Analiza ruchu naupliusa 'Artemia salina' za pomocą optycznego śledzenia nanocząstek plazmonicznych

Używamy optycznego śledzenia plazmonicznych nanocząstek do badania i charakteryzowania częstotliwości ruchów organizmów wodnych.

Ogólnym celem tej procedury jest analiza częstotliwości ruchu mikroorganizmu wodnego przy użyciu optycznie uwięzionej nanocząstki plazmonicznej. W tym celu obserwuje się najpierw larwy OPIS w wodzie pod mikroskopem, wyposażonym w pęsetę optyczną i kamerę. Drugim krokiem jest dodanie nanocząstek złota o średnicy 16 nanometrów do środowiska OPIS.

Następnie pęseta optyczna służy do uwięzienia pojedynczej nanocząsteczki złota w pobliżu NOI. Ostatnim krokiem jest obserwacja dyfuzji uwięzionej nanocząstki, na którą wpływa ruch Nous. Dane wideo są przechwytywane i analizowane przez oprogramowanie do śledzenia cząstek.

Ostatecznie zależne od czasu położenie nanocząstki jest przekształcane w przestrzeń Fouriera w celu wyodrębnienia częstotliwości ruchu nous. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak zwykła mikroskopia, jest to, że analizowane są drgania płynów, a zatem metoda ta nie jest ograniczona do żadnej rozdzielczości optycznej. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie ochrony środowiska, takie jak analiza wody w ekosystemach sokratejskich.

Zacznij od przygotowania pionowego mikroskopu przystosowanego do oświetlania ciemnego pola. Wyposaż mikroskop zarówno w zanurzenie w wodzie, jak i w obiektyw powietrzny. Ponadto podłącz do mikroskopu pęsetę optyczną o długości fali ciągłej 1064 nanometrów.

Następnie zamontuj kamerę z filtrem wycinającym o długości fali 1064 nanometrów, aby wykrywać i obrazować ruch cząsteczek złota i opusów. Użyj miernika mocy za obiektywem, aby ustawić moc lasera na 1000 miliwatów. Wyłącz laser, aż będzie potrzebny.

Przygotowanie próbki rozpoczyna się od pipetowania kropli wody o objętości 180 mikrolitrów na szkiełku mikroskopowym. W tym miejscu umieścić próbkę pod mikroskopem ciemnego pola, pipetować OPIS ze zbiornika na wodę. Przenieś go do kropli wody.

Wybierz obiektyw powietrzny z 10 pikselami. Obserwuj ruch OPIS w roztworze i nagrywaj dziesięciosekundowy strumień wideo z szybkością 25 klatek na sekundę. Kiedy to zrobisz, przygotuj się do następnego kroku.

Rozcieńczyć jedną część roztworu podstawowego nanocząstek złota o średnicy 60 nanometrów w 100 częściach wody. Wróć do mikroskopu i odmierz pięć mikrolitrów roztworu. Dodaj to do kropli wody z opusem.

Gdy będziesz gotowy, zmień obiektyw na 100 razy zanurzony w wodzie. Aby wyświetlić kroplę wody, postępuj dalej, gdy w polu widzenia widać około jednej nanocząsteczki złota. Aby uwięzić cząstkę, włącz laser pułapki optycznej i obserwuj kroplę.

Przesuń stolik mikroskopu, aby zbliżyć wiązkę lasera do nanocząstki złota. Cząstka zostanie przyciągnięta w kierunku ogniska wiązki laserowej i przestanie dyfundować. Nagraj film uwięzionej nanocząstki z prędkością 50 klatek na sekundę przez 30 sekund, wyłącz laser pęsety optycznej, aby uwolnić cząstkę z pułapki.

Następnym krokiem jest analiza wideo na komputerze. Użyj oprogramowania do śledzenia cząstek, aby określić pozycję XY cząstki w funkcji czasu i znajdź widmo częstotliwości za pomocą szybkiej transformaty Fouriera tych danych. Ten wykres pokazuje przemieszczenie XY uwięzionej nanocząstki złota, która tylko podlega brownie w ruchu.

Rozkład jest gaussowski. Po dodaniu OIS do wody, przemieszczenie XY cząstki zmienia się pod wpływem drgań płynu. Przepływ mikroprzepływowy generowany przez zwierzę powoduje zniekształcenia zależne od częstotliwości w kierunku Y.

Wykresy te pokazują widma częstotliwości w kierunkach x i y w kolorze czarnym, widma referencyjne dla optycznie uwięzionej cząstki, która nie znajduje się w obecności opisu. Czerwone krzywe pokazują widma uwięzionej cząstki z pływającym opisem. Widmo w kierunku X nie wykazuje silnego sygnału ze względu na położenie OPIS względem uwięzionej cząstki.

Przepływ odbywa się przede wszystkim w kierunku Y, jak wskazano we wstawce. Widmo w kierunku Y zmierzone za pomocą pokręteł pływackich pokazuje odpowiedź. Szerokie pasmo przenoszenia w pomiarze jest zgodne z ruchliwością organizmu lub na przykład ruchem głównej anteny lub innych części ciała.

Maksima częstotliwości. We wszystkich pomiarach stwierdzono, że wynosi od 3,0 do 7,2 herców, co jest zgodne z bezpośrednio obserwowanymi częstotliwościami. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w mniej niż 30 minut, jeśli zostanie wykonana prawidłowo.

Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o stabilnym trójwymiarowym uwięzieniu nanocząstki złota za pomocą sił optycznych.