ミニチュア自動フォトフォレティックトラップリグの製造とテスト
2021年11月23日
この研究は、小型自動フォトフォレティックトラップリグの製造を説明し、特徴付けます。
このプロトコルにより、ほぼすべての人が研究プロセスに参加できます。この方法は、これまでにない方法で最先端の研究を民主化します。光泳動トラップテストリグは安価で、フォトフォレティックトラップに使用される他の多くのリグとは異なり、簡単に製造できます。
説明書は、誰でもこの技術に参加できるように書かれています。当社のプロトコルは、テストリグの作成に焦点を当てています。光学系や製造ツールに関する予備の知識が役立つかもしれませんが、必須ではありません。
木製のリグのセットアップを開始するには、Yエンブレムを上に向けてベースピースを下に置き、2つの長いサイドピースをベースの両側に保持し、最初のレーザーホルダーを一方の端にスライドさせ、最初の試験管ホルダーをもう一方の端にスライドさせます。2つの電磁石ホルダーをカメラホルダーの上に置き、マグネットホルダーが両側で1センチメートル離れていることを確認し、マグネットホルダーとカメラホルダーをユニットとして1センチ間隔で最初の試験管ホルダーの隣に挿入します。次に、第2の試験管ホルダを電磁石ホルダの後に置き、第2の試験管ホルダと第2の電磁石ホルダとの間に1センチメートルの間隔が空くようにする。
オプションのライトシールドまたはブロッカーを使用する場合は、カメラホルダーとは反対側にライトシールドをスライドさせます。2 番目のレーザーホルダーを、レーザーの長さに応じて希望の距離で所定の位置にスライドさせます。光レールをすべてのホルダの下に配置して、トラップシステムの他の要素を整列させることができます。
配置は、レンズをレーザーと試験管に合わせるのに役立ちます。次に、電磁石を電磁石ホルダーに入れます。電圧レギュレータ、ブレッドボード、および数本のワイヤを使用して電磁石制御回路を構築します。
これを行うには、各ピンが別々の列になるように電圧レギュレータをブレッドボードに配置し、電圧レギュレータの入力ピンをマイクロコントローラボード上の5ボルトの電源ピンの1つに配線します。電圧レギュレータの調整されたピンをマイクロコントローラボード上の汎用入出力またはGPIO23に配線します。次に、電磁石の入力配線を電圧レギュレータの出力端子に接続し、電磁石の出力配線をマイクロコントローラのグランド端子に接続します。
テストの準備のために、ホットグルーの助けを借りてレンズホルダーの内側にレンズを置きます。完了したら、レンズホルダーを光学レールに置き、レーザーをレーザーホルダーに置きます。次に、レンズとレーザーを使用してレーザーの焦点を見つけ、焦点が電磁石の中央になるまでレンズホルダーを光学レールに沿ってスライドさせます。
木のベースの焦点に鉛筆で印を付けます。トラップサイトを準備するには、レーザーが正しくオフになっていることを確認し、ホットグルーガンを使用して電磁石と同じ極性の小さなボタンマグネットをプラットフォームの平らな面に接着し、電磁石がプラットフォームを撃退するようにします。3D プリントされた片持ち梁のようなプラットフォームを黒いアルミ箔でコーティングして、プラットフォームを溶融から保護します。
コーティング後、選択した粒子タイプを試験用のプラットフォームの斜め側に置き、磁石側を外側にして片持ち梁アームを円形ホルダに挿入し、試験管を同じ円形ホルダに挿入します。正しく行うと、磁石はほとんどガラスに触れます。試験管をチューブホルダーの上に置き、プラットフォームを電磁石の中央に配置します。
片持ち梁は、電磁石によってはじかれた上向きの位置にあるように見えるはずです。カメラをカメラホルダーに置き、プラットフォームの上または周りのトラップをキャプチャして観察して、セットアップを完了します。すべての位置を再確認した後、開発環境でStartを押してテストを開始するか、ターミナルからファイルを正常に起動します。
代替コード・オプションを使用する場合は、適切なディレクトリーから端末コマンドを使用してテストを開始します。ターミナルから実行する場合、コマンドにはテストの数とテストが焦点を当てているパラメーターを含める必要があります。10種類の粒子の試験を実施して、最も捕捉率の高い粒子を見つけました。
ダイヤモンドナノ粒子とプリンタートナーが2つの最良の粒子タイプであることが判明した。2番目の粒子タイプテストをカメラ検出システムで実施し、元の10個の粒子のうち最良の4個をテストしました。ダイヤモンドナノ粒子は依然として最高でしたが、以前よりもわずかに低い捕捉率を有していました。
異なるレーザーパワーレベルに対するトラップの速度は、レーザーパワーテスト中に測定された。高い光パワー出力は、より高いトラップ率に対応することが観察された。フルパワーのレーザーは、このテストで最も高い記録トラップ率を記録しました。
プロトコル全体を通して覚えておくべき最も重要なことは、安全性、特にレーザーの安全性です。適切なレーザー安全ガイドラインに従う必要があります。この手順により、小さな変数を簡単に変更できます。
レーザー出力とパーティクルタイプをテストしましたが、レンズタイプのような他の変数は簡単に変更できます。研究者は、学術的および教育的目的のために技術の彼らのバージョンを実装することができます。それは人々が迅速に有意義な研究をすることを可能にします。
概要
この作品は、ミニチュア自動フォトフォレティックトラップ装置の製作について説明し、その特徴を示しています。このプロトコルは、フォトフォレティックトラップのための安価で容易に製作できる方法を提供することで、最先端の研究へのアクセスを民主化します。
研究の主要な構成要素
科学の分野
- 神経科学
- 生物物理学
- 光学
背景
- フォトフォレティックトラッピングは、光を使用して粒子を操作する技術です。
- 従来のトラッピング装置は複雑で高価である可能性があります。
- この研究は、そのような装置の製作プロセスを簡素化することを目的としています。
- 光学や製作ツールの事前の知識は有益ですが、必須ではありません。
研究の目的
- フォトフォレティックトラップ装置の製作のためのユーザーフレンドリーなプロトコルを作成すること。
- フォトフォレティック研究へのより広範な参加を可能にすること。
- 異なる粒子タイプのトラッピング効率を評価すること。
使用された方法
- トラップ装置を組み立てるための段階的な指示。
- 製作に使用する基本的な材料とツール。
- トラッピング効率のために様々な粒子タイプのテスト。
- 異なるレーザー出力レベルでのトラッピング率の測定。
主な結果
- ダイヤモンドナノ粒子とプリンタートナーが最高のトラッピング率を示しました。
- レーザー出力が高いと、トラッピング率が増加する相関関係がありました。
- このプロトコルは、異なる変数をテストするための簡単な修正を可能にします。
結論
- 開発されたプロトコルは、迅速で有意義な研究を促進します。
- 安全性、特にレーザーの安全性は、手順全体を通して強調されています。
- この方法は、学術および教育目的に適応することができます。
よくある質問
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.
