Name: マイクロトロイドの光共振器を用いたラベルフリー単一分子検出 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: 学ぶラベルフリー単一分子検出法。FLOWER技術とマイクロOIDチップを用いて、光学共振器と周波数ロックによりタンパク質の折りたたみや結合動態を解析する生化学的手法です。

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この研究は、国立総合医科学研究所からのNational Research Service Award（T32GM07616）によって部分的に支援されました。

1。実験のセットアップとサンプルの調製<ol><li>以前に6説明したように、リソグラフィ、エッチング、および融解手順を使用して、マイクロトロイドを製作。一般的に80〜100ミクロンの主要な直径を有するシリコンウェハ（チップ）の上にマイクロトロイドを製作し、2μmの短径。 </li><li>その繊維スプールからおよそシングルモード光ファイバ（125μmのクラッド、4.3ミクロンのモードフィールド径）のメーターをおくつろぎください。 </li><li>光ファイバの巻き出し部分の途中に、ワイヤーストリッパーを使用して光ファイバの周りにポリマーコーティングの小部分（2.5センチ）ストリップ。注：これは、マイクロトロイドにエバネッセント光を結合するために使用される光ファイバの一部です。 </li><li>イソプロパノールアルコールとフリーワイプリントでストリップ繊維をきれいにしてください。 </li><li>磁気クランプ製のファイバホルダを使用して所定の位置に光ファイバのこの部分を持ってください。 </li><li> MELTINによって〜500 nmの薄い取り除か繊維グラム水素トーチ60ミクロン/分の速度で反対方向に動く2ステッピングモータを使用して引っ張ります。 〜10ミリメートル背が高くあるべきである炎の上部、内部に光ファイバを配置します。ファイバを通して送信は（オフに繊維点滅から横方向に散乱した光を見て）、またはオシロスコープに接続されているフォトダイオードに光ファイバを接続することにより、視覚的に監視することのできる、変動停止したときに、繊維を引っ張って停止。 </li><li>光ファイバの一端を切断し、裸ファイバアダプタに挿入します。受光の入力に繊維のこの端を置きます。 </li><li>光ファイバカプラを使用してレーザーのファイバーカップル繊維スプールのもう一方の端を。 </li><li>エポキシ又は両面テープのいずれかを使用して試料ホルダーの上にマイクロトロイドチップ（ステンレス鋼37.8ミリメートル×6.4ミリメートルX 3.2ミリメートル）を配置します。 </li><li> 3軸ナノポジショニング（Nで構成位置決めステージの上に試料ホルダーをマウント3軸マイクロメータの上anocube）ステージ（機器リストを参照してください）​​。振動を最小限に抑えるために、空気圧で分離された光学テーブル上のすべての実験を行います。 </li><li>粗位置3軸マイクロメータを使用して、サンプルチップ。 </li><li>ナノポジショナーを使用して光ファイバにマイクロトロイド含有チップ並列の位置を合わせます。注：入力光（〜633 nm）での1波長の距離内にマイクロトロイドの位置を合わせます。このプロセスの可視化のための2つの撮像列使用上、チップの側に位置する（対物レンズとカメラとチューブを、機器リストを参照してください）​​。 </li><li>偏光を調整するつまみで（機器のリストを参照）、インライン偏光制御器を用いた光ファイバを介して照射されるレーザ光の偏光を最適化します。注意：光ファイバの伝送で測定されたディップが狭く表示されたときに最適な偏光が達成されます。 （詳細については、ステップ2.2を参照）、オシロスコープ上でこのディップを守ってください。 </li><li>構成しますスペーサーとしてガラス顕微鏡スライドを用いて、試料ステージの上にカバーガラスをepoxyingにより試料室。注：全体のセットアップを覆うプレキシグラスエンクロージャは、空気の流れを最小化するために有用であり得ます。小さな開口部は、チューブを使用してポンピングするためのソリューションを可能にするようにしておく必要があります。 </li><li>熱RT水浴（〜500 mL）中≥1時間粒子懸濁液または単一分子の水性溶液を平衡化。注：サンプルは、メーカー、 例えば 、PBSまたはHEPESから指定された関連したバッファを使用してマイクロ遠心チューブに所望の濃度に希釈します。いかなる結合事象が検出されない場合、緩衝液の塩濃度を増加させます。 </li><li> 〜2秒のためのソリューション（1ミリリットル）を簡単に含む渦粒子。 </li><li> 1mlシリンジポンプを用いて1ml /分で試料チャンバに溶液を含む粒子を注入します。 </li><li>試料室を充填した後、シリンジポンプをオフにします。 </li><li>最小限に抑えるために、データを記録する前に30秒待ってください測定に影響を与えることができ、流体の流れに起因する機械的振動の影響。 </li></ol> 2.周波数のロック<ol><li>カップリングが原因で流体の注入に邪魔されるため、ナノポジショナーと試料ホルダーを移動させることにより、光ファイバに再結合しトロイド。 </li><li>様々な波長を介してコンピュータ制御入力レーザを走査することにより、マイクロトロイドの共振波長の位置を確認します。レーザの波長を調整するレーザコントローラ内の圧電素子に三角波電圧信号を送信することによって、この手順を実行します。この波長での水の光の低い吸収があるため、可視光（2.5 nmの±635 nm）を用いた実験を行います。 </li><li>オートバランス受光に光ファイバの出力を接続することにより、光ファイバを介して光透過率を測定します。 BNCケーブルを使用して、オシロスコープに受光の出力を接続します。 O観察nはマイクロトロイドの共振波長において、光ファイバを介して伝送が低下オシロスコープ。 </li><li>ケーブルを介して（機器のリストを参照）、周波数ロックフィードバック制御装置の主入力に受光の出力を接続します。 </li><li> 2 kHzから19 FMの波長振動の振幅のディザリング周波数を持つトップのピークロックを使用して、オートロックモードでフィードバック制御をロックする周波数を実行します。経験的に、チーグラー・ニコルスのチューニング規則14を使用して、ソフトウェアのウィンドウで、比例・積分・微分設定値を設定します。注：これらの値は、すべての実験の開始時に一度設定するだけで済みます。 </li><li>マイクロトロイドの共振波長に対するレーザの波長を自動ロック。試料室を充填した後、この手順を実行します。注：波長シフトが大きすぎる場合には、フィードバック制御がロックを失うことになると自動的に共振波長の位置を見つけるために走査モードに切り替えます。このOC波長に対するCURSは約1線幅（ここでは調査したすべてのシステムのために少なくとも600 FM）よりも大きくシフトします。 </li><li> 24ビットのデータ・アクイジション・カードを使用して、20 kHzでフィードバック制御器の出力を記録します。データ収集ソフトを経由してテキストフ​​ァイルとしてデータをエクスポートします。 </li></ol> 3.データ処理と解析<ol><li>フーリエ変換は、MATLABのデータを変換します。 </li><li>ローは、2 kHzで課されるディザ周波数を除去するために、1 kHzでカットオフを持つ「ブリックウォール」フィルターを使用してデータを渡す（補足コードスクリーンショット1ファイルを参照してください）​​。 </li><li>計算ノッチ16ヘルツのウィンドウサイズを使用してデータをフィルタリングします。注意：これは、この場合には、ノイズの既知のソースを除去するために行われ、60 Hzの電子線ノイズとその高調波、（レーザドライバからの）だけでなく、100ヘルツとその高調波（補足コードスクリーンショット1ファイルを参照してください）​​。 </li><li>逆フーリエ変換は、時間領域に戻ってデータを変換します。 </li><li>メディアンフィルタウィンドウを使用してデータ1,001サンプルの大きさ（補足コードはスクリーンショット2ファイルを参照してください）​​。 </li><li> Kerssemakers ら 15のステップ発見アルゴリズムを用いて、共振波長のステップ変化を探します。 </li><li>各結合工程の振幅のヒストグラムを生成します。 </li><li>式を使用して粒子サイズを計算します。 （1）（説明を参照）。 </li></ol>

<ol><li>Lu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+sensitivity+nanoparticle+detection+using+optical+microcavities%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.+S.+A%22%5BJournal%5D)">High sensitivity nanoparticle detection using optical microcavities.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 108, 5976-5979 (2011).</li>
<li>Su, J., Goldberg, A. F. G., Stoltz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+detection+of+single+nanoparticles+and+biological+molecules+using+microtoroid+optical+resonators%5BTitle%5D)+AND+%22Light%3A+Science+and+Applications%22%5BJournal%5D)">Label-free detection of single nanoparticles and biological molecules using microtoroid optical resonators.</a> Light: Science and Applications. , (2016).</li>
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<li>Arnold, S., Khoshsima, M., Teraoka, I., Holler, S., Vollmer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shift+of+whispering-gallery+modes+in+microspheres+by+protein+adsorption%5BTitle%5D)+AND+%22Opt.+Lett%22%5BJournal%5D)">Shift of whispering-gallery modes in microspheres by protein adsorption.</a> Opt. Lett. 28, 272-274 (2003).</li>
<li>Vollmer, F., Arnold, S., Keng, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single+virus+detection+from+the+reactive+shift+of+a+whispering-gallery+mode%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.+S.+A%22%5BJournal%5D)">Single virus detection from the reactive shift of a whispering-gallery mode.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105, 20701-20704 (2008).</li>
<li>He, L., Ozdemir, S. K., Zhu, J., Kim, W., Yang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Detecting+single+viruses+and+nanoparticles+using+whispering+gallery+microlasers%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nano%22%5BJournal%5D)">Detecting single viruses and nanoparticles using whispering gallery microlasers.</a> Nat Nano. 6, 428-432 (2011).</li>
<li>Dantham, V. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Label-free+detection+of+single+protein+using+a+nanoplasmonic-photonic+hybrid+microcavity%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Label-free detection of single protein using a nanoplasmonic-photonic hybrid microcavity.</a> Nano Lett. 13, 3347-3351 (2013).</li>
<li>Baaske, M. D., Foreman, M. R., Vollmer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Single-molecule+nucleic+acid+interactions+monitored+on+a+label-free+microcavity+biosensor+platform%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Nanotechnol%22%5BJournal%5D)">Single-molecule nucleic acid interactions monitored on a label-free microcavity biosensor platform.</a> Nat Nanotechnol. 9, 933-939 (2014).</li>
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<li>Åström, K. J., Murray, R. M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3a%C3%85str%C3%B6m%2C+KJ+%22Feedback+systems+%3A+an+introduction+for+scientists+and+engineers%22">Feedback systems : an introduction for scientists and engineers</a>. , Princeton University Press. (2008).</li>
<li>Kerssemakers, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assembly+dynamics+of+microtubules+at+molecular+resolution%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Assembly dynamics of microtubules at molecular resolution.</a> Nature. 442, 709-712 (2006).</li>
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</ol>

著者らは、競合する金銭的利益はないと宣言している。

粒子が結合するように、トロイドは増加の共鳴波長（λ）。粒子がアンバインドした場合、共振波長は、それに応じて（ステップダウンイベント）を減少させます。粒子径（d）は、各波長ステップの振幅のヒストグラムを介して決定することができます。各波長ステップの高さは、結合した粒子の大きさの変化に起因し、粒子が結合マイクロトロイドの位置により変化。粒子が電界（E 0、MAX）は最大でマイクロトロイドの赤道に結合すると共鳴波長（ステップ高さ）の最大変化が起こります。この最大ステップ高さ（Δλ）は 、式を通じて粒子径に関連しています。 （1）8、粒子半径であり、Dは、結合した粒子の屈折率と周囲の媒体に基づいて、誘電率、V mはガーゼのモード体積でありますマイクロトロイドの中tは、有限要素シミュレーション2を通じて決定し、E 0（R <su...

単一分子検出実験は、疾患の早期発見のために、及び分子 3の基本特性を調べるために、バイオセンサーに使用される分析物の量を減少させるために有用です。このような実験は通常、ラベルを使用して実行されますが、ラベルは、特定のタンパク質を得ることが常に可能ではない、コストを増加させ、オンサイト実験やポイント・オブ・イベントが検討されて乱すことができ、かつ不便であることができ、特にリアルタイムのためのケア診断。 無標識バイオセンシングのための現在のゴールドスタンダードは、表面プラズモン共鳴4であり、ただし、商業表面プラズモン共鳴システムは、典型的には、nMの程度の検出の典型的な下限を有します。最近では、光共振器は、ラベルフリー単一分子の生物学的検出のための5有望な技術として浮上しています。光共振器は、光6,7の長期（NS）閉じ込めに基づいて動作します。光がエバネッセントです一般的に光ファイバを介してこれらのデバイスに結合されました。光ファイバを通過する光の波長が共振器の共振波長と一致すると、共振器に効率的にカップルを点灯。この結合された光は、全内部共振器の周付近にエバネッセント場を発生させる共振器の空洞内に反映されます。粒子は、共振器、 粒子 8の体積に比例して共振器の変化の共振波長にエバネセント場とバインドを入力します。 検出能力の点で、微小球共振器は、以前の（100 nm）の9,10ウイルス粒子の単一のインフルエンザを検出するために使用されてきました。最近、plasmonically増強微小球光共振器は、 分子 11と8マーのオリゴヌクレオチド12を 、単一のウシ血清アルブミンを検出するために使用されている、しかし、このアプローチは、デ0.3ミクロン2に粒子捕捉領域を制限します副。大きなキャプチャエリアのバイオセンサーは、粒子検出の可能性を最大化するための理想的です。 （&gt; 100μmの2）大と現在のソリューションベースのラベルフリーバイオセンシング技術領域をキャプチャポリスチレン粒子≥25 nmの検出に限られていました。 我々は、溶液中の単一分子の時間分解検出が可能な周波数ロック光ウィスパリングエバネッセント共振器（フラワー）13（ 図1）として知られている光共振器技術に基づくラベルフリーバイオセンシングシステムを開発しました。花がダウンして、単一のタンパク質分子に小さな粒子を検出するために、周波数ロックフィードバック制御、バランス検出、計算フィルタリングと組み合わせたマイクロトロイドの光共振器の長い光子寿命を使用しています。周波数ロックの使用は、掃引またはレーザ波長を走査する必要なしに、粒子を結合するように、システムは、常に、マイクロトロイドのシフト共鳴を追跡することができ大規模な範囲です。 FLOWERの原理は、プラズモン増強を含む​​他の技術の検出能力を向上させるために使用することができます。以下では、FLOWERを実行するための手順が記載されています。

<table><tbody><tr><td>波長可変半導体レーザー</td><td>ニューポート</td><td>TLB-6300</td><td></td></tr><tr><td>レーザーコントローラー</td><td>ニューポート</td><td>TLB-6300-LN</td><td></td></tr><tr><td>周波数ロックフィードバックコントローラー</td><td>トプティカ フォトニクス</td><td>Digilock 110</td><td></td></tr><tr><td>オートバランスフォトレシーバー</td><td>ニューポート</td><td>モデル 2007</td><td></td></tr><tr><td>インライン偏光コントローラー</td><td>ジェネラルフォトニクス</td><td>PLC-003-S-90</td><td></td></tr><tr><td>24ビットデータ集録カード</td><td>National Instruments</td><td>NI-PCI-4461</td><td></td></tr><tr><td>Recombinant human interleukin-2</td><td>Pierce Biotechnology</td><td>R201520</td><td></td></tr><tr><td>20 nm ポリスチレンビーズ</td><td>Thermo Scientific</td><td>3020A</td><td></td></tr><tr><td>NanoCube XYZ Piezo Stage</td><td>Physik Instrumente</td><td>P-611.3</td><td></td></tr><tr><td>光学テーブル</td><td>Newport</td><td>VH3660W-OPT</td><td></td></tr><tr><td>イメージングコラム用対物レンズ</td><td>Navitar Machine Vision</td><td>1-60228</td><td></td></tr><tr><td>イメージングコラム(アダプターチューブ)</td><td>Navitar Machine Vision</td><td>1-60228</td><td></td></tr><tr><td>イメージングコラム用高解像度CCDカメラ</td><td>エドモンド・インダストリアル・オプティクス</td><td>NT39244</td><td></td></tr></tbody></table>

マイクロトロイドの光共振器を用いたラベルフリー単一分子検出

Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators

ダウン単一分子の限界に分子の低濃度を検出することは、そのような疾患の早期発見、および分子の挙動に関する基礎的研究などの分野に影響を与えています。単一分子検出技術は、一般に、蛍光タグまたは量子ドットなどのラベルを使用し、しかし、ラベルは常に利用可能ではない、コストと複雑さが増大し、研究されているイベントを乱すことができます。光共振器は、ラベルを使用せずに単一分子を検出するための有望な手段として浮上しています。現在、溶液中の非plasmonically増強裸光共振器システムによって検出された最小粒子が25nmのポリスチレン球1です。私たちは、この制限を超えると水溶液2のラベルフリーの単一分子検出を達成することができ、周波数ロック光ウィスパリングエバネッセント共振器（フラワー）と呼ばれる技術を開発しました。信号強度は粒子体積に比例するように、私たちの仕事は、&gt; 100倍improvemeを表しNT現在の技術水準を超える信号対雑音比（SNR）です。ここFLOWERの背後にある手順は、フィールドでの使用を高めるために提示されています。

粒子結合事象は明らかに時間をかけてマイクロトロイドの共振波長の階段状の変化（ 図2A）と見られています。これらのステップの高さは。 図2Bのグラフとして示さ2-4はそれぞれ、代表エキソソームの結合からのトレース（nanovesicles）、5 nmのシリカビーズ、および単一のヒトインターロイキン2分子を示しています。階段状のイベントは、粒子サイズにスケーリングするということは、技術が正しく行われたことを示しています。以下に説明するように、これは、ステップの高さ（ 図2B）のヒストグラムを生成し、理論的な予測に観察された最大ステップ高さを比較することによって分析することができます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53180/53180fig1.jpg" /> トロイドセン...

私たちは、溶液中の単一分子を検出できるFrequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator(FLOWER)として知られる光共振器技術に基づくラベルフリーのバイオセンシングシステムを開発しました。ここでは、この作業の背後にある手順を説明し、提示します。

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental ...

本手順の全体的な目的は、光共振器技術と周波数ロックに基づいた手法を用い、ラベルを使用せずに単一分子および極小ナノ粒子を検出することです。この手法は、タンパク質の折り畳みや結合キネティクスなどの生化学分野における重要な疑問を解決するのに役立ちます。本手法の主な利点は、標的分子を検出するためにラベル化する必要がないことです。本手法のセットアップでは、マイクロOIDチップを光ファイバーに結合させます。まず、マイクロOIDチップを用意します。これは、マイクロOIDが作製された、約6.5 mm × 5.5 mmのシリコンチップです。この画像のように、マイクロOIDの長径は80～100 µm、短径は2 µmです。一旦チップを脇に置き、チップと結合させるためのファイバーを準備します。スプールに入ったシングルモードファイバーを使用し、約1 mのファイバーをほどいてください。ワイヤーストリッパーを用意し、巻き戻したファイバーのおよそ中央部分に当てます。ストリッパーを使用して、ファイバーから2.5 centimeterのポリマーコーティングを剥離させます。この剥離された領域が、ファイバーのカップリング領域となります。ファイバーの被覆を剥がした後、糸くずの出ないワイプとイソプロパノールを使用して、剥離部分を洗浄します。次に、マグネットクランプ付きのファイバーホルダーを使用して、洗浄した部分を固定します。次のステップでは、ファイバーを反対方向に引っ張るようにステッピングモーターを配置します。ファイバーホルダーを配置し、被覆除去領域の両側でステッパーモーターをファイバーに取り付けられるようにします。さらに、光源としてファイバーの一端にレーザーを取り付けます。ステッパーモーターを互いに逆方向に動かしてファイバーを延伸させ、水素トーチを使用してファイバーの被覆除去部分を融解させます。ファイバーから側方に散乱する光を絶えず監視してください。点滅している場合は、ファイバーを通過する光の透過量に変動があることを示しており、さらに引き延ばしを行う必要があります。点滅が止まったら、加熱とファイバーの牽引を停止します。これで、ファイバーが約500 nanometersまで細くなります。ファイバーを細径化した後、光源を切り離し、ファイバーと磁気クランプホルダーをステッピングモーターから取り外します。次に、ファイバーをポジショニングステージが設置された空気防振台へ移動させます。サンプルチップ前のサポートブロック上の磁気クランプホルダーにファイバーを設置します。ポジショニングステージは、3軸マイクロメータの上に搭載された3軸ナノポジショニングステージです。ナノポジショニングステージに加えて、アライメントを支援するための上面および側面ビューのイメージングコラムが備わっています。ファイバーの被覆を剥いた部分がポジショニングステージの近くにあることを確認しながら、作業を続けてください。ファイバーの自由端を測定システムに導入する準備をします。自由端を切断した後、ベアファイバーアダプターに挿入します。アダプターを使用して、ファイバーをオシロスコープに接続されたオートバランスフォトレシーバーの入力端に接続します。次に、ファイバーのもう一方の端に注目します。まず、この端を光カプラに取り付けます。次に、50 50 ビームスプリッターと ATT チューナブルダイオードレーザーからの入力を備えたインライン偏光子の出力にファイバーを結合させます。ここまでの接続の概略図を以下に示します。ビームスプリッターの2番目の出力はインライン偏光子を通過し、自動バランス光受信機の参照光として使用されることに注意してください。次のステップでは、ステンレス製のサンプルホルダーを用いてマイクロOIDチップをマウントする準備を行います。両面テープを用いてチップをサンプルホルダーに固定します。次に、マイクロチップをサンプルホルダーの上に配置します。その後、チップを載せたサンプルホルダーをナノポジショニングステージに取り付けます。ここで、ホルダーとチップを3つのX軸マイクロメーターを備えたポジショニングステージ上に設置しています。サンプルチップをファイバーに対して概略的に位置合わせします。粗い位置合わせが完了した後のチップとファイバーがこちらです。次に、ポジショナーをさらに調整し、イメージングカラムを使用して、チップを光ファイバーに対して平行に配置します。ファイバーのレーザー波長を持つマイクロOIDを用いて、ファイバーとマイクロtの画像を取得します。微調整ステップの後、視野の中心付近にある円形のステッカーが位置決め補助となります。ここで、マイクロの共鳴波長の探索に移ります。レーザー波長を約 635 nanometers ± 2.5 nanometers に制御するため、三角波電圧信号を生成します。次に、共鳴点を探索するために波長をスキャンします。オシロスコープでファイバーを通過する透過光を観察してください。共鳴波長において透過率が低下することに注意してください。この時点で、レーザー光の偏光を調整します。インライン偏光コントローラーを調整し、光ファイバー内におけるレーザー光の偏光を最適化してください。オシロスコープでフォトレシーバーの出力を確認し、測定された透過ディップが最も狭くなるまで偏光を調整します。偏光の最適化後、サンプルチャンバーを構築します。サンプルステージ上に。このチャンバーは、顕微鏡用スライドガラスにエポキシ樹脂で固定されたガラスカバースリップで構成されています。スライドガラスはスペーサーとして機能し、カバースリップがチップとファイバーの上に張り出す構造になっています。1 mLのシリンジポンプとチューブを設置し、実験サンプルを1 mL/minの速度でチャンバーに導入できるようにします。次に、ポンプにロードするための、室温で平衡化した1 mLのサンプルを用意します。本例では、5 nmのシリカビーズを含む溶液を使用します。ロード後、サンプルチャンバーを観察し、チャンバーが満たされた時点で注入を停止します。これにより、5 nmのシリカビーズを含む溶液でサンプルチャンバーが満たされ、サンプルの注入が完了します。振動の影響を最小限にするため30秒間待機した後、マイクロ共振器の共振波長を探索します。再び、オシロスコープを用いて共振時のディップとファイバー透過光を観察します。これは、比例・積分・微分（PID）コントローラーを含む、この時点における実験セットアップの概略図です。インテグレータとディザについて。コントローラをピークトップロックを伴うオートロックモードで動作させます。ディザ周波数を2 kHzに、波長振動振幅を19 fmに設定します。PID設定を経験的に決定した後、レーザーの波長をマイクロオイドの共鳴波長に自動ロックさせます。フィードバックコントローラーの出力を記録してデータを収集します。以下は、サイズの異なる3種類の結合粒子を用いたプロトコルによって得られた、時間（秒）に対する共鳴シフト（フェムトメートル）の代表的なトレースです。粒子はエキソソームまたはナノ小胞です。5 nmのシリカビーズとヒトインターロイキン2分子が示されています。各データセットにおける垂直方向および水平方向のAEのスケールが異なることに注意してください。異なる粒子径に対してデータのスケールが異なることが観察されれば、それは手法が正しく実施されたことを示しています。粒子がOIDに結合すると、OIDの共鳴波長が増加し、トレースにステップアップが生じます。粒子が解離すると、共鳴波長が減少し、ステップダウンにつながります。各波長ステップの高さは、粒子のサイズおよびマイクロOID上の位置によって決定されます。タイムスケールは、粒子のOIDダイナミクスによって決定されます。この手法を習得すれば、正しく実施した場合、約3時間で完了させることができます。本手順を行う際は、あらゆるものを可能な限り清潔に保ち、ホコリを除去しておくことが重要です。

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Bioengineering

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バイオセンサーは、複雑な生物学的環境とのインタフェースと表面改質を介してセンサに接続されている高度に特異的なプローブと高感度センサーを組み合わせることにより、ターゲットの検出を実行します。ここでは、センサと生物学的環境を埋めるためにシランカップリング剤を使用して、ビオチンを有するシリカ光センサーの表面官能基を示しています。...

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私たちは、自立ミクロスフェアおよびオンチップmicrotoroids含むシリカ共振空洞を作製する二酸化炭素レーザーリフロー技術の使用について説明します。リフロー法は、両方のデバイス内の長い光子寿命をできるように、表面欠陥を除去します。結果としてデバイスは、通信からbiodetectionに至るまでのアプリケーションを可能にする、超高品質因子を持っています。...

シリカ超高品質ファクターMicroresonatorsの作製

このビデオは、単一細胞からのタンパク質分泌物を検出するための局所的な表面プラズモン共鳴イメージングを示しています。マイクロ流体セットアップとペプチド結合プラズモニックナノ構造チップを使用すると、共鳴角での反射光強度の変化により、単一細胞から分泌されたタンパク質との相互作用が明らかになります。...

単一細胞からのタンパク質分泌物を検出するための局在表面プラズモン共鳴イメージング

蛍光コアマイクロキャビティセンサは、シリカマイクロキャピラリーのチャンネルに高屈折率の量子ドットのコーティングを採用しています。チャネルの中程度を分析するために使用することができるマイクロキャビティ蛍光スペクトルにおける毛管チャネル原因シフトに圧送流体の屈折率の変化。...

Refractometricセンシング用蛍光コアマイクロキャビティの合成と操作

nanodetectionにとって望ましくないレーザジッタノイズを除去するように設計された基準干渉計技術は、超高品質係数マイクロキャビティをプロービングするために利用される。アセンブリ、セットアップ、およびデータ取得のための命令は、キャビティ品質係数を特定するための測定処理と並んで設けられている。...

Nanodetectionのリファレンス干渉計の実装

パラメトリック光機械励起は、最近、光放射圧力と誘導ブリルアン散乱によって、マイクロ流体光機械共振器で実験的に実証されました。この論文では、これらのマイクロ流体共振器の作製と、オプトメカニカル振動の生成と検証の方法論について説明します。...

作製とマイクロ流体光力学発振器のテスト

従来の光学操作技術のスケーラビリティと解像度は、回折によって制限されます。回折限界を回避し、間隔の狭いC字型プラズモニック共振器の経路でパターン化された金表面を使用して、チップ上をナノ粒子を光学的に輸送する方法を説明します。...

ナノ光学コンベヤーベルトの作製と運用

液滴マイクロ流体における多色蛍光検出には、通常、かさばる複雑な落射蛍光顕微鏡ベースの検出システムが含まれます。ここでは、単一の光検出器によって収集されたマルチカラーデータを時間的にエンコードするために、光ファイバーのアレイを利用するコンパクトでモジュール化されたマルチカラー検出スキームについて説明します。...

光ファイバを用いて、液滴マイクロフルイディクスのための多色蛍光検出

マイクロ流体チャンバーを介して研究される視覚的な単一分子生化学は、ガラスバレル、気密シリンジ、チューブとフローセルへのチューブの安定した接続、およびシリンジとチューブの間に切り替えバルブを配置することによる気泡の除去を使用して大幅に促進されます。このプロトコルは、DNAトランザクションと分子間相互作用の視覚化を可能にするデュアルオプティカルトラップを記述します。...

1分子研究のためのデュアル光ピンセットとマイクロ流体工学の使用

この記事では、窒化ケイ素膜共振器のライフサイクルを、設計から製造、特性評価までたどります。...

高Q窒化ケイ素膜共振器の作製と特性評価

学ぶラベルフリー単一分子検出法。FLOWER技術とマイクロOIDチップを用いて、光学共振器と周波数ロックによりタンパク質の折りたたみや結合動態を解析する生化学的手法です。

マイクロトロイドの光共振器を用いたラベルフリー単一分子検出

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