安全なリモート ・ ラボを使用して帯電液滴の光の浮上実験
January 10th, 2019
光の浮上は、レーザ光を用いたマイクロ メートル サイズの誘電体を浮上の方法です。コンピューター ・ オートメーション ・ システム、光の浮上実験を利用したをリモートで制御することができます。ここでは、我々 の存在は、リモートで制御される光浮上システムの両方で使用教育および研究目的。
このプロトコルは、光子圧力や電荷を帯びた粒子が電界でどのように動くかなど、多くの基本的な物理的概念を視覚化するために使用できます。さらに、これらのタスクはすべてリモートで実行できます。主な利点は、レーザーゴーグルを直接使用するか、またはWebカメラを使用してコンピュータ画面上で、唯一の検出器として私たちの裸目で物理的現象を視覚化できることです。
実験システムは、例えば、ラマン分光法を用いて液滴や液滴の化学組成との相関関係を調べたことで、大気科学の洞察を提供することができる。リモート アクセス プロトコルは、さまざまな種類の実験に適用できます。実験の主な課題は、高出力レーザーを使用することです。
そのため、厳しいレーザー安全規制を適用する必要があります。この実験の全体のアイデアは、通常、ブラックボックス実験や理論的な処理を通じて実証されている物理学の概念を視覚化することです。実験はオスカー・イサクソンとアンドレアス・ヨハンソンによって実証されます。
二人とも地元の高校で教えることと、PHを目指す研究を行うことの間に時間を共有しています。D.Degree. 強力なレーザーが関与しているときはいつでも、安全が最優先事項でなければなりません。これらのレーザーは目に見えるレーザー放射の2ワットを提供する。
したがって、すべての人員はレーザー安全コースに参加する必要があります。まず、ラボエリアの全員にレーザーの電源が入ることを知らせることから始めます。その後、実験室内のレーザー警告ランプをオンにします。
次に、4枚の光吸収ボードを配置し、レーザーと吸収ボードの間のスペースが障害物から解放されていることを確認します。また、トラッピング セルとビーム ブロックの間のスペースがオブジェクトから解放されていることを確認します。レーザーを始める前に、時計や金属のリングも取り外し、適切な目の保護を行います。
次に、ラボ コンピュータの電源を入れ、動作が整うまで待ちます。デスクトップからリモートスタートアップフォルダを開き、アイコンMain1806をクリックします。VI.左上の矢印を押してプログラムを実行します。
EJS変数の下で、レーザーリモート有効2電源という名前のチェックボックスをオンにし、レーザー電流2を25に設定して、レーザーパワーが25%で終わるように、レーザーパワーが25%で終わるようにして、ビームがビームdomで終わることを確認します。ない場合は、ビーム dom の位置を調整します。次に、プログラムVI.のDrops2をチェックし、そのベースで駆動ネジを回すことによって、そのベースで駆動ネジを回すことによって、液滴がレーザービームに落ちるまで液滴ディスペンサーの先端を移動するように変換段階を調整します。
ソフトウェアに戻り、レーザー電流2入力フィールドを使用してレーザーパワーを約66%に引き上げて、液滴をトラップします。ドロップレットがトラップされるとすぐに、Drops2 のチェックを外します。テキストプロトコルに従って液滴の大きさと極性を決定した後、その密度を持つ既知のサイズを掛けることによって液滴の電荷を決定する。
次に、E-Field DC コントロール 2 をゼロに設定し、チャート波形の PSD 正規化位置トレースによる液滴の位置の平均値を推定して記録します。方程式2でF-Read1として与えられたレーザーパワーの値を計算します。次に、E-Field DC コントロール 2 を 1 ~ 5 ボルトまたは 1 ~ 5 ボルトの間に設定して、ドロップが上に移動するようにします。
液滴は新しい位置にあります。液滴が元の位置に戻るまで、レーザーパワーをゆっくりと減らします。新しいレーザーパワーをF-Read 2と書き留めます。
リモートラボラトリーにアクセスするには、Webブラウザでユニラボのウェブページを開きます。接続したら、ヘッダーの下のメニューの最初の項目で目的の言語を選択します。次に、次のデータを使用してログインします。
コース領域で、ログイン領域の隣にあるヨーテボリ大学のロゴを左クリックします。次に、光学浮上をクリックして、この実験の材料にアクセスします。光浮上のリモートラボをクリックしてリモートラボにアクセスします。
その後、Web ページのメインフレームが次のように表示され、リモート ラボラトリーのユーザー インターフェイスが表示されることを確認します。次に、[接続] ボタンをクリックします。接続が成功すると、ボタンのテキストが [接続済み] に変わります。
次に、ドロップレットの追跡をクリックし、PSDデータが受信されていることを確認します。次に、一般表示をクリックして、設定のすべての要素(レーザー、液滴ディスペンサー、トラッピングセル、PSD)を特定します。ドロップレットをトラップするには、まずトラップ液滴ボタンをクリックしてピペットとドロップレットディスペンサーノズルを視覚化します。
次に、レーザーボタンをクリックしてレーザーへの接続を確立します。ここから、レーザーボタンをオンにする下にあるコントロールストリップの第1四半期の周りにレーザーパワーを設定します。緑色のライトが表示されるまで待ちます。
レーザーが正しく位置合わせされている場合は、薄い緑色のビームライトが見えます。アライメントが正しくない場合は、プロトコルに記載されている保守サービスにお問い合わせください。レーザーが揃ったら、バーの4分の3にパワーを上げます。
次に、ドロップレットディスペンサーをオンにするには、[ドロップの開始]ボタンをクリックします。ウェブカメラの画像を見て、フラッシュが生成されるまで待ちます。その瞬間、液滴が捕獲されました。
ウェブカメラの画像をもう一度確認し、トラップセルの中央にドロップレットが浮かっていることを確認します。次に、ドロップドロップボタンを押して、ドロップレットディスペンサーをオフにします。ドロップレットのサイズを決定するには、サイズ変更液滴を押して、付随するテキストプロトコルのセクション8の手順に従います。
キャプチャした液滴の電荷を確認するには、まず[トラッキング]ドロップレットビューをクリックします。次に、電界メニューを選択し、DC電圧数値フィールドを使用して、DC電界をゼロに設定します。グラフを使用して、ドロップレット位置の平均値を推定してメモし、レーザーパワーにも注意してください。
DC電界を500ボルト間の値に設定して、液滴の位置を変更します。位置が変わったら、ドロップレットが元の位置に戻るまでスライダでレーザーパワーを変更し、レーザーパワーの新しい値を書き留めます。最後に、付随するテキストプロトコルの数式2を使用して、液滴の電荷を計算します。
ここに示されているのは、閉じ込められた液滴浮上です。セットアップのセルの内側に浮く液滴の1つを見ることができます。緑色はレーザーによるもので、1点ではなく2つのドットの視力は、細胞のガラス上の液滴の反射によるものです。
この場合、上の点は反射、下の点は液滴です。トラップしようとする最も重要なことは、忍耐を持っていることです。マイクロメートルサイズの液滴は、液滴自体よりもわずかに広い光のビームに着陸することになっています。
充電の精度を高めるために、制御ループを使用できます。電界を適用している間、制御ループは、液滴が元の位置に戻るまでレーザーパワーを変えます。この実験セットアップからのさらなる発展は、高速カメラとの液滴衝突を研究し、また、液滴が高真空チャンバーでどのように動作するかを調査することです。
この実験では、クラス4レーザーが使用されます。ラボや環境の人員を保護するために、すべての安全対策を講じる必要があります。
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概要
この記事では、レーザー光を使用してマイクロメートルサイズの誘電体物体を浮揚させる、遠隔制御型の光学浮揚システムを紹介します。このシステムは教育と研究の両方の目的で設計されており、基本的な物理概念の可視化を可能にします。
主要な研究構成要素
科学の分野
- 光学浮揚
- 光子圧
- 遠隔実験
背景
- 光学浮揚はレーザー光を使用して小さな粒子を操作します。
- このシステムはコンピューターと自動化技術を使用して遠隔で制御できます。
- 物理現象の可視化の独自の機会を提供します。
- 応用分野には大気科学や化学分析が含まれます。
研究の目的
- 光学浮揚の原理を実証すること。
- 実験セットアップへのリモートアクセスを可能にすること。
- 最小限の機器で物理概念を可視化すること。
使用方法
- 浮揚に高出力レーザーの使用。
- コンピューターシステムを介したリモート制御。
- レーザーゴーグルまたはウェブカメラを通じた可視化。
- ラマン分光法を用いた液滴挙動の調査。
主要な結果
- マイクロメートルサイズの誘電体物体の成功的な浮揚。
- 光子圧効果の可視化。
- リモートアクセスにより多様な実験応用が可能。
- 大気科学と液滴化学への洞察。
結論
- 光学浮揚システムは教育と研究の目的に効果的です。
- 遠隔実験はアクセシビリティと参加を向上させます。
- 物理現象は簡単な検出方法で可視化できます。
よくある質問
Executive Industry Relevance
Remote optical levitation of charged droplets enables direct visualization and quantitative measurement of fundamental physical processes relevant to biopharma R&D, such as photon pressure and charged particle dynamics. This system supports hypothesis-driven experimentation in a controlled, reproducible environment, facilitating mechanistic de-risking and target validation in early discovery. The remote lab infrastructure also addresses operational safety and resource constraints, expanding access to advanced physical measurement workflows.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables interrogation of charged particle motion under controlled electric fields for mechanistic insight.
- Supports functional validation of physical hypotheses relevant to particle-based delivery or detection systems.
- Provides a platform for predictive confidence in physical parameter measurement and system behavior.
Screening & Assay Development
- Facilitates preparation and manipulation of validated droplet systems for downstream analytical workflows.
- Enables reproducible, quantitative measurement of droplet size and charge using optical and electrical readouts.
- Supports standardization and scalability through remote, software-controlled operation and data capture.
Translational & Preclinical Research
- Offers potential for alignment with atmospheric or aerosol-based preclinical models where droplet behavior is relevant.
- Provides continuity from physical measurement to translational research in particle-based systems.
- Enables risk-adjusted advancement by clarifying physical mechanisms underlying droplet manipulation.
Pipeline & Workflow Integration
This remote optical levitation platform integrates into the discovery-to-preclinical continuum by enabling hypothesis testing, quantitative measurement, and reproducible manipulation of charged droplets.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing on photon pressure and electric field effects on microdroplets.
- Screening: Delivers quantitative outputs for droplet size and charge, supporting assay readiness.
- Analytics: Provides real-time position and power readouts for comparative analysis across conditions.
- Translational Research: Connects physical droplet behavior to broader preclinical or environmental models when relevant.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable, remotely accessible platform for physical measurement and training.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence and reduces mechanistic ambiguity in physical system studies.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and safe remote access to high-risk instrumentation.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision quality and capital efficiency by enabling robust early-stage measurements.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of particle-based or physical measurement projects.
Implementation Considerations
- Requires expertise in optical physics, laser safety, and remote instrumentation control.
- Demands access to high-powered lasers, droplet dispensers, and real-time data acquisition systems.
- Necessitates strict adherence to safety protocols and cross-team standardization for remote operation.
- May require adaptation for different droplet types or environmental conditions depending on application.
- Operational limitations include alignment sensitivity and the need for robust remote connectivity.
