗粒和打印机碳粉是两种最好的颗粒类型。使用相机检测系统进行了第二次粒子类型测试，并测试了原始10个粒子中最好的4个。金刚石纳米颗粒仍然是最好的，但确实比以前略低的捕获率。
在激光功率测试期间测量了不同激光功率水平的捕获速率。据观察，高光功率输出与较高的捕获率相对应。全功率激光器在该测试中具有最高的记录捕获率。
在整个协议中要记住的最重要的事情是安全性，尤其是激光安全性。必须遵循适当的激光安全指南。通过此过程，可以轻松更改小变量。
我们测试了激光功率和粒子类型，但任何其他变量（如镜头类型）都可以很容易地改变。研究人员可以出于学术和教育目的实施他们的技术版本。它使人们能够快速进行有意义的研究。
概述
本工作描述并表征了微型自动光推力陷阱装置的制造。该协议通过提供一种廉价且易于制造的光推力陷阱方法，使获得尖端研究的机会更加民主化。
关键研究组成部分
科学领域
- 神经科学
- 生物物理学
- 光学
背景
- 光推力陷阱是一种利用光操控粒子的技术。
- 传统的陷阱装置可能复杂且昂贵。
- 本研究旨在简化此类装置的构建过程。
- 具备光学或制造工具的先前知识会有所帮助，但不是必需的。
研究目的
- 创建一个用户友好的光推力陷阱装置构建协议。
- 使更多人能够参与光推力研究。
- 评估不同粒子类型的陷阱效率。
所用方法
- 组装陷阱装置的分步说明。
- 使用基本的材料和工具进行构建。
- 测试各种粒子类型的陷阱效率。
- 测量不同激光功率水平下的陷阱率。
主要结果
- 金刚石纳米粒子和打印机碳粉显示出最佳的陷阱率。
- 较高的激光功率输出与较高的粒子陷阱率相关。
- 该协议允许轻松修改以测试不同的变量。
结论
- 开发的协议促进了快速且有意义的研究。
- 在整个过程中强调了安全性，特别是激光安全。
- 此方法可以用于学术和教育目的。
常见问题
Executive Industry Relevance
Automated photophoretic trapping rigs enable rapid, reproducible testing of particle manipulation parameters, supporting early-stage technology evaluation in biopharma R&D. The platform's accessibility and modularity facilitate hypothesis-driven experimentation and scalable assay development for optical manipulation workflows. This democratized approach accelerates the validation of optical trapping systems relevant to advanced screening and analytical applications.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic interrogation of particle trapping parameters for mechanistic de-risking.
- Supports functional validation of optical manipulation targets through controlled variable testing.
- Facilitates rapid prototyping and hypothesis testing for new optical trapping modalities.
Screening & Assay Development
- Provides a standardized platform for evaluating particle type, trap type, and numerical aperture.
- Delivers high-throughput, quantitative outputs with automated data capture and analysis.
- Enables reproducible assay conditions for downstream compound or particle screening workflows.
Translational & Preclinical Research
- Allows adaptation of trapping parameters to model system requirements for translational continuity.
- Supports alignment of optical manipulation techniques with disease-relevant particle systems when applicable.
- Facilitates risk-adjusted advancement of optical trapping technologies toward preclinical validation.
Pipeline & Workflow Integration
This automated rig integrates into the discovery-to-screening continuum, enabling iterative optimization of optical trapping parameters before broader preclinical application.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing and pathway clarification for optical manipulation strategies.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible, and quantitative outputs for comparative analysis.
- Analytics: Provides machine vision-enabled measurement and statistical readouts for robust data interpretation.
- Translational Research: Offers parameter flexibility to align with evolving preclinical models.
- Enterprise Reuse: Modular design allows broad adoption and adaptation across research teams and projects.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in optical trapping workflows.
- Operational Value: Standardizes fabrication and testing, enabling reproducibility and scalability.
- Strategic Value: Accelerates go/no-go decisions and optimizes resource allocation for technology development.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization of optical manipulation platforms within R&D pipelines.
Implementation Considerations
- Requires basic scientific and fabrication expertise for assembly and operation.
- Needs access to laser cutters, 3D printers, and standard laboratory electronics.
- Demands adherence to laser safety and cross-team standardization protocols.
- Allows adaptation of test parameters and model systems with minimal modification.
- Limited to non-biological particle trapping unless further validated for biological applications.
