2013년 4월 22일
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.
이 절차에서는 기존 및 홀로그램 광학 트래핑 라인이 조립되고 정렬됩니다.이를 위해 먼저 광학 부품의 위치를 측정한 다음 부품을 적절한 위치에 안전하게 장착합니다. 그런 다음 트랩핑을 허용하도록 광학 장치를 정렬합니다. 마지막 단계는 홀로그램 미러에서 TED 빔을 차단하는 것입니다.
궁극적으로 완성된 시스템은 홀로그램 및 일반 트래핑을 동시에 가능하게 합니다. 일반 트래핑과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 여러 굴절 물체를 3차원으로 동시에 배치하고 빠른 물체 조작 측정을 할 수 있다는 것입니다. 일반적으로 이 방법을 처음 접하는 개인은 디자인, 레이아웃 및 정렬이 어려울 수 있기 때문에 어려움을 겪을 것입니다.
이 비디오의 시작점은 980나노미터의 광학 트랩을 만들기 위해 현미경이 설치된 광학 벤치입니다. 해당 파장의 쉽게 구할 수 있는 레이저 다이오드 중 하나로 시작하십시오. 편광이 있는 돼지 기울기 레이저를 사용하여 알려진 모드 필드 직경의 단일 모드 광섬유를 보존합니다.
광섬유는 모드 필터 역할을 할 수 있을 만큼 충분히 길어야 하며 FCPC 또는 F-C-A-P-C 커넥터가 있는 광섬유 채널 커넥터로 종단되어야 합니다. 단일 모드 광섬유는 주의해서 다루어야 하며 꼬임은 피해야 합니다. 전력 및 온도 제어가 가능한 레이저 다이오드와 마운트를 고정합니다.
마운트는 수동 방열판을 최대화하기 위해 광학 벤치에 직접 부착되어야 합니다. 다음으로, 광섬유 커넥터를 빔 콜레이팅 옵틱에 장착합니다. 선택한 파이버 포트가 다이오드의 모드 필드 직경과 일치하는지 확인합니다.
피그테일 광섬유는 빔 라우팅, 확장 및 다른 구성 요소의 배치를 허용하기 위해 현미경에서 충분한 거리를 두고 데이터 정렬 어댑터를 광학 테이블에 부착합니다. 로드 색상은 견고하고 반복 가능한 위치 지정을 위해 렌즈 간격을 고정하는 데 사용할 수 있습니다. 현미경에 대한 전체 빔 경로에 필적하는 거리에서 일관된 빔 낭비를 보장하기 위해 광섬유 포트를 조정합니다.
DDE 레이저 빔의 경로에는 5개의 미러가 있습니다. 레이저 dde에서 시작하여 출력을 현미경 하우징으로 유도하는 두 개의 미러가 있습니다. 빔은 또한 이색성 거울을 통과해야 하는데, 이는 레이저 다이오드 빔을 45도에서 입사 각도까지 감소되지 않게 투과할 수 있도록 합니다.
마지막으로, 가시광선을 투과시키지만 근적외선 이상을 반사하는 두 개의 추가 단역 통과 diic 미러입니다. 현미경 안팎으로 빔을 배선합니다. 인피니티 스페이스 1은 현미경 하우징 내에 있어 미러를 조정하고 현미경 대물렌즈를 제거합니다.
거울과 적외선 보기 카드를 사용하여 대물렌즈 장착 스테이지의 조리개를 통해 빔을 라우팅합니다. 빔이 중심에서 벗어나면 빔이 중앙에 오도록 미러를 조정하여 정렬을 고정합니다. 렌즈를 장착할 때 cage system은 견고한 어셈블리를 초래할 수 있습니다.
캘리퍼는 설치 전에 케이지 로드를 따라 렌즈 사이의 거리를 미리 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 대물렌즈 대신 맞춤형 어댑터가 있는 빨간색 레이저 포인터를 임시로 장착하여 빔이 현미경의 광축을 따라 오도록 합니다. 가시광선 레이저 포인터 빔을 사용하여 980나노미터 빔 확장기를 배치하고 대략적으로 정렬합니다.
이 설정은 초점 거리가 60mm와 125mm인 렌즈를 키어리 배열로 사용하여 빔 웨이스트를 약 두 배로 늘립니다. 다음으로, 포인터 빔을 가이드로 사용하여 980나노미터 스티어링 렌즈를 설치합니다. 각 렌즈에는 60mm 초점 거리 마운트가 있으며, 빔 조정이 가능하도록 최소 50인치 이동 범위를 가진 정밀 X, Y, Z 스테이지의 빔 경로의 첫 번째 렌즈입니다.
이제 두 번째 렌즈를 배치하여 첫 번째 렌즈와 일대일 케리 배열을 형성할 수 있습니다. 이 렌즈는 대물렌즈의 후방 초점면에 광학적으로 결합될 수 있도록 배치되어야 합니다. 홀로그램 트랩을 준비하기 위해 1064 나노미터 레이저를 대략 980 나노미터 빔 높이의 높은 플랫폼에 장착합니다.
레이저 출력 바로 뒤에 반파 플레이트와 편광판을 놓습니다. 레이저 출력을 수동으로 조정할 수 있습니다. 이 레이저용 빔 확장기를 설치하여 빔 폐기물이 홀로그램 미러의 대각선 크기와 일치하도록 확장되도록 합니다.
공간의 제약이 있는 경우 초점 거리가 16mm 및 175mm로 작은 렌즈를 사용하십시오. 이제 레이저 포인터 빔을 사용하여 사용되는 상용 홀로그램 패키지의 일부인 공간 광 변조기 또는 SLM을 배치합니다. 이 실험에서 spatial light modulator는 대물렌즈의 후방 초점면에 광학적으로 활용될 수 있도록 배치되어야 합니다.
레이저 포인터 빔이 가능한 최소한의 입사 각도를 갖도록 배치하되 반사가 광학 테이블의 모든 하드웨어를 안전하게 제거하도록 합니다. 1064 나노미터 레이저 빔 익스팬더 앞에 다른 거울을 배치하여 빛을 공간 광 변조기로 향하게 합니다. 레이저 포인터 라이트가 빔 익스팬더 조리개의 중앙에 닿는지 확인합니다.
마지막으로, 공간 광 변조기와 이색성 거울 사이에 망원경 렌즈 쌍을 설치합니다. 이 렌즈의 초점 거리는 125mm와 200mm입니다. 레이저 포인터를 제거하고 맞춤형 어댑터 마운트를 코스 정렬 조리개 역할로 둡니다.
980 나노미터 빔만 사용하여 정렬을 확인하십시오. 적외선 카드 뷰어를 사용하여 980나노미터 빔을 사용자 지정 어댑터에서 조리개의 중심축을 따라 정렬합니다. 그런 다음 적외선 카드를 사용하여 1064 나노미터 빔이 공유 빔 경로를 따라 980 나노미터 빔과 동일한 지점에 도달하도록 합니다.
이 작업이 완료되면 맞춤형 레이저 포인터 장착 어댑터를 높은 개구수 오일 또는 물 대물렌즈로 교체하십시오. 다음으로, 홀로그램 미러를 끈 상태에서 카메라에서 방사상 대칭 간섭 패턴이 보일 때까지 레이저 빔을 걸어 980 나노미터 트랩을 정렬합니다. 공간 광 변조기와 첫 번째 이색성 거울을 사용하여 1064 나노미터 트랩을 정렬하여 UN DEFRACTED 1064 나노미터 빔을 걷습니다.
이 예에서 두 트랩에 대해 정렬된 이미지는 효율적인 트래핑을 위한 양호한 정렬을 나타내지만 더 구체화할 수 있습니다. 또한 사각형 SLM 미러에 부딪히는 원형 1064 빔과 관련된 경미한 수차가 있는데, 이는 렌즈 정렬을 개선하여 쉽게 제거할 수 없습니다. 공간 광 변조기에서 과소평가된 빔에 의해 생성된 트랩을 차단하려면 이 시스템의 샘플 평면에 공액화된 위치에서 과소평가된 빛의 경로에 작은 불투명 물체를 삽입합니다.
직경 100-300미크론의 불투명한 미세구(금속)를 적외선의 투명한 원형 유리 커버 슬립 또는 창에 접착합니다. 블록은 렌즈의 공통 초점에 배치되며, 이는 샘플 평면에 광학적으로 활용됩니다. 광학 트래핑 빔이 현미경의 무한대 공간에 주입되면 빔 차단제를 배치하여 경주되지 않은 빛을 차단하거나 모든 빛이 통과할 수 있도록 이동할 수 있습니다.
조립된 설정을 통해 작업자는 여러 굴절 물체를 실시간으로 트랩하고 시야의 3차원 모두에 배치할 수 있습니다. 여기에서 기기의 홀로그램 기능은 탈이온수에 매달린 미세구를 트랩핑하여 표시되며, 빨간색과 녹색 원은 트랩 위치를 나타내고 녹색은 이 클립에서 재배치를 위해 선택된 트랩을 나타내며, 물체가 트랩된 후 재생 속도가 빨라집니다. 트랩은 수동으로 재배치됩니다.
최종 배열에는 이 실험이 수행된 유타 대학교의 로고를 묘사한 11개의 구슬이 있습니다. 이 시스템은 또한 홀로그램 트랩과 기존 트랩을 함께 사용할 수 있습니다. 여기서 두 줄의 홀로그램 트랩은 작업자에 의해 정의되고 제어됩니다.
추가적인 기존 트랩은 두 행 사이에 정의됩니다. 탈이온수에 떠 있는 미세구는 트랩에 의해 결합됩니다. 중앙 비드는 최대 공간 변위인 4.1마이크로미터로 이동한 다음 동일한 상황에서 원래 위치로 돌아갑니다.
그러나 중앙 비드가 초당 82마이크로미터로 움직이면 이러한 프레임 시퀀스가 생성됩니다. 두 번째와 세 번째 이미지의 모션 블러에 주목하십시오. 이 비디오를 시청한 후에는 동일한 설정에서 독립적인 홀로그램 및 일반 트랩과 함께 이중 광학 트랩 시스템을 배치하고 정렬하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.
고출력 레이저로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있음을 잊지 말고 적절한 보호 안경을 착용하는 등의 예방 조치를 취하십시오.
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이 기사는 기존의 광학 트래핑 기술과 홀로그래픽 광학 트래핑 기술을 통합하여 여러 가지 트랩의 조작을 가능하게 하는 시스템을 설명합니다. 이 혁신적인 접근 방식은 굴절 입자의 복잡한 기하학적 배열을 만들 수 있게 하면서 생물학적 효소 활성의 고속, 고해상도 측정을 가능하게 합니다.
Optical trapping systems enable precise manipulation of refractive objects for high-resolution force and motion measurements at nanometer and piconewton scales. Integrating conventional and holographic trapping allows simultaneous multi-object positioning and real-time 3D control, supporting mechanistic studies of molecular interactions and cellular mechanics. This capability enhances predictive confidence in target validation by enabling quantitative assessment of binding forces and conformational changes under physiological conditions.
The system fits within the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification to preclinical validation by providing quantitative biophysical readouts that inform target prioritization and mechanism elucidation.