לכידה אופטית של חלקיקים

המטרה הכוללת של הליך זה היא ליצור מערך לכידה אופטי של צמצם כדי ללכוד חלקיקים בגודל של כ-20 ננומטר. לשם כך, גלאי מתווסף למערך לכידת לייזר אופטי קיים כדי לאפשר מדידה. לאחר מכן תמיסת הננו-חלקיקים שיש למדוד מוזרמת לתא מיקרופלואידית עם מלכודת חור הננו הכפולה, והתא נטען על מערך הלכידה האופטית.

כאשר חלקיק נכנס לצמצם המואר, העברת האור גדלה באופן דרמטי בגלל עומס דיאלקטרי. אם החלקיק מנסה לעזוב את הצמצם, ירידה בתמסורת גורמת לשינוי בתנע החוצה מהחור, ולפי החוק השלישי של ניוטון גורם לכוח המושך את החלקיק בחזרה לתוך החור הלוכד את החלקיק. החלקיק גורם להסטה אדומה של עקומת ההילוכים, אותה ניתן לנטר.

לפיכך, המלכודת יכולה להפוך לחיישן. בסופו של דבר, ניתן לקבל תוצאות המראות אירועי לכידה של ננו-חלקיקים, כולל התפתחות של חלבונים כלואים, כפי שמעידים שינויים בעוצמת הלייזר דרך חור הננו הכפול. היתרון העיקרי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות כמו לכידה אופטית בכוח שיפוע, הוא שהיא יכולה ללכוד ננו-חלקיקים קטנים יותר עם עוצמות לייזר נמוכות יותר.

שיטה זו יכולה לסייע לענות על שאלות מפתח בביוכימיה, כגון כיצד חלבונים בודדים מתקפלים ומתקשרים, וכיצד חלקיקי וירוס מדביקים תאים חיים? בדרך כלל, אנשים בשל שיטה זו יתקשו מכיוון שקשה לשלב את חור הננה הכפול במערכת לכידת לייזר קיימת. מערך הלכידה האופטית מבוסס על ערכת פינצטה אופטית של מעבדת תור, המצוידת במודול מדידת כוח.

דיודת צילום מפולת משמשת להחלפת גלאי הרביע במודול מדידת הכוח. בעת הגדרת מערכת הלכידה האופטית, יש ללבוש מגן עיניים בכל פעם שהלייזר פועל. ודא שהקורה תהיה מוכלת באזור בטוח על ידי פעולה בחדר סגור והגבלת הקורה בתוך מערך הלכידה ככל האפשר, יש להימנע מתכשיטים מחזירי אור.

כפפות לטקס נלבשות כדי להבטיח ניקיון של האופטיקה, הגדר את ערכת הפינצטה האופטית ואת מודול מדידת הכוח. על פי הוראות היצרן, ערכת הפינצטה האופטית המורכבת היא בעלת עיצוב מיקרוסקופ אור הפוך ומורכבת מהדברים הבאים, לייזר מלכודת, מטרת טבילה של פי 100 בשמן, שלב מיקום דגימה תלת-צירי ומצלמת CCD.

שימו לב כי הגנה מפני פריקה אלקטרוסטטית מומלצת בעת טיפול בדיודות לייזר. מודול מדידת הכוח מאפשר כיול של הפינצטה האופטית באמצעות זיהוי מיקום של מישור המוקד האחורי של הקבל. במקום מודולי מדידת הכוח משתמשים בצילום מפולת על בסיס סיליקון DDE או PD.

גלאי מיקום רביע מכניס גם קבל נגד או מסנן RC באמצעות נגד oh של 200 קילו וקבל 100 פיקופאראד. זה משמש כדי להפחית את הרעש בתדר גבוה ולהקל על ראיית אירועי לכידה באוסילוסקופ. השתמש בכבל קואקסיאלי כדי לחבר את מסנן ה-RC לאחר ה-A PD. לאחר מכן השתמש בכבלים קואקסיאליים ובמתאם T כדי לחבר את האוסילוסקופ ומודול רכישת הנתונים למסנן RC.

המערכת מוכנה כעת לטעינת דגימה. צמצם הננו חור הכפול מורכב משני חורי ננו שנטחנו לסרט זהב על ידי קרן יונים ממוקדת. עובי הסרט 100 ננומטר ונתמך על ידי מצע זכוכית.

חורי הננו חופפים ויוצרים שתי תלולים חדים. ננו-חלקיקים יילכדו ברווח בין התלולים הללו על ידי אור לייזר. זה מקרה על חור הננו הכפול.

יש לטחון תכונות רישום גדולות גם בסרט המתכת כדי לסייע בזיהוי מיקום חור הננו הכפול במיקרוסקופ האופטי. הגדרת תכונות אלה צריכה להיות במרחק של כ-100 מיקרון מחור הננו הכפול. יוצקים 10 גרם של בסיס פולי דימתיל סובוקסן או PDMS וגרם אחד של חומר ריפוי לכוס חד פעמית מערבבים למספר דקות.

לאחר מכן מפנים את התערובת בתא ואקום עד שכל הבועות נעלמות. לאחר מכן, שפכו 1.5 גרם PDMS לצלחת פטרי בקוטר תשעה סנטימטרים. סובב את ה-PDMS על תחתית צלחת הפטרי ב-950 סל"ד למשך 65 שניות לאחר הסיבוב.

העובי אינו קריטי כל עוד הוא מתחת ל 80 מיקרון. מניחים בעדינות שלושה עד חמישה. כיסוי מספר 1.5 מחליק על ה-PDMS כך שהם לא חופפים ומתפנים למשך 30 דקות.

אם במהלך הפינוי החלקות הכיסוי זזות ונערמות זו על גבי זו, הזיזו אותן בעדינות זו מזו. הקפד לשמור על פתקי הכיסוי מתחת לכיסוי דקים ואחידים. לאחר מכן יש לפנות שוב את צלחת הפטרי למשך 30 דקות.

מוציאים את צלחת הפטרי מתא הוואקום ומחממים אותה על פלטה חמה למשך 20 דקות בחום של 85 מעלות צלזיוס כדי לרפא את ה-PDMS. לאחר שה-PDMS מתמצק, השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך לאורך הקצוות של אחת מהחלקות הכיסוי. לאחר מכן בעזרת פינצטה עדינה או להב לחטט בעדינות את השקופית, שכבה דקה של PDMS תידבק להחלקת הכיסוי.

הניחו את הכיסוי עם PDMS בצלחת פטרי חדשה. לאחר מכן בעזרת סכין גילוח, גזרו חלון של שלושה מילימטר על שלושה מילימטר ב- PDMS. חלון זה יהווה את החדר בו תישמר תמיסת הננו-חלקיקים.

השתמש בחותך לייזר כדי לייצר מחזיק שקופיות מיקרוסקופ אקרילי עם חור בקוטר שלושת רבעי אינץ' במרכז. הדביקו את היקף החור בעזרת סרט דו צדדי. השתמש בסכין גילוח כדי לחתוך כל סרט עודף.

הנח את שקופית המיקרוסקופ המפוברקת על אחת מהחלקות הכיסוי המצופות PDMS המוכנות כך שה-PDMS יהיה דחוס בין הזכוכית לאקריליק. בעזרת מיקרו פיפטה מוסיפים כמה טיפות של 0.05% משקל לנפח. תמיסת ננו-ספירה מפוליסטירן לחלון ה-PDMS.

הוסף טיפה על סרט הזהב שבו נמצאים חורי הננו. הנח את דגימת הזהב על גבי פתקי הכיסוי עם חורי הננו בתוך חלון ה-PDMS. ודא שאין בועות בתא.

לאחר מכן לחץ את דגימת הזהב על המכסה. החלק וטפטף כל תמיסה עודפת מכיוון שישתמש במטרת טבילת שמן. הוסף טיפת שמן בצד השני של החלקת הכיסוי על גבי חלון ה-PDMS.

שימו לב למיקום הננו חורים. הכנס את המיקרוסקופ. החלק לתוך שמן מחזיק השקופיות כלפי מטה, ולאחר מכן הורד את מחזיק השקופיות עד ששמן הטבילה יוצר מגע עם המיקרוסקופ.

אובייקטיבי, יישר בערך את שלב השקופית כך שסימני הרישום הטחונים בסרט הזהב יהיו מתחת למטרה. שימוש בתוכנה לרכישת תמונות כגון Thor site, הכלולה כחלק מערכת ההשמנה. מצא את סימני הרישום על סרט הזהב ועקוב אחר קווי המחוון עד לחורי הננה.

מקם את השקף כך שסימני החיווי ואזורים פתוחים אחרים יימחקו ממרכז המסך. העברת אור מוגזמת עלולה לפגוע בהפעלת A PD בלייזר. מכיוון שהמראה הדיכרואית אינה מושלמת, אמורה להופיע נקודה ליד מרכז המסך מקרן הלייזר.

שימוש בתוכנת בקרת שלב הפיזו. מקד עוד יותר את היישור בכל שלושת הצירים. כאשר היישור נכון, ייצפה מתח PD המקסימלי המציין את השידור הגבוה ביותר דרך צמצם הננו.

כעת, לאחר שהמערכת מוגדרת והדגימה נטענת, ניתן לרכוש נתוני לכידה אופטיים. בעזרת סימני החיווי מקם את הנקודה קרוב למיקום ידוע של חור ננו. חורי הננו הכפולים יהיו קטנים מכדי להיפתר בבירור ויופיעו כנקודות קטנות על המסך.

העברת האור דרך הדגימה מסומנת על ידי רמת האות באוסילוסקופ. יישר עוד יותר את הדגימה כדי למקסם את העברת האור. היזהר מסימני חיווי ושריטות גלויות ולא נראות מכיוון שהעברת האור תהיה גבוהה באזורים אלה, חורי ננו יראו קפיצות פתאומיות בהעברת האור בזמן שריטות.

הצג שינויים הדרגתיים יותר באמצעות לוחית הגל. כוונן את קיטוב האור כדי להשיג את העברת האור הגבוהה ביותר מכיוון שמבנה חור הננו הכפול מקוטב. כדי לרכוש נתונים, דגימו את מתח ה-APDs באמצעות מודול רכישת הנתונים למשך הזמן הרצוי.

זמני הרכישה הם בדרך כלל במאות שניות. במקרה זה, תוכנה מותאמת אישית משמשת לרכישת נתונים והמתח נדגם ב-2000 פעמים בשנייה. באמצעות MATLAB לסנן את הנתונים שנרכשו באמצעות מסנן KY Gole ולשרטט אותם מול טימין על גרף כדי להראות לכידה של ננו-חלקיקי פוליסטירן 20 ננומטר, השידור דרך הננו חור הכפול נמדד כפונקציה של זמן.

לאחר מכן תוכנן באמצעות שידור אופטי PD. עם הזמן, אירוע הלכידה הוא פתאומי באופן אופייני עם קצה חד המראה מעבר ברור בין שתי רמות הספק שידור כפי שמוצג בדוגמה זו, לעתים קרובות יש עלייה ברעש האות במצב לכוד. עליית רעש זו נובעת מהתנועה הבראונית של החלקיק הכלוא.

שימו לב שללא החלקיק הכלוא, מקור רעש זה אינו קיים. כמה חפצים עשויים להופיע בתוצאות שאינם מעידים על אירועי לכידה. יש להשליך תוצאות המראות סחיפה הנראית כשינויים איטיים בהעברה לאורך פרק זמן של דקות כפי שמוצג כאן בעקבות הליך זה, ניתן לבצע שיטות אחרות כמו ראמן וספקטרוסקופיה פלואורסצנטית על מנת לענות על שאלות נוספות לגבי אופי הננו-חלקיק שנלכד לאחר התפתחותו.

טכניקה זו סללה את הדרך לחוקרים לחקור ננו-חלקיקים רלוונטיים מבחינה ביולוגית ברמת המולקולה הבודדת. לדוגמה, לחוש קשירת חלבון ולחקור זיהום בנגיף הן ברמת המולקולה הבודדת. לאחר צפייה בסרטון זה, אתה אמור להבין היטב כיצד לשלב מלכודת אופטית כפולה במערכת לייזר T במיקרוסקופ מהפך כדי ללכוד ננו-חלקיקים בודדים.