Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

تحليل حركة اليرقات ' Published: July 15, 2014 doi: 10.3791/51502
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1Photonics and Optoelectronics Group, Ludwig-Maximilians-Universität

Summary

نستخدم تتبع بصري من plasmonic النانوية للتحقيق وتوصيف الحركات تردد من الكائنات المائية.

Abstract

ونحن لشرح كيفية تقديم ملاقط بصرية أداة حساسة لتحليل الاهتزازات فلويديك التي تولدها حركة الكائنات المائية الصغيرة. يتم استخدام جسيمات متناهية الصغر من الذهب واحد عقدت من قبل منتاش الضوئية وجهاز استشعار لقياس الحركة الإيقاعية لليرقة اليرقات (الأرتيميا سالينا) في عينة المياه. ويتحقق هذا من خلال رصد النزوح يعتمد وقت جسيمات متناهية الصغر المحاصرين نتيجة للنشاط اليرقات. تحليل فورييه لموقف جسيمات متناهية الصغر ثم تعطي الطيف الترددي الذي هو سمة لحركة الأنواع المرصودة. يوضح هذه التجربة قدرة هذه الطريقة لقياس وتوصيف نشاط اليرقات المائية الصغيرة دون الحاجة إلى مراقبة لهم مباشرة والحصول على معلومات حول موقف يرقات فيما يتعلق الجسيمات المحاصرين. عموما، يمكن لهذا النهج تعطي فكرة عن حيوية أنواع معينة وجدت في رسالة بالبريد المائيةcosystem ويمكن توسيع نطاق الأساليب التقليدية لتحليل عينات المياه.

Introduction

تقييم نوعية المياه على أساس المؤشرات الكيميائية والبيولوجية هي ذات أهمية أساسية لاكتساب المعرفة على الدولة والظروف البيئية في النظام البيئي المائي 1-3. وتقوم الطرق التقليدية لتحليل المياه الكيميائية على الخصائص الحسية أو تحديد المعلمات الفيزيائية. المؤشرات البيولوجية، من ناحية أخرى، هي أنواع الحيوانات وجودها وقدرتها على البقاء توفير نظرة على الظروف البيئية وتأثير الملوثات على النظام البيئي التي تحدث فيها أمثلة نموذجية لbioindicators هي مجدافيات، مجموعة من القشريات المائية الصغيرة، والتي يمكن يمكن العثور عليها في أي ما يقرب من 4،5 الموائل المياه. مراقبة نشاط وحيوية هذه الأنواع من عينة المياه بالتالي يمكن استخدامها للحصول على معلومات عن الأوضاع العامة لنظام بيئي 5. يرقات مجدافيات، والتي تسمى يرقات، استخدم ضربات إيقاعية من الهوائيات الخاصة بهم (كل يرقة لديه ثلاثة أزواج من appendaغيس في المنطقة رؤوسهم) على السباحة في الماء 6. تواتر وشدة هذه السكتات الدماغية وبالتالي هو مؤشر مباشر من العمر، واللياقة البدنية، والظروف البيئية للحيوان 7-10. وعادة ما يتم القيام به في أي تحقيقات بشأن هذه العينات باستخدام المجهر من خلال مراقبة وإحصاء السكتات الدماغية الهوائي من يرقات مباشرة. نظرا لحجمها (~ 100-500 ميكرون) 11، وهذا غالبا ما يتطلب القيام القياسات إما واحدا تلو الآخر أو لإصلاح اليرقات واحدة إلى الركيزة.

هنا، ونحن يبرهن على وجود نهج جديد لمراقبة نشاط كوبيبودا يرقات في عينات المياه باستخدام جسيمات متناهية الصغر من الذهب المحاصرين بصريا باعتباره كاشف فائقة الحساسية. وعادة ما تستخدم ملاقط بصرية من قبل العديد من الجماعات كأداة تجريبية لتطبيق غرامة أو قياس القوى بين الجزيئات وصولا الى مجموعة piconewton 12-14. وفي الآونة الأخيرة، تم توسيع نطاق التطبيقات لملاقط بصرية لمراقبة الاهتزازات الصوتية وحلتقلبات الإقليم الشمالي في وسائل الإعلام السائلة من خلال رصد حركة النانو المجهرية الدقيقة والتي تقتصر في فخ البصرية 15. تتعرض الجزيئات التي مغمورة في السائل إلى الحركة البراونية. داخل فخ البصرية، ومع ذلك، وثبط هذا الاقتراح جزئيا عن طريق الليزر التي يسببها، وقوة الانحدار القوي. ولذلك، فإن صلابة من فخ البصرية وتوطين الجسيمات داخل تركيز شعاع الليزر يمكن ضبطها من قبل قوة الليزر. في الوقت نفسه، فمن الممكن أن يكشف عن الخصائص المحتملة محاصرة وتحليل التفاعلات بين الجزيئات مع الجسيمات من خلال رصد حركة الجسيمات تعتمد على الوقت في الفخ. هذا النهج يجعل من الممكن لالتقاط تردد وشدة واتجاه الحركة فلويديك التي يتم إنشاؤها من قبل جسم متحرك في بيئتها السائل. علينا أن نظهر كيف يمكن تطبيق هذه الفكرة العامة للحصول على الطيف الترددي من الحركة من اليرقات الفردية دون اشتراطالتدخل مباشرة مع العينة. هذا النهج التجريبي يقدم المفهوم العام الجديد لمراقبة سلوك متحركة من العينات المائية بطريقة حساسة للغاية. للملاحظات على الأنواع bioindicator، وهذا يمكن توسيع المنهجية الحالية لتحليل المياه ويمكن تطبيقها للحصول على معلومات حول صحة وسلامة النظم الإيكولوجية المائية.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. الإعداد التجريبية

  1. استخدام المجهر يصل الحق ومظلم مكثف النفط الميدان مع الفتحة العددية (NA) = 1.2 لإضاءة حقل مظلم. استخدام الهدف الغمر بالماء مع التكبير 100X وNA = 1.0 لملاحظات ومحاصرة الجسيمات. استخدام هدفا 10X الهواء مع التكبير وNA = 0.2 لمتابعة حركة اليرقات.
  2. استخدام الإعداد ملاقط بصرية مع 1،064 نانومتر ليزر الموجة المستمرة في جانب المجهر يصل الحق. تعيين قوة الليزر من فخ البصرية إلى 100 ميغاواط (قياس مع السلطة متر بعد الهدف).
  3. استخدام CMOS كاميرا عالية السرعة أو العاكسة الرقمية وحيدة العدسة (DSLR) كاميرا لكشف وصورة حركة الجسيمات الذهب في فخ البصرية والحركة من اليرقات.
  4. استخدام مرشح من الدرجة الأولى لمنع الليزر من دخول الكاميرا.
  5. استخدام السلطة متر لقياس قوة الليزر بعد الهدف.

2. إعداد نموذج

  • ماصة قطرات الماء (180 ميكرولتر) على شريحة زجاجية المجهر ووضع العينة على المجهر حقل مظلم.
  • ماصة على اليرقات من خزان مياه صغير لقطرة الماء.
  • استخدام هدفا الهواء 10X لمراقبة حركة اليرقات في الحل وتسجيل دفق الفيديو.
  • استخدام جسيمات متناهية الصغر من الذهب التي يبلغ قطرها 60 نانومتر كما كشف لمراقبة حركة السوائل الناتجة عن اليرقات. لذلك، إضافة 5 ميكرولتر من حل الجسيمات مخففة للغاية في قطرات الماء، بحيث أن ما يقرب من واحد الجسيمات يمكن رؤيته في مجال الرؤية مع الهدف الماء الغمر 100X.

    • 3. تتبع الجسيمات التجربة

    1. فخ واحد جسيمات متناهية الصغر من الذهب مع منتاش الضوئية. وبالتالي، جعل 1،064 نانومتر محاصرة الليزر على مقربة من جسيمات متناهية الصغر الذهب الذي نشرها في حل عن طريق تحريك المرحلة المجهر. قوات البصرية جذابة سحب جسيمات متناهية الصغر من الذهب نحو نقطة محورية في اله شعاع الليزر. الجسيمات المحاصرين لا نشرها بعد الآن، وبدلا يبقي موقفها. اتخاذ دفق الفيديو من جسيمات متناهية الصغر المحاصرين مع كاميرا DSLR بمعدل 50 إطار هرتز لمدة 30 ثانية.
    2. إيقاف تشغيل الليزر من منتاش البصرية والافراج عن جسيمات متناهية الصغر من الذهب من الفخ.
    3. استخدام برنامج تتبع الجسيمات إلى قراءات موقف الجسيمات المحاصرين الذهب بصريا في كل إطار من دفق الفيديو. وتحول فورييه السريع (الاتحاد الفرنسي للتنس) من موقف س ص-الجسيمات مع مرور الوقت يكشف عن الطيف الترددي.
      ملاحظة: وهنا، تم استخدام "ايغور PRO 'كود برنامج كمبيوتر المكتوبة النفس لتحليل موقف وسط الجسيمات في الطائرة س ص مع مرور الوقت لتحليل والاتحاد الفرنسي للتنس.
    4. كبديل للرمز ايغور الذاتي مكتوب استخدم برنامج 'فيديو بقعة المقتفي' لتتبع الجسيمات في الفيديو متاحة بحرية. استخدام البرمجيات التجارية "المنشأ" لتنفيذ التحول فورييه للبيانات تتبع: اسحب ملف الفيديو إلى البرنامج المفتوح "سبوت فيديو المقتفي '.
    5. النقر بالماوس على الجسيمات يظهران في الصورة الأولى من دفق الفيديو، ومنطقة دائرية من يظهر الاهتمام.
    6. اختيار "متماثل" و "الأمثل" في أعلى إطار موجه الأوامر لتحسين تتبع للجسيمات.
    7. الماوس فوق "تسجيل" في أعلى إطار موجه الأوامر واختيار مجلد لحفظ البيانات. سيتم حفظ البيانات تتبع في جدول البيانات.
    8. الماوس فوق "تشغيل الفيديو" على يسار إطار موجه الأوامر من برنامج التعقب والانتظار حتى يتم تحليل جميع الأطر من شريط الفيديو.
    9. إغلاق البرنامج وفتح جدول البيانات المحفوظة مع 'الأصل'. تعيين قيم العمود باسم "ذ 1" و "ذ 2".
    10. تعيين الخطوات الزمنية لكل إطار الفيديو بأنه "س" في جدول بيانات "المنشأ".
    11. علامة سموقف العمود وتنفيذ الاتحاد الفرنسي للتنس عن طريق اختيار "تحليل البيانات" و "الاتحاد الفرنسي للتنس" في أعلى إطار موجه الأوامر. كرر الخطوة للعمود ص الموقف.
    12. رسم سعة إشارة الاتحاد الفرنسي للتنس محسوب في س و ص الاتجاه مقابل التردد.

    4. المحاكاة العددية

    1. حساب α الاستقطاب من 60 نانومتر الذهب الجسيمات باستخدام برنامج كمبيوتر 'الرياضيات'.
      1. استخدام المعادلة (1) لحساب الاستقطاب وفقا لKuwata وآخرون 16.:
        المعادلة 1 (1)
      2. تعريف المعلمات الثلاث التالية في رمز البرنامج: وظيفة عازلة المعقدة التي تعتمد على الطول الموجي للجسيمات الذهب، ونصف قطرها جسيمات متناهية الصغر، ومعامل الانكسار من الوسط المحيط.
    2. استخدام وصف كهربائيتوزيع الحقل TRIC من شعاع جاوس تركيزا وفقا لAgayan 17 آخرون لحساب القوات البصرية بناء على 60 نانومتر الذهب الجسيمات.:
      المعادلة 2 (2)
      1. . استخدام المعادلات (3) - (6) من Agayan 17 آخرون لحساب حد سواء، والتدرج ونثر القوى المؤثرة على الجسيمات:
        المعادلة 3 (3)
        المعادلة 4 (4)
        المعادلة 5 (5)
        المعادلة 6 (6)
      2. في رمز البرنامج، وتحديد معايير لقوة الليزر، الفتحة العددية للسbjective، والاستقطاب معقدة من جسيمات متناهية الصغر.
      3. نلخص قوة التدرج والقوة نثر لحساب مجموع قوة البصرية المؤثرة على الجسيمات الذهب في فخ البصرية.
    3. تشغيل المحاكاة عن طريق الضغط في وقت واحد "السيطرة" و "أدخل".

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Representative Results

    ويرد توضيح تخطيطي من الإعداد التجريبية في الشكل 1A. A التكوين حقل مظلم هو ضروري للكشف عن بصريا تشريد 60 نانومتر الذهب الجسيمات في فخ البصرية 15. يتم اختيار الطول الموجي من 1،064 نانومتر ليزر محاصرة لضمان الحبس المستقرة للكشف عن الجسيمات الذهب 12،14. يتم استخدام شعاع الخائن في المجهر لتركيز شعاع محاصرة من خلال هدف ومرشح من الدرجة يمنع الليزر محاصرة من دخول جهاز الكشف عن التجربة. وكان أداء الحركات اليرقات في المياه المحيطة حل جسيمات متناهية الصغر من الذهب المحاصرين بصريا (الشكل 1B). الاهتزازات فلويديك التي يتم إنشاؤها بواسطة الحيوان نشر من خلال وسيلة السائل والتفاعل مع الجسيمات المحاصرين بصريا.

    الرقم 2A يظهر صورة الحقل المظلم من واحد 60 نانومتر الذهب جسيمات متناهية الصغر التي يتم المحاصرين بذ شعاع الليزر. لون مخضر تحت إضاءة حقل مظلم يشير تردد نثر في هذا النطاق الموجي. مراقبة لون للجسيمات المحاصرين مع كاميرا DSLR يضمن أن واحدا فقط جسيمات متناهية الصغر plasmonic المحاصرين بواسطة الليزر المركزة منذ محاصرة من الجسيمات الثانية من شأنه أن يؤدي إلى تغيير اللون بسبب اقتران plasmonic. ويظهر توزيع يحسب القوة البصرية الإجمالية التي تحافظ على جسيمات محصورة في فخ في الشكل 2B. دون أي اهتزاز فلويديك الخارجية، وتشريد للجسيمات متناهية الصغر plasmonic المحاصرين يظهر توزيع جاوس، منذ حركته يخضع فقط لحركة البراونية (الشكل 2C). حالما يتم إضافة أحد اليرقات إلى عينة، حركتها يخلق التفاعل مع الجسيمات فلويديك كاشف. جسيمات متناهية الصغر في فخ البصرية يبدأ في التأرجح في اتجاه التفاعل السوائل تصل إلى السعة التذبذب من 100 نانومتر (الشكل 2D).

    تحركات عدة يرقات اليرقات تم تحليلها بشكل مستقل من خلال مراقبة سلوك السباحة مع سرعة عالية CMOS الكاميرا. ويرد مثال في الشكل 3A. واحد التذبذب الكامل للالحركة الدورية للذراع الرئيسية للهوائيات كبيرة يأخذ 148 ميللي ثانية، والتي تتطابق مع تردد حول 6.75 هرتز. لاحظنا نفس اليرقات على مدى فترة زمنية من عدة ثوان ومختلفة أيضا يرقات من نفس العينة. من الملاحظة المباشرة لاحظنا الترددات لضربات الهوائيات في نطاق بين 4.1 و 7.2 هرتز.

    الرقم 3B والشكل 3C تظهر أطياف التردد من جسيمات متناهية الصغر من الذهب المحاصرين دون (المنحنى الأسود) ومع (المنحنى الأحمر) هدية اليرقات في قطرة الماء ملاحظتها. ويمكن رؤية تقريبا أي إشارة في اتجاه X-الجسيمات فورييه الطيف. في المقابل، ص اتجاه الطيف الترددي يظهر التركيب قويةonse. وهذا يمكن أن يفسر الموقف النسبي للاليرقات فيما يتعلق فخ الجسيمات. جسيمات متناهية الصغر يكشف سوى تلك الاهتزازات التي تم إنشاؤها بواسطة الكائن الحي. وبالتالي، فإن إشارة قوية في اتجاه ص يشير إلى اتجاه التذبذبات فلويديك وأيضا موقف الحيوان (cp. الشكل 2D). تحويل مسار الجسيمات النزوح التي تعتمد على الوقت في الفضاء فورييه بالتالي يؤدي إلى اختلاف تعتمد الاتجاه في كثافة إشارة من أطياف التردد. نطاق تردد واسع في الوقت الحاضر قياساتنا يتسق مع صافي الحركة الكائن الحي. تحركات اثنين من الهوائيات الرئيسية للاليرقات ليست هي المصدر الوحيد للنزوح السائل. تحركات أزواج هوائي أصغر ونتوءات الجسم الأخرى تسهم أيضا في إشارة لوحظ. لجميع القياسات، وجدنا تردد ماكسيما بين 3.0 و 7.2 هرتز لحركة اليرقات، والتي هي في حسن فقا لfrequ الملاحظة المباشرة encies من الكائنات الحية الدقيقة البيولوجية وأيضا يناسب تماما لنطاق الترددات المتوقع لاليرقات في مرحلة اليرقات 6،8-10.

    الشكل 1
    الشكل 1. توضيح تخطيطي من الإعداد التجريبية. أ) تكوين حقل الظلام ومنتاش الضوئية. يتم استخدام شعاع الخائن في المجهر لتركيز شعاع محاصرة (1،064 نانومتر، موجة مستمرة) إلى مرحلة المجهر حقل مظلم. وهناك مرشح درجة ويمنع من دخول الليزر عالية السرعة أو كاميرا DSLR. B) هو المحاصرين احد جسيمات متناهية الصغر من الذهب في منتاش الضوئية للكشف عن الاهتزازات ميكروفلويديك واحد اليرقات في الوسط المحيط. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    الطبقة = "jove_content" FO: المحافظة على together.within صفحة = "دائما"> الرقم 2
    الشكل 2: محاصرة البصرية للجسيمات متناهية الصغر من الذهب. أ) صورة حقل الظلام واحد من الجسيمات المحاصرين الذهب. B) حساب القوة الكلية المؤثرة على الجسيم في فخ البصرية. الطول الموجي الليزر هو 1،064 نانومتر وتم قياس قوة 100 ميغاواط في إطار الهدف. يتم رسم القوة في المنطقة من 2 ميكرون حول نقطة محورية. C) س ص التشريد من الجسيمات الذهب في فخ البصرية. غير منزعجة حركة الجسيمات عن طريق الاهتزازات فلويديك وتسبب فقط من قبل الحركة البراونية. D) س ص التشريد للجسيمات الذهب في فخ، بعد إضافة اليرقات إلى السائل. تدفق ميكروفلويديك الناتجة عن الحيوان يؤدي إلى تشويه تعتمد تيرة نزوح جسيمات متناهية الصغر من الذهب في ص الاتجاه.أ href = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/51502/51502fig2highres.jpg" الهدف = "_blank"> الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    الرقم 3
    الرقم 3: التردد أطياف جسيمات متناهية الصغر من الذهب المحاصرين بجانب اليرقات السباحة. A) هوائيات والسكتات الدماغية من اليرقات واحدة في نقاط زمنية مختلفة. . واحدة كاملة من التذبذب في حركة الدورية للهوائيات الرئيسي يستغرق حوالي 148 ميللي ثانية (6.75 هرتز) B) منحنى الأسود: تردد الطيف من النزوح من جسيمات متناهية الصغر دون عائق المحاصرين بصريا في العاشر-الاتجاه الذي اتخذ كمرجع. المنحنى الأحمر: الطيف الترددي للجسيمات الذهب بجانب اليرقات السباحة في X-الاتجاه. لا تظهر الطيف إشارة قوية بسبب الوضع النسبي للاليرقات إلى particl المحاصرين بصرياه. أقحم: توضيح تخطيطي لوضع اليرقات وجسيمات متناهية الصغر من الذهب أثناء التجربة. تدفق الناتجة عن اليرقات تتحرك يشير أساسا في ص الاتجاه C) منحنى الأسود: مرجع طيف الترددات للجسيمات الذهب دون عائق في ص الاتجاه. المنحنى الأحمر: الطيف الترددي من تشريد جسيمات متناهية الصغر من الذهب في وجود اليرقات الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Discussion

    الظلام المجهر الحقل هو أداة قوية لتصور جزيئات الذهب ذات أبعاد أقل من الحد حيود البصرية، منذ المقطع العرضي للتشتت المعادن النانوية يتجاوز القسم الهندسي على الصليب (cp. الشكل 2A) 18. في إعداد منتاش، فإن هذا النهج حتى يسمح للتمييز إذا محاصرون فقط واحدة أو متعددة لجزيئات الذهب بواسطة شعاع الليزر بسبب اقتران plasmonic بين الجسيمات يؤدي إلى تحول الحمراء من مأكل تردد الرنين 15. لذا المجهري الميدان مع حلول الظلام تكوين منتاش الضوئية توفر العديد من الاحتمالات التجريبية الجديدة والمفيدة جدا، ولكن المجموعة ليست واضحة بذاتها. لمحاصرة البصرية مستقرة مطلوب شعاع ليزر تركز بقوة، منذ ويتسبب أصل فخ البصرية في ثلاثة أبعاد من خلال التدرج من كثافة الحقل البصري. عادة، يتم استخدام أهداف مع فتحات العددية عالية (NA = 1،3-1،4) لمنتاشالاجهزة لتحقيق ضيقة التركيز ليزر 19. أعلى NA المتاحة تجاريا المكثفات النفطية حقل الظلام، ومع ذلك، هو 1.2. وهذا يحد من مجموعة من الأهداف التي يمكن استخدامها لمحاصرة الجسيمات إلى NA <1.2 لأهداف NA أعلى تتحمل المشكلة التي متناثرة فحسب، ولكن أيضا يتم جمعها من الضوء مباشرة من خلال العدسة الهدف. من أجل الإعداد لدينا، ونحن قادرون على تحقيق محاصرة البصرية مستقرة باستخدام الهدف الغمر بالماء مع NA = 1.0 ومكثف حقل مظلم مع NA = 1.2. هذا ممكن، لأن التوسع شعاع الليزر أمام المجهر أدى إلى الملئ من الفتحة الخلفي من الهدف، وبالتالي إلى التركيز الكافي ليزر (حتى مع وجود NA 1.0 فقط).

    محاصرة مستقرة من جسيمات متناهية الصغر plasmonic الذهب هو أيضا تعتمد بشدة على الطول الموجي لليزر 12-14 محاصرة. في تجاربنا، تم اختيار الطول الموجي من 1،064 نانومتر لمحاصرة الجسيمات تيروause هذا الطول الموجي هو الحمراء تحولت بعيدا عن الطول الموجي مأكل صدى الجسيمات في ~ 530 نانومتر. هذا هو المهم لمحاصرة قوات التدرج مستقرة منذ البصرية المؤثرة على الجسيمات الذهب هي السائدة لهذا الطول الموجي بينما تناثر القوات، والتي تنشأ من نقل الزخم من الفوتونات متناثرة واستيعابها، تكاد تكون معدومة. كلا، والتدرج والقوة نثر، تسبب الجسيمات على التحرك في اتجاهات مختلفة ولكن قوات التدرج فقط يؤدي إلى محاصرة البصرية مستقرة لأنها تشير نحو المنطقة من أعلى كثافة وهو تركيز شعاع الليزر. نثر القوات، في المقابل، لافتا على طول محور تدفق الطاقة من شعاع الضوء. في الطول الموجي بالقرب من صدى الجسيمات، تناثر الضوء يصبح قويا ونثر القوى المهيمنة. يتم دفع الجسيمات في هذه الحالة وليس المحاصرين من قبل شعاع الليزر، وحتى بعد البؤري 20،21.

    A محاصرة مستقرة جدا من الجسيمات هوشرط للكشف عن أي إزعاج ميكروفلويديك الخارجية الصغيرة وتحقيق معزز إشارة إلى نسبة الضوضاء في الطيف الترددي من الوقت تعتمد النزوح الجسيمات في فخ البصرية. في الوقت نفسه، يمكن لقوة الليزر عالية تؤدي إلى تسخين كبير من جسيمات متناهية الصغر التي يمكن أن تحفز التأثيرات الحرارية غير المرغوب فيها بما في ذلك التدفئة من عينة المياه كلها. لتحقيق إشارة واضحة في الفضاء فورييه الجسيمات عوامل يتعين النظر والتجربة الأمثل في مثل هذه الطريقة التي يتم الحد من آثار التدفئة ولكن يتم تحقيق محاصرة مستقرة كافية. من المهم أيضا أن نشير إلى أن ظروف عينة المياه، مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة، قد يكون لها تأثير على سلامة اليرقات أثناء القياس، والتي بالتالي تحتاج هذه العوامل أن يكون للرقابة وتبقى ثابتة. لذا أجرينا جميع القياسات في درجة حرارة الغرفة (~ 20 درجة مئوية) ودرجة الحموضة في حوالي 7.5.

    عموما، رانه طريقة للكشف عن حركة اليرقات اليرقات من خلال تتبع الموقف من جسيمات متناهية الصغر من الذهب واحد في فخ البصرية يمثل وسيلة غير الغازية لتحليل النشاط من العينة المائية دون اشتراط أن تخل أو حتى رؤية اليرقات أثناء القياس. بالإضافة إلى ذلك، اتجاه التذبذبات ميكروفلويديك يمكن تحديده من خلال تحليل الاتجاه تعتمد الطيف فورييه النزوح جسيمات متناهية الصغر ل. وبالتالي تكوين منتاش الضوئية يجعل من الممكن الكشف عن الاهتزازات حتى فلويديك صغيرة في محلول مائي مع حساسية عالية. في المستقبل، يمكن تمديد هذا النهج على التمييز بين أنواع مختلفة من الكائنات الحية في عينة مياه واحدة وفي نفس الوقت. وعلاوة على ذلك، لا يقتصر هذا النهج من استخدام جسيمات متناهية الصغر من الذهب كما كشف حساسة لقياس اليرقات اليرقات فقط، ويمكن من حيث المبدأ أن تطبق لقياس أي تدفق الناتجة عن كائنات أصغر بكثير، مثل الخلايا واحد وبوحتى ssibly البكتيريا.

    Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

    Disclosures

    يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.

    Acknowledgments

    الدعم المالي من قبل هيئة الإنصاف والمصالحة من خلال متقدم باحث غرانت HYMEM، من قبل DFG من خلال مبادرة ميونيخ النانو (نيم) ومن خلال Sonderforschungsbereich (SFB1032)، ومن المسلم به المشروع A8 بامتنان. ونحن ممتنون للدكتور الكسندر Ohlinger الدكتور سول كاريتيرو-بالاسيوس ومنتجعات Nedev للحصول على الدعم ومناقشات مثمرة.

    Materials

    Name Company Catalog Number Comments
    Microscope Zeiss Axio Scope.A1 Carl Zeiss 490035-0012-000 dark field illumination
    Water objective Achroplan Carl Zeiss 440087 100X magnification, NA = 1.0
    Air objective Epiplan Carl Zeiss 442934 10X magnification, NA = 0.2
    Dark field oil condenser Carl Zeiss 445323 NA = 1.2
    Cobolt Rumba CW 1,064 nm DPSSL Cobolt 1064-05-01-2000-500 1,064 nm, CW, λ = 1,064 nm, 2 Watt, TEM00
    Beam expander Edmund Optics Part no. 1064 2-8X 64414
    High Speed Camera Dimax HD PCO. Germany
    Color Camera Canon EOS 500 D  Canon FAQ-ID: 8201395700
    Notch filter StopLine 532/1064 Semrock A11149-711265 Part no. NF01-532U
    Water 
    Nauplius Artemia salina
    Gold colloid BBInternational Batch 13741  Diameter 60 nm
    MQMie Version 3.2  Dr. Michael Quinten
    Mathematica 8.0 Wolfram
    Comsol Multiphysics 4.0  COMSOL, Inc.

    DOWNLOAD MATERIALS LIST

    References

    1. Hellawell, J. M. Biological indicators of freshwater pollution and environmental management. , Elsevier Applied Science Publishers. (1986).
    2. Diamond, J. M., Barbour, M. T., Stribling, J. B. Characterizing and comparing bioassessment approaches and their results: A perspective. Journal of the North American Benthological Society. 15, 713-727 (1996).
    3. Carlisle, D. M., et al. The quality of our Nation’s waters—Ecological health in the Nation’s streams, 1993–2005. U.S. Geological Survey Circular. 1391, (2013).
    4. Boxhall, G. A., Defaye, D. Global diversity of copepods (Crustacea Copepoda) in freshwater. Hydrobiologia. 595 (1), 195-207 (2008).
    5. Ferdous, Z., Muktadir, A. K. M. A Review: Potentiality of Zooplankton as Bioindicator. American Journal of Applied Sciences. 6 (10), 1815-1819 (2009).
    6. Andersen Borg, C. M., Bruno, E., Kiørboe, T. The Kinematics of Swimming and Relocation Jumps in Copepod Nauplii. PLoS ONE. 7 (10), (2012).
    7. Gilchrist, B. M. Growth and Form of the Brine Shrimp Artemia Salina. Journal of Zoology. 134 (2), 221-235 (1960).
    8. Boone, E., Baas-Becking, L. G. M. Salt Effects on Egga and Nauplii of Artemia Salina L. Journal of General Physiology. 14 (6), 453-763 (1931).
    9. Drewes, C. Quantitative investigations of hatching in brine shrimp cysts. Association for Biology Laboratory Education. 27, 299-312 (2006).
    10. Williams, T. A. A model of rowing propulsion and the ontogeny of locomotion in Artemia larvae. Biological Bulletin. 187, 164-173 (1994).
    11. Croghan, P. C. The Mechanism of Osmotic Regulation in the Artemia Salina (L.): The Physiology of the Branchiae. Journal of Experimental Biology. 35, 234-242 (1958).
    12. Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Optics Letters. 11 (5), 288-290 (1986).
    13. Svoboda, K., Block, S. M. Optical trapping of metallic Rayleigh particles. Optics Letters. 19 (13), 930-932 (1994).
    14. Hansen, P. M., Bhatia, V. K., Harrit, N., Oddershede, L. Expanding the Optical Trapping Range of Gold Nanoparticles. Nano Letters. 5 (10), 1937-1942 (2005).
    15. Ohlinger, A., Deak, A., Lutich, A. A., Feldmann, J. Optically Trapped Gold Nanoparticle Enables Listening at the Microscale. Physical Review Letters. 108 (1), (2012).
    16. Kuwata, H., Tamaru, H., Esumi, K., Miyano, K. Resonant light scattering particles: Practical analysis beyond Rayleigh approximation. Applied Physics Letters. 83 (22), 4625-4628 (2003).
    17. Agayan, R. R., Gittes, F., Kopelman, R., Schmidt, C. F. Optical trapping near resonance absorption. Applied Optics. 41 (12), 2318-2327 (2002).
    18. Klar, T., Perner, M., Grosse, S., von Plessen, G., Spirkl, W., Feldmann, J. Surface-Plasmon Resonances in Single Metallic Nanoparticles. Physical Review Letters. 80, 4249-4252 (1998).
    19. Ohlinger, A., Nedev, S., Lutich, A. A., Feldmann, J. Optothermal Escape of Plasmonically Coupled Silver Nanoparticles from a Three-Dimensional Optical Trap. Nano Letters. 11 (4), 1770-1774 (2011).
    20. Urban, A. S., Lutich, A. A., Stefani, F. D., Feldmann, J. Laser Printing Single Gold Nanoparticles. Nano Letters. Nano Letters. 10 (12), 4794-4798 (2010).
    21. Urban, A. S., Fedoru, K. M., Nedev, S., Lutich, A., Lohmueller, T., Feldmann, J. Shrink-to-fit Plasmonic Nanostructures. Advanced Optical Materials. 1 (2), 123-127 (2013).

    Tags

    الفيزياء الحيوية، العدد 89، ملاقط بصرية، وتتبع الجسيمات، plasmonic النانوية، اليرقات، bioindicator، وتحليل عينة المياه
    تحليل حركة اليرقات &#39;<em&gt; الأرتيميا سالينا</em&gt; من خلال تتبع بصري من Plasmonic النانوية
    Play Video
    PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

    Cite this Article

    Kirchner, S. R., Fedoruk, M.,… More

    Kirchner, S. R., Fedoruk, M., Lohmüller, T., Feldmann, J. Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles. J. Vis. Exp. (89), e51502, doi:10.3791/51502 (2014).

    Less
    Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
    View Video

    Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

    Waiting X
    Simple Hit Counter