Optyczne wychwytywanie nanocząstek

Ogólnym celem tej procedury jest stworzenie aperturowego zestawu pułapki optycznej do uwięzienia cząstek o wielkości około 20 nanometrów. W tym celu do istniejącej konfiguracji optycznego pułapkowania laserowego dodawany jest detektor, który umożliwia pomiar. Następnie roztwór nanocząstek, który ma być mierzony, jest dozowany do komory mikroprzepływowej z podwójną pułapką nanootworów, a komora jest ładowana do zestawu pułapki optycznej.

Kiedy cząstka dostaje się do oświetlonego otworu, przepuszczalność światła dramatycznie wzrasta z powodu obciążenia dielektrycznego. Jeśli cząstka próbuje opuścić otwór, zmniejszona transmisja powoduje zmianę pędu na zewnątrz od otworu, a zgodnie z trzecim prawem Newtona powoduje powstanie siły ciągnącej cząstkę z powrotem do otworu, zatrzymując cząstkę. Cząstka powoduje przesunięcie krzywej przekładni na czerwono, co można monitorować.

W ten sposób pułapka może stać się czujnikiem. Ostatecznie można uzyskać wyniki, które pokazują zdarzenia pułapkowania nanocząstek, w tym rozwijanie uwięzionych białek, na co wskazują zmiany intensywności lasera przez podwójną nanodziurę. Główną zaletą tej techniki w porównaniu z istniejącymi metodami, takimi jak pułapkowanie optyczne z użyciem siły gradientu, jest to, że może ona wychwytywać mniejsze nanocząstki o mniejszej intensywności lasera.

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w biochemii, takie jak to, w jaki sposób pojedyncze białka fałdują się i oddziałują oraz w jaki sposób cząsteczki wirusa infekują żywe komórki? Ogólnie rzecz biorąc, osoby korzystające z tej metody będą miały trudności, ponieważ trudno jest zintegrować podwójną dziurę nana z istniejącym systemem pułapki laserowej. Konfiguracja pułapki optycznej oparta jest na zestawie pęsety optycznej Thor Lab, wyposażonym w moduł pomiaru siły.

Fotodioda lawinowa służy do zastąpienia detektora kwadrantowego w module pomiaru siły. Podczas ustawiania optycznego systemu pułapkowania należy nosić okulary ochronne, gdy laser jest włączony. Upewnij się, że wiązka będzie przechowywana w bezpiecznym obszarze, działając w zamkniętym pomieszczeniu i ograniczając wiązkę w jak największym stopniu w konfiguracji pułapki, należy unikać biżuterii odblaskowej.

Noszone są rękawiczki lateksowe. Aby zapewnić czystość optyki, zainstaluj zestaw pęsety optycznej i moduł pomiaru siły. Zgodnie z instrukcjami producenta, zmontowany zestaw pęsety optycznej ma konstrukcję mikroskopu z odwróconym światłem i składa się z następujących elementów: lasera pułapkowego, obiektywu zanurzeniowego 100 x w oleju, trzyosiowego stolika do pozycjonowania próbki i kamery CCD.

Należy pamiętać, że ochrona przed wyładowaniami elektrostatycznymi jest zalecana podczas pracy z diodami laserowymi. Moduł pomiaru siły pozwala na kalibrację pęsety optycznej za pomocą detekcji położenia tylnej płaszczyzny ogniskowej kondensatora. Zamiast modułów pomiaru siły stosuje się zdjęcie lawinowe na bazie silikonu DDE lub PD.

Detektor położenia kwadrantu wkłada również kondensator rezystorowy lub filtr RC za pomocą rezystora 200 kilo oh i kondensatora 100 pikofaradów. Służy to do redukcji szumów o wysokiej częstotliwości i ułatwienia dostrzegania zdarzeń pułapkowania na oscyloskopie. Użyj koncentrycznego, aby podłączyć filtr RC za A PD. Następnie za pomocą koncentrycznych i adaptera T podłącz oscyloskop i moduł akwizycji danych do filtra RC.

System jest teraz gotowy do załadunku próbki. Apertura z podwójnym nanootworem składa się z dwóch nano otworów wyfrezowanych w złotą folię przez skupioną wiązkę jonów. Folia ma grubość 100 nanometrów i jest wsparta na szklanym podłożu.

Nanootwory zachodzą na siebie, tworząc dwa ostre guzki. Nanocząstki zostaną uwięzione w szczelinie między tymi guzkami przez światło lasera. To jest incydent na podwójnym nanootworze.

Duże elementy pasujące powinny być również wyfrezowane w folii metalowej, aby pomóc w identyfikacji położenia podwójnego nanootworu w mikroskopie optycznym. Ustawienie tych funkcji powinno znajdować się w odległości około 100 mikronów od podwójnego nanootworu. Wlej 10 gramów polidimetylosuboksanu lub bazy PDMS i jeden gram utwardzacza do jednorazowego kubka Mieszaj przez kilka minut.

Następnie opróżnij mieszaninę w komorze próżniowej, aż wszystkie pęcherzyki znikną. Następnie wlej 1,5 grama PDMS do szalki Petriego o średnicy dziewięciu centymetrów. Wiruj PDMS na dnie szalki Petriego z prędkością 950 obr./min przez 65 sekund po wirowaniu.

Grubość nie jest krytyczna, o ile jest poniżej 80 mikronów. Delikatnie umieść od trzech do pięciu. Nakrywka numer 1.5 nasuwa się na PDMS w taki sposób, że nie zachodzą na siebie i ewakuują się przez 30 minut.

Jeśli podczas ewakuacji szkiełka nakrywkowe przesunęły się i są ułożone jedna na drugiej, delikatnie odsuń je od siebie. Upewnij się, że PDMS pod szkiełkami nakrywkowymi jest cienki i jednolity. Następnie ponownie ewakuuj szalkę Petriego na 30 minut.

Wyjmij szalkę Petriego z komory próżniowej i podgrzewaj ją na płycie grzejnej przez 20 minut w temperaturze 85 stopni Celsjusza, aby utwardzić PDMS. Po zestaleniu się PDMS użyj żyletki, aby przeciąć wzdłuż krawędzi jednego z szkiełek nakrywkowych. Następnie za pomocą pęsety z cienką końcówką lub ostrza delikatnie podważ szkiełko, cienka warstwa PDMS przylgnie do szkiełka nakrywkowego.

Umieść szkło nakrywkowe z PDMS na nowej szalce Petriego. Następnie za pomocą żyletki wytnij okienko o wymiarach trzy milimetry na trzy milimetry w PDMS. To okno utworzy komorę, w której będzie przechowywany roztwór nanocząstek.

Użyj wycinarki laserowej, aby wyprodukować akrylowy uchwyt na szkiełko mikroskopowe z otworem o średnicy trzech czwartych cala pośrodku. Zaklej obwód otworu taśmą dwustronną. Użyj żyletki, aby odciąć nadmiar taśmy.

Umieść wyprodukowane szkiełko mikroskopowe na jednym z przygotowanych szkiełek nakrywkowych pokrytych PDMS, tak aby PDMS był umieszczony między szkłem a akrylem. Za pomocą mikropipety dodaj kilka kropli o masie 0,05% na objętość. Roztwór nanosfery polistyrenowej do okna PDMS.

Dodaj kroplę na złotą folię, w której znajdują się nanootwory. Umieść próbkę złota na szkiełkach nakrywkowych z nanootworami wewnątrz okienka PDMS. Upewnij się, że w komorze nie ma pęcherzyków.

Następnie dociśnij próbkę złota do okładki. Wsuń i wklep nadmiar roztworu, ponieważ zostanie użyty obiektyw zanurzeniowy w olejku. Dodaj kroplę oleju po drugiej stronie szkiełka nakrywkowego na górze okienka PDMS.

Zwróć uwagę na lokalizację nanootworów. Włóż mikroskop. Wsuń olej do uchwytu szkiełka skierowany w dół, a następnie opuść uchwyt szkiełka, aż olejek immersyjny zetknie się z mikroskopem.

Obiektyw, z grubsza wyrównaj stolik suwaka tak, aby znaki rejestracyjne wyfrezowane w złotej folii znajdowały się pod obiektywem. Korzystanie z oprogramowania do akwizycji obrazu, takiego jak strona Thor, która jest dołączona jako część zestawu do zalewkowania. Znajdź znaki rejestracyjne na złotej folii i podążaj za liniami wskaźnika aż do otworów nana.

Ustaw slajd w taki sposób, aby znaczniki wskaźników i inne otwarte obszary były usunięte ze środka ekranu. Nadmierna przepuszczalność światła może uszkodzić włączenie lasera A PD. Ponieważ zwierciadło dichroiczne nie jest idealne, powinno pojawić się miejsce w pobliżu środka ekranu od wiązki laserowej.

Korzystanie z oprogramowania do sterowania sceną pizo. Dokładniej doprecyzuj wyrównanie we wszystkich trzech osiach. Gdy wyrównanie jest prawidłowe, zaobserwuje się maksymalne napięcie wyładowań niezupełnych, wskazujące na najwyższą transmisję przez nanoaperturę.

Teraz, gdy system jest skonfigurowany, a próbka załadowana, można uzyskać dane dotyczące pułapkowania optycznego. Za pomocą znaków wskaźnikowych umieść miejsce w pobliżu znanego miejsca nanodziury. Podwójne nanootwory będą zbyt małe, aby można je było wyraźnie rozwiązać i pojawią się jako małe kropki na ekranie.

Transmisja światła przez próbkę jest wskazywana przez poziom sygnału na oscyloskopie. Dalej wyrównaj próbkę, aby zmaksymalizować przepuszczalność światła. Uważaj na znaki wskaźnikowe oraz widoczne i niewidoczne zadrapania, ponieważ przepuszczalność światła będzie wysoka w tych obszarach, nanootwory będą wykazywać nagłe skoki przepuszczalności światła podczas zadrapań.

Wykazuj bardziej stopniowe zmiany za pomocą płyty falowej. Dostosuj polaryzację światła, aby uzyskać najwyższą transmisję światła, ponieważ struktura z podwójnym nanootworem jest spolaryzowana. Aby uzyskać dane, należy pobrać próbkę napięcia APD za pomocą modułu akwizycji danych przez żądany czas.

Czas akwizycji jest zwykle liczony w setkach sekund. W tym przypadku do akwizycji danych używane jest niestandardowe oprogramowanie, a napięcie jest próbkowane z prędkością 2000 razy na sekundę. Za pomocą MATLAB przefiltruj uzyskane dane za pomocą filtra KY Gole i wykreśl je w stosunku do tymianku na wykresie, aby pokazać uwięzienie 20 nanometrów nanocząstek polistyrenu, transmisję przez podwójny nanootwór zmierzono w funkcji czasu.

Za pomocą transmisji optycznej wyładowano następnie pozycję wykreśloną. Z biegiem czasu zdarzenie pułapkowania jest charakterystycznie nagłe, z ostrą krawędzią pokazującą wyraźne przełączanie między dwoma poziomami mocy transmisji, jak pokazano w tym przykładzie, często występuje wzrost szumu sygnału w stanie uwięzionym. Ten wzrost hałasu wynika z ruchu Browna uwięzionej cząstki.

Zauważ, że bez uwięzionej cząstki to źródło hałasu nie jest obecne. W wynikach mogą pojawić się pewne artefakty, które nie wskazują na zdarzenia zalewkowania. Wyniki pokazujące dryf postrzegany jako powolne zmiany w transmisji w ciągu kilku minut, jak pokazano tutaj, należy odrzucić Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak ramen i spektroskopia fluorescencyjna, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania dotyczące natury nanocząstki, która jest uwięziona po jej rozwinięciu.

Technika ta utorowała naukowcom drogę do badania biologicznie istotnych nanocząstek na poziomie pojedynczej cząsteczki. Na przykład, aby wyczuć wiązanie z białkami i zbadać infekcję wirusową zarówno na poziomie pojedynczej cząsteczki. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak zintegrować podwójną pułapkę optyczną nho z systemem laserowym T mikroskopu inwerterowego, aby wyłapywać pojedyncze nanocząstki.