Name: Die Analyse der Bewegung des Nauplios Artemia salina Von Optical-Tracking von Plasmonische Nanopartikel (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-07-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 5 min 52 s
Description: Erfahren Sie die optische Analyse von Bewegungsfrequenzen bei Artemia salina mit plasmonischen Nanopartikeln und optischen Pinzetten. Diese Methode ermöglicht präzise Messungen mikrofluidischer Vibrationen.

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Finanzielle Unterstützung durch den ERC durch die Erweiterte Investigator Grant HYMEM, von der DFG in der Nanosystems Initiative Munich (NIM) und durch den Sonderforschungsbereich (SFB1032) wird Projekt A8 dankbar anerkannt. Wir sind dankbar, dass Dr. Alexander Ohlinger, Dr. Sol Carretero-Palacios, Spa und Wellness Nedev für die Unterstützung und fruchtbare Diskussionen.

1. Versuchsaufbau <ol><li> Verwenden Sie einen aufrechten Mikroskop und eine Dunkelfeld-Ölkühler mit einer numerischen Apertur (NA) = 1.2 für Dunkelfeldbeleuchtung. Verwenden Sie ein Wasserimmersionsobjektiv mit 100-facher Vergrößerung und einem NA = 1.0 für Partikel Beobachtungen und Trapping. Verwenden Sie ein Luftziel mit 10-facher Vergrößerung und einem NA = 0,2, um die Bewegung des Nauplios folgen. </li><li> Verwenden Sie eine optische Pinzette Setup mit einem 1064 nm Dauerstrich-Laser in den oben rechts Mikroskop gekoppelt. Stellen Sie die Laserleistung des optischen Falle auf 100 mW (mit einem Leistungsmesser nach dem Objektiv gemessen). </li><li> Verwenden Sie einen High-Speed-CMOS-Kamera oder eine digitale Spiegelreflexkamera (DSLR)-Kamera in der optischen Falle und der Bewegung des Nauplios Bild erkennen und die Goldpartikelbewegung. </li><li> Verwenden Sie einen Notch-Filter, um den Laser in das Kamera verhindern. </li><li> Verwenden Sie einen Leistungsmesser, die Laserleistung nach dem Ziel zu messen. </li></ol> 2. Probenvorbereitung </p&gt; <ol><li> Pipette ein Wassertropfen (180 ul) auf einem Objektglasträger und die Position der Probe auf dem Dunkelfeldmikroskop. </li><li> Pipettieren Sie Nauplios von einem kleinen Wassertank in den Wassertropfen. </li><li> Verwenden Sie einen 10X Luft Ziel, die Bewegung des Nauplios in der Lösung zu beobachten und einen Videostream. </li><li> Verwenden Sie ein Gold-Nanopartikel mit einem Durchmesser von 60 nm als Detektor, um die Flüssigkeit durch die Bewegung erzeugt Nauplios beobachten. Daher werden 5 ul einer stark verdünnten Partikellösung in den Wassertröpfchen, so daß etwa eine Teilchen in dem Sichtfeld mit einem 100X Wasserimmersionsobjektiv betrachtet werden. </li></ol> 3. Particle Tracking Experiment <ol><li> Falle ein Gold-Nanopartikel mit der optischen Pinzette. Daher bringen die 1.064 nm Laser Einfangen der Nähe einer Gold-Nanopartikel, die treu in Lösung, indem Sie den Mikroskoptisch. Die attraktiven optischen Kräfte der Gold-Nanopartikel in Richtung Brennpunkt th ziehene Laserstrahls. Das eingefangene Teilchen nicht mehr diffundieren und eher seine Position hält. Werfen Sie einen Video-Stream der eingeschlossenen Nanopartikel mit der DSLR-Kamera mit einer Bildrate von 50 Hz für 30 Sekunden. </li><li> Ausschalten des Lasers des optischen Pinzette und lassen die Gold-Nanopartikel aus der Falle. </li><li> Verwenden einer Partikelverfolgungsprogramm, um die Position des optisch eingefangen Goldpartikel bei jedem Rahmen des Videostroms auszulesen. Eine schnelle Fourier-Transformation (FFT) des xy-Position des Partikels über die Zeit zeigt ein Frequenzspektrum. HINWEIS: Hier wurde eine selbstgeschriebene &quot;IGOR PRO&quot; Computerprogrammcode verwendet werden, um die Partikelmittelposition in der xy-Ebene über die Zeit und für die FFT-Analyse zu analysieren. </li><li> Als Alternative zu einem selbst geschriebenen IGOR-Code verwenden, die frei verfügbar &#39;Video-Spot Tracker &quot;-Programm für die Verfolgung der Partikel in dem Video. Verwenden der kommerziellen Software &quot;Origin&quot;, um die Fourier-Transformation der Tracking-Daten durch: <ol&gt; <li> Ziehen Sie die Video-Datei auf das geöffnete Programm &quot;Video-Spot Tracker&quot;. </li><li> Mausklick auf das Teilchen im ersten Bild der Video-Stream und einem kreisförmigen Bereich von Interesse erscheint gesehen. </li><li> Wählen Sie &quot;symmetrisch&quot; und &quot;optimieren&quot; in der oberen Fenster der Eingabeaufforderung, um die Verfolgung der Partikel zu optimieren. </li><li> Mausklick &quot;Protokollierung&quot; im oberen Fenster der Eingabeaufforderung und wählen Sie einen Ordner, um die Daten zu speichern. Die Tracking-Daten werden als Daten-Tabelle gespeichert werden. </li><li> Mausklick &quot;Play Video&quot; auf der linken Fenster der Eingabeaufforderung des Tracking-Programm und warten, bis alle Frames des Videos analysiert. </li><li> Schließen Sie das Programm und öffnen Sie die gespeicherte Daten-Tabelle mit &quot;Herkunft&quot;. Festlegen der Spaltenwerte als &quot;Y 1&quot; und &quot;y 2&quot;. </li><li> Legen Sie Zeit Schritte für jedes Videobild als &quot;x&quot; in der &quot;Origin&quot;-Daten-Tabelle. </li><li> Markieren Sie die x-Position-Spalte und führen eine FFT, indem Sie &quot;Datenanalyse&quot; und &quot;FFT&quot; in der oberen Fenster der Eingabeaufforderung. Wiederholen Sie die Schritte für die y-Positionsspalte. </li><li> Plotten der Amplituden der berechneten FFT-Signal in x-und y-Richtung als Funktion der Frequenz. </li></ol></li></ol> 4. Numerische Simulation <ol><li> Berechnen Sie die Polarisierbarkeit α der 60-nm-Goldpartikel mit Hilfe des Computerprogramms &quot;Mathematica&quot;. <ol><li> Verwenden der Gleichung (1), um die Polarisierbarkeit nach Kuwata et al 16 zu berechnen.: <img alt="Gleichung 1" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51502/51502eq1.jpg" width="300" /> (1) </li><li> Definiert die folgenden drei Parameter in der Programmcode die wellenlängenabhängige komplexe dielektrische Funktion der Goldpartikel, die Nanopartikel Radius und der Brechungsindex des umgebenden Mediums. </li></ol></li><li> Verwenden Sie die Beschreibung der elektric Feldverteilung eines fokussierten Gaußschen Strahl nach Agayan et al 17, die auf einem 60-nm-Goldpartikel wirkenden optischen Kräfte zu berechnen.: <img alt="Gleichung 2" fo:content-width="4in" src="/files/ftp_upload/51502/51502eq2.jpg" width="500" /> (2) <ol><li> . Verwendung der Gleichungen (3) - (6) von Agayan et al 17 sowohl zu berechnen, die Steigung und die Streuung an dem Teilchen wirkenden Kräfte: <img alt="Gleichung 3" fo:content-width="3.5in" src="/files/ftp_upload/51502/51502eq3.jpg" width="350" /> (3) <img alt="Gleichung 4" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51502/51502eq4.jpg" width="300" /> (4) <img alt="Gleichung 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51502/51502eq5.jpg" width="500" /> (5) <img alt="Gleichung 6" fo:content-width="3in" src="/files/ftp_upload/51502/51502eq6.jpg" width="300" /> (6) </li><li> In dem Programmcode, definieren die Parameter für die Laserleistung, die numerische Apertur des oIEL und der Komplex Polarisierbarkeit des Nanopartikels. </li><li> Fassen Sie den Gradienten Kraft und die Streukraft, um die Gesamt auf der Goldpartikel in einer optischen Falle wirkenden optischen Kraft zu berechnen. </li></ol></li><li> Führen Sie die Simulation durch gleichzeitiges Drücken der &quot;Control&quot; und &quot;Enter&quot;. </li></ol>

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<li>Agayan, R. R., Gittes, F., Kopelman, R., Schmidt, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+trapping+near+resonance+absorption%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Optical trapping near resonance absorption.</a> Applied Optics. 41 (12), 2318-2327 (2002).</li>
<li>Klar, T., Perner, M., Grosse, S., von Plessen, G., Spirkl, W., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-Plasmon+Resonances+in+Single+Metallic+Nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+Letters%22%5BJournal%5D)">Surface-Plasmon Resonances in Single Metallic Nanoparticles.</a> Physical Review Letters. 80, 4249-4252 (1998).</li>
<li>Ohlinger, A., Nedev, S., Lutich, A. A., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optothermal+Escape+of+Plasmonically+Coupled+Silver+Nanoparticles+from+a+Three-Dimensional+Optical+Trap%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Letters%22%5BJournal%5D)">Optothermal Escape of Plasmonically Coupled Silver Nanoparticles from a Three-Dimensional Optical Trap.</a> Nano Letters. 11 (4), 1770-1774 (2011).</li>
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<li>Urban, A. S., Fedoru, K. M., Nedev, S., Lutich, A., Lohmueller, T., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shrink-to-fit+Plasmonic+Nanostructures%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Optical+Materials%22%5BJournal%5D)">Shrink-to-fit Plasmonic Nanostructures.</a> Advanced Optical Materials. 1 (2), 123-127 (2013).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Dunkelfeldmikroskopie ist ein leistungsfähiges Werkzeug für die Visualisierung Gold-Nanopartikel mit Abmessungen unterhalb der optischen Beugungsgrenze, da der Streuquerschnitt der Metallnanopartikel ihrer geometrischen Querschnitt (vgl. Fig. 2A) 18 überschreitet. In einer Pinzette Setup, ermöglicht dieser Ansatz auch zu unterscheiden, ob nur einzelne oder mehrere Gold-Nanopartikel werden durch den Laserstrahl eingefangen, weil Plasmonenkopplung zwischen den Teilchen verursacht eine Rotversch...

Bewertung der Wasserqualität auf Basis der chemischen und biologischen Indikatoren ist von grundlegender Bedeutung, um einen Einblick auf den Zustand und Umgebungsbedingungen eines aquatischen Ökosystems 1-3 zu gewinnen. Klassische Methoden zur chemischen Wasseranalyse werden auf organoleptischen Eigenschaften oder die Bestimmung von physikalisch-chemischen Parametern. Biologische Indikatoren, auf der anderen Seite, sind Tierarten, deren Anwesenheit und Lebensfähigkeit bieten Einblick in die Umweltbedingungen und die Wirkung von Schadstoffen für ein Ökosystem, dass sie auftreten in. Typische Beispiele für Bioindikatoren sind Copepoden, eine Gruppe von kleinen Wasserkrebstiere, die können in fast jedem Lebensraum Wasser 4,5 gefunden werden. Die Beobachtung der Aktivität und Lebensfähigkeit dieser Arten aus einer Wasserprobe kann somit verwendet werden, um Informationen über die Rahmenbedingungen eines Ökosystems 5 zu erhalten. Die Larven der Copepoden, die Nauplien genannt werden, verwenden rhythmische Schläge von ihren Antennen (jede Larve hat drei Paare appendages an ihrem Kopfbereich) in Wasser 6 schwimmen. Die Häufigkeit und Intensität dieser Schlaganfälle ist dabei ein direkter Indikator für das Alter, Fitness und Umweltbedingungen der Tiere 10.07. Jegliche Untersuchungen an diesen Proben sind in der Regel mit einem Mikroskop beobachtet und die Antenne Striche der Nauplien direkt Zählen erfolgt. Aufgrund ihrer Größe (~ 100-500 um) 11, erfordert dies oft, um Messungen entweder einzeln oder um eine einzelne Nauplios auf ein Substrat zu beheben. Hier einen neuen Ansatz zeigen wir, um die Aktivität der Copepod Larven in Wasserproben mit Hilfe eines optisch gefangenen Gold-Nanopartikel als ultraempfindlichen Detektor zu beobachten. Optische Pinzetten werden in der Regel von vielen Gruppen als feiner experimentelles Werkzeug, um zwischen den Molekülen bis zum Pikonewtonbereich 12-14 an oder messen Kräfte eingesetzt. Vor kurzem, die Palette der Anwendungen für die optische Pinzette wurde erweitert, um akustische Schwingungen zu beobachten und zu lösennt Schwankungen in flüssigen Medien durch Überwachung der Bewegung der Nano-und Mikropartikel, die in einer optischen Falle 15 eingeschlossen werden. Teilchen, die in eine Flüssigkeit eingetaucht werden, werden die Brownsche Bewegung unterworfen. Innerhalb einer optischen Falle, aber diese Bewegung wird teilweise durch eine starke, Laser-induzierte Gradient Kraft gedämpft. Daher kann die Steifigkeit der optischen Falle und die Lokalisierung der Partikel innerhalb des Fokus des Laserstrahls von der Laserleistung eingestellt werden. Zugleich ist es möglich, Eigenschaften über die Fangpotential offenbaren und Wechselwirkungen von Molekülen mit dem Partikel durch Überwachen der zeitabhängigen Bewegung der Teilchen in der Falle zu analysieren. Dieser Ansatz macht es möglich, holen die Häufigkeit, Intensität und die Richtung der Bewegung der fluidischen, die von einem sich bewegenden Objekt in seiner flüssigen Umgebung erzeugt wird. Wir zeigen, wie diese allgemeine Idee angewendet werden, um ein Frequenzspektrum der Bewegung eines einzelnen Nauplios ohne die Notwendigkeit erhalten werdendirekt mit der Probe stören. Dieser experimentelle Ansatz stellt ein neues Gesamtkonzept für die Beobachtung der bewegliche Verhalten von Wasserproben in einem sehr sensiblen Art und Weise. Für Beobachtungen auf Bioindikator Arten, könnte dies die aktuelle Methodik für die Wasseranalyse zu erweitern und konnte angewendet, um Informationen über die Gesundheit und die Unversehrtheit der aquatischen Ökosysteme zu gewinnen.

<table><tbody><tr><td>Mikroskop Zeiss Axio Scope.A1</td><td>Carl Zeiss</td><td>490035-0012-000</td><td>Dunkelfeldbeleuchtung</td></tr><tr><td>Wasserobjektiv Achroplan</td><td>Carl Zeiss</td><td>440087</td><td>100-fache Vergrößerung, NA = 1,0</td></tr><tr><td>Luftobjektiv Epiplan</td><td>Carl Zeiss</td><td>442934</td><td>10-fache Vergrößerung, NA = 0,2</td></tr><tr><td>Dunkelfeld-Ölkondensator</td><td>Carl Zeiss</td><td>445323</td><td>NA = 1,2</td></tr><tr><td>Cobolt Rumba CW 1.064 nm DPSSL</td><td>Cobolt</td><td>1064-05-01-2000-500</td><td>1.064 nm, CW, &lambda; = 1.064 nm, 2 Watt, TEM00</td></tr><tr><td>Strahlaufweiter</td><td>Edmund Optics</td><td></td><td>Art.-Nr. 1064 2-8X 64414</td></tr><tr><td>Hochgeschwindigkeitskamera Dimax HD</td><td>PCO. Deutschland</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Farbkamera Canon EOS 500 D&nbsp;</td><td>Canon</td><td></td><td>FAQ-ID: 8201395700</td></tr><tr><td>Kerbfilter StopLine 532/1064</td><td>Semrock</td><td>A11149-711265</td><td>Art.-Nr. NF01-532U</td></tr><tr><td>Wasser&nbsp;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nauplius Artemia salina</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Goldkolloid</td><td>BBInternationale</td><td>Charge 13741&nbsp;</td><td>Durchmesser 60 nm</td></tr><tr><td>MQMie Version 3.2&nbsp;</td><td>Dr. Michael Quinten</td><td></td><td></td></tr>, <tr><td>Mathematica 8.0</td>, <td>Wolfram</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Comsol, Multiphysik 4.0&nbsp;</td><td>COMSOL, Inc.</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

die analyse der bewegung des nauplios &#39;<em&gt; artemia salina</em&gt; &#39;von optical-tracking von plasmonische nanopartikel

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

Wir zeigen, wie eine optische Pinzette empfindliches Werkzeug, um die Fluid Vibrationen durch die Bewegung von kleinen Wasserorganismen erzeugt analysiert werden können. Ein einzelner Gold-Nanopartikel mit einem optischen Pinzette gehalten wird als Sensor, um die rhythmische Bewegung eines Nauplios Larve (Artemia salina) in einer Wasserprobe zu quantifizieren. Dies wird durch Überwachen der zeitabhängigen Verschiebung des eingeschlossenen Nanopartikel als Folge der Nauplios Aktivität erreicht. Eine Fourier-Analyse der Lage der die Nanopartikel ergibt dann ein Frequenzspektrum, das charakteristisch für die Bewegung der betrachteten Art ist. Dieses Experiment demonstriert die Fähigkeit dieses Verfahrens, ohne die Anforderung zu messen und zu charakterisieren, die die Aktivität von kleinen Wasser Larven, sie direkt zu beobachten und Informationen über die Position der Larven in Bezug auf die eingeschlossenen Partikel zu gewinnen. Insgesamt ist dieser Ansatz einen Einblick auf die Vitalität der bestimmte Arten in einem Wasser e gefunden geben könntecosystem und konnte den Bereich der herkömmlichen Methoden zur Analyse von Wasserproben zu erweitern.

Eine schematische Darstellung des experimentellen Aufbaus ist in Fig. 1A gezeigt. Ein Dunkelfeldkonfiguration ist notwendig, um die Verschiebung eines 60 nm Goldpartikel in einer optischen Falle 15 optisch zu erfassen. Die Wellenlänge von 1064 nm für die Fanglaser wird so gewählt, um eine stabile Begrenzung der Detektor Goldteilchen 12,14 zu gewährleisten. Ein Strahlteiler, der in dem Mikroskop verwendet wird, um das Einfangen Strahl durch das Objektiv zu fokussieren und ein Kerbfi...

Wir verwenden optische Tracking plasmonischer Nanopartikel zu untersuchen und zu charakterisieren, die Frequenz Bewegungen von Wasserorganismen.

Die Analyse der Bewegung des Nauplios &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Von Optical-Tracking von Plasmonische Nanopartikel

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Frequenzen der Bewegung eines aquatischen Mikroorganismus mithilfe eines optisch eingefangenen plasmonischen Nanopartikels zu analysieren. Dies wird zunächst erreicht, indem OPIS-Larven in Wasser unter einem Mikroskop beobachtet werden, das mit einem optischen Pinzette und einer Kamera ausgestattet ist. Der zweite Schritt besteht darin, goldene Nanopartikel mit einem Durchmesser von 16 Nanometern in das OPIS-Umfeld hinzuzufügen.Anschließend wird mittels optischem Pinzettengerät ein einzelnes Goldnanopartikel in der Nähe der NOIs eingefangen. Der letzte Schritt besteht darin, die Diffusion des eingefangenen Nanopartikels zu beobachten, während sie durch die Bewegung der Nous beeinflusst wird. Videodaten werden aufgezeichnet und mithilfe einer Partikel-Tracking-Software analysiert.Schließlich wird die zeitabhängige Position der Nanopartikel in den Fourier-Raum transformiert, um die Bewegungsfrequenzen der Nous zu extrahieren. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie der herkömmlichen Mikroskopie besteht darin, dass strömungsbedingte Schwingungen analysiert werden, wodurch die Methode nicht durch ein

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Quantitative Locomotion Study of Frei Schwimmen Mikroorganismen mittels Laserbeugung

Die folgenden Setup-Ansatzes Details Low-Power-optische Fallen von dielektrischen Nanopartikel mit einem Doppel-nanohole in Metallfolie.

Optical Trapping von Nanopartikeln

Ein Mikrochip Herstellungsverfahren, die Plasmonen Pinzette umfasst wird hier vorgestellt. Der Mikrochip ermöglicht die Abbildung eines eingeschlossenen Teilchen maximal Trapping Kräfte zu messen.

Plasmonische Trapping und Freisetzung von Nanopartikeln in einer Monitoring-Umgebung

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Trapping von Mikropartikeln in Nanoplasmonic optischen Gitter

Dieser Protokolldetails, den Bau und Betrieb eines Echtzeit-3D Einzelkorn Tracking-Mikroskops in der Lage Tracking nanoskalige fluoreszierende Sonden bei hohen diffusiven Geschwindigkeiten und geringen Photon Zählraten.

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Visualisierung der Diffusionsdynamik von Gold-Nanostäben auf der Zellmembran mit Single Nanoparticle Darkfield-Mikroskopie

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Überwachung der Konformationsdynamik einzelner unmodifizierter Proteine mit einer plasmonischen Nanopinzette

Erfahren Sie die optische Analyse von Bewegungsfrequenzen bei Artemia salina mit plasmonischen Nanopartikeln und optischen Pinzetten. Diese Methode ermöglicht präzise Messungen mikrofluidischer Vibrationen.

Die Analyse der Bewegung des Nauplios '

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