방법 논문

기존 및 홀로 그래픽 광학 트래핑 기능과 고해상도 현미경의 구조

DOI:

10.3791/50481

⸱

2013년 4월 22일

 ,  ,  , 
1Department of Physics and Astronomy, University of Utah

이 논문에서

요약

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여기에 설명 된 시스템은 여러 개의 트랩을 생성하고 조작 할 수있는 기존의 광학 트랩뿐만 아니라 독립적 인 홀로그램 광학 트래핑 라인을 사용합니다. 또한 생물 효소의 활동을 동시에 고속, 고해상도 측정을 허용하는 동안이 굴절 입자의 복잡한 기하학적 배열을 만들 수 있습니다.

초록

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광학 트랩 고해상도 현미경 시스템은 유전체 구슬 1 또는 세포 소기관 2,3뿐만 아니라, 트랩의 중심을 기준으로 자신의 위치의 높은 공간과 시간적 해상도 판독 등 다양한 굴절 개체의 정확한 조작 할 수 있습니다. 이 시스템은 여기에 980 nm에서 하나의 "전통적인"트랩이 운영이 설명했다. 그것은 또한 동시에 1,064 ㎚의 파장에서 4,5 현미경의 시야 복잡한 트래핑 패턴을 만들고 조작하는 데 시중에서 홀로그램 패키지를 사용하여 두 번째 광 트래핑 시스템을 제공합니다. 동시에 높은 속도와 움직임과 나노 미터 piconewton 규모에 힘 생산의 고해상도 측정을 수행하는 동안 두 시스템의 조합은 동시에 여러 굴절 개체의 조작을 할 수 있습니다.

서론

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광 트래핑은 생물 물리학 6의 핵심 기술 중 하나입니다. 광 트래핑의 중요한 발전은 오히려 기존 점 트랩 7보다 입체적으로 트래핑 패턴의 생성을 허용 홀로그램 트랩의 개발이다. 이러한 홀로그램 트랩은 굴절 오브젝트의 위치에 다양성의 장점을 가지고있다. 그러나 기존의 트랩은 쉽게 시중에서 홀로그램 키트보다 더 대칭 적으로 정렬 할 수 있습니다. 그들은 또한 덫을 객체의 빠른 정확한 추적 할 수 있습니다. 여기에서 우리는 하나의 악기 두 트래핑 방법을 결합하여 사용자가 적절한 양의 이점을 악용 할 수있는 시스템 (그림 1)을 설명합니다.

건설 광학 트랩 (하나 또는 여러 개의 레이저 빔 기준)의 일반적인 고려 사항은 다른 8-10 자세히 설명되어 있습니다. 여기에, 우리는 우리의의 고려 사항 특정 개요etup하고 정렬 절차의 세부 사항을 제공합니다. 예를 들어, 두 개의 광학 트래핑 빔이있는 시스템은 일반적으로 굴절 개체를 포획하고 포획 된 개체의 위치의 분리 판독을 위해 (의도적으로 낮은 전력 빔) 다른 사용을위한 하나의 레이저 빔을 사용 (예 : REF. 11) 앞에서 설명한되었습니다 . 여기 그러나 두 레이저 빔은....

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프로토콜

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1. 980 nm의 파장 단일 광학 트랩 설치

  1. 생물 물리학 실험하고 저렴한 레이저 다이오드는 300 mW의로 높은 출력과 쉽게 사용할 수있는 980 nm의 파장에서 광 트래핑은 종종 최적입니다. 그것은 알려진 모드 필드 직경 단일 모드 광섬유 편광 유지에 중계 커넥터되는 다이오드 레이저 바람직하다. 섬유 모드 필터의 역할을 할 수있을만큼 충분히 길어야합니다 일반적으로 FC / PC 또는 FC / APC 커넥터 하나와 함께 종료됩니다. 이들 중, FC / APC 빛과 잠재적 인 피드백 불안의 반사를 다시 최소화하는 것이 바람직하다.
  2. 전력 및 온도 제어를 허용하는 마운트 980 nm의 레이저 다이오드를 고정합니다. 그것은 직접 수동 히트 싱크를 극대화하고이를 온도 조절기의 고장으로 인해 다이오드 실패의 위험을 최소화 광학 테이블 마운트를 고정하는 것이 좋습니다.
  3. 빔 콜리 메이팅 광학 PC / APC 광섬유 커넥터를 장착합니다. 그것은이다조정 섬유 포트가 가장 유용하므로 평행 빔이 최소한의 발산을 확신하는 것이 중요합니다. 선택한 섬유 포트 다이오드 변발 섬유의 모드 필드 직경과 일치하는지 확인하십시오. 빔 음향 광학 디플렉터 (AOD) 또는 전기 광학 디플렉터를 사용하여 래스터 (raster) 할 경우 (EOD) 다음 평행 레이저 빔 허리....

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결과

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조립 설치는 운영자가 실시간으로 여러 굴절 오브젝트를 트랩하고 시야 내의 모든 세 가지 차원에서 그들을 배치 할 수 있습니다. 우리는 11 마이크로 (그림 2)를 포집하여 악기의 홀로그램 기능을 보여줍니다. 각 개체를 수감 트랩을 수동으로 최종 배열은이 실험이 수행 된 유타 대학의 로고를 묘사하도록 트래핑에 다시 배치됩니다. 홀로그램과 기존 함정의 결합 기능은 그림 3에 나와 있습니다. 기존의 트랩은 점진적으로 빠른 중앙 비드 이동 (1.3, 10, 82 μm의 / 초 트랩 속도가 표시됩니다), 홀로그램 정의 된 트랩이 정지 남아있는 동안. 최고 속도에서 구슬의 전체 모션 비디오의 한 프레임의 녹화 중에 발생하고, 따라서 같은 극단적 인 동작 흐림 효과가 나타납니다. 그것은 충분히 빨리 구슬은 시간에 의해 트래핑 잠재력 강요하는 기존의 트랩을 이동할 수 있습니다ydrodynamic 드래그 (표시되지 않음).

보기의 .......

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토론

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우리는 개체 조작 및 측정을위한 별도의 포집 설비를 제공하는 다른 종류의 두 개의 광 트랩 (그림 1)를 결합 악기를 구축했다. "종래의"광학 트랩은 980 nm의 다이오드 레이저 주위에 내장되어 있습니다. 이 빔은, 확장 조종하고 (그림 1의 "빛 빨강"빔) 우리의 거꾸로 현미경으로 주입된다. 홀로그램 광학 트랩이 1,064 nm의 DPSS 레이저 주위에 내장되어 있습니다. 빔은 공간 광 변조기 (SLM)의 크기에 맞게 확장 이색를 사용하여 약간 "기존의"트랩 라인과 함께 목표의 뒤에 초점 조리개를 너무 많이 넣지을 감소 빈도의 낮은 각도에서 SLM을 반사합니다 거울, 그리고 마지막으로 우리의 현미경에 주입 (그림 1의 "진한 빨강"빔). SLM은 광학적 목적의 뒤에 초점 평면에 활용하는 평면에 배치되어야합니다.

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공개 사항

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저자는 공개 아무것도 없어.

감사의 글

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기금은 유타 대학에 의해 제공되었다. 우리는 유용한 토론 박사 J. 쑤 (UC 머 시드) 박사 BJN 레디 (UC 어바인)을 감사드립니다.

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재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
광학 테이블Newport CorporationST-UT2-56-8Irvine, CA
현미경, 반전, Eclipse TiNikon USAMEA53220Melville, NY
Plan apo 100X 오일 대물렌즈(1.4 NA)Nikon USAMRD01901Melville, NY
오일 콘덴서 렌즈 1.4 NANikon USAMEL41410Melville, NY
EMCCD 카메라Andor 기술 USAIxon DU897South Windsor, CT
1/3" CCD IEEE1394 카메라NET USA IncFoculus FO124SCHighland IN
Laser, TEM00, SLM, 1,064nm 파장Klastech Laser TechnologiesSenza-1064-1000Dortmund; 독일
레이저 다이오드, TEM00, SLM, 980nmAxcel PhotonicsBF-979-0300-P5AMarlborough, MA
레이저 다이오드 마운트ILX 광파LDX-3545, LDT-5525 및 LDM-4984Bozeman, MT
조정 가능한 광섬유 포트ThorlabsPAF-X-11-BNewton, NJ
홀로그램 시스템ArryxHOTKIT-ADV-1064Chicago, IL
홀로그램 미러볼더 비선형 시스템이것은 HOTKIT-ADV-1064Lafayette, CO
방해석 편광자ThorlabsGL10-BNewton, NJ
반파 플레이트ThorlabsWPH05M-1064Newton, NJ
편광판 회전 마운트ThorlabsPRM1Newton, NJ
반파 플레이트 회전 마운트ThorlabsRSP1Newton, NJ
셔터ThorlabsSH05뉴턴, 뉴저지
이색성 거울 (DM2 & 디엠3); 45 > AOI크로마 기술t750spxrxt벨로우즈 폴스, VT
이색성 거울 (DM1); 45 & AOIThorlabsDMSP1000RNewton, NJ
맞춤형 기계 어댑터ThorlabsSM1A11 및 AD12F 확대 내부 보어Newton, NJ
노치 필터SemrockFF01-850/310-25Rochester, NY
Acousto-Optic deflector (2-axis)intraActionDTD-584CA28Bellwood, IL
goniometric stageNew Focus9081Santa Clara, CA
60mm 스티어링 렌즈ThorlabsLA1134-BNewton, NJ
16mm 비구면 확대 렌즈ThorlabsAC080-016-CNewton, NJ
175mm 확대 렌즈ThorlabsLA1229-CNewton, NJ
Spot blocker (cabron-steel sphere)Bal-Tec0.0100" diameterLos Angeles, CA
Microspheres ( 카르복실-폴리스티렌)SpherotechCP-45-10레이크 포레스트, 일리노이

참고문헌

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Svoboda, K., Block, S. M. Biological applications of optical forces. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247-285 (1994).
  2. Ashkin, A., Schutze, K., Dziedzic, J. M., Euteneuer, U., Schliwa, M. Force generation of organelle transport measured in vivo by an infrared laser trap.<....

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