Summary
हम जलीय जीवों की आवृत्ति आंदोलनों जांच और चिह्नित करने के लिए plasmonic नैनोकणों के ऑप्टिकल ट्रैकिंग का उपयोग करें.
Abstract
हम ऑप्टिकल चिमटी छोटे जलीय जीवों के आंदोलन से उत्पन्न fluidic कंपन का विश्लेषण करने के लिए एक संवेदनशील उपकरण प्रदान कर सकता है कि कैसे प्रदर्शित करता है. एक ऑप्टिकल चिमटी से नोचना द्वारा आयोजित एक सोने nanoparticle एक पानी के नमूने में एक Nauplius लार्वा (Artemia सलीना) की लयबद्ध गति यों को एक संवेदक के रूप में प्रयोग किया जाता है. इस Nauplius गतिविधि का एक परिणाम के रूप में फंस nanoparticle के समय निर्भर विस्थापन की निगरानी के द्वारा हासिल की है. Nanoparticle की स्थिति का एक फूरियर विश्लेषण तो मनाया प्रजातियों की गति के लिए विशेषता है कि एक आवृत्ति स्पेक्ट्रम पैदावार. इस प्रयोग से उन्हें सीधे निरीक्षण करने के लिए और फंस कण के संबंध में लार्वा की स्थिति के बारे में जानकारी हासिल करने के लिए आवश्यकता के बिना छोटे जलीय लार्वा की गतिविधि को मापने और चिह्नित करने के लिए इस पद्धति की क्षमता को दर्शाता है. कुल मिलाकर, इस दृष्टिकोण एक जलीय ई में पाया कुछ प्रजातियों की जीवन शक्ति पर एक जानकारी दे सकता हैcosystem और पानी के नमूनों का विश्लेषण करने के लिए पारंपरिक तरीकों की रेंज का विस्तार कर सकता है.
Introduction
रासायनिक और जैविक संकेतकों पर आधारित जल गुणवत्ता मूल्यांकन एक जलीय पारिस्थितिकी तंत्र 1-3 की राज्य और पर्यावरण की स्थिति पर जानकारी हासिल करने के लिए बुनियादी महत्व की है. रासायनिक पानी के विश्लेषण के लिए शास्त्रीय तरीकों organoleptic गुणों या भौतिक मानकों के निर्धारण के आधार पर कर रहे हैं. जैविक संकेतक, दूसरी ओर, जिनकी उपस्थिति और व्यवहार्यता पर्यावरण की स्थिति और वे bioindicators के लिए विशिष्ट उदाहरण के अंदर होती है कि एक पारिस्थितिकी तंत्र के लिए प्रदूषण के प्रभाव पर अंतर्दृष्टि प्रदान जानवरों की प्रजातियों Copepods, छोटे पानी क्रसटेशियन का एक समूह है, जो कर सकते हैं कर रहे हैं लगभग किसी भी पानी के निवास स्थान 4,5 में पाया जा. एक पानी के नमूने से इन प्रजातियों की गतिविधि और व्यवहार्यता अवलोकन इस प्रकार एक पारिस्थितिकी तंत्र 5 की समग्र स्थिति पर जानकारी प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. nauplii कहा जाता है जो Copepods का लार्वा,, (प्रत्येक लार्वा appenda के तीन जोड़े है अपने एंटीना की लयबद्ध स्ट्रोक का उपयोगउनके सिर क्षेत्र में GES) पानी 6 में तैरने के लिए. इन स्ट्रोक की आवृत्ति और तीव्रता जिससे उम्र, स्वास्थ्य, और पशु 7-10 के पर्यावरण की स्थिति का एक सीधा संकेत है. इन नमूनों पर कोई जांच आम तौर पर देख और सीधे nauplii का एंटीना स्ट्रोक की गणना के द्वारा एक खुर्दबीन के साथ किया जाता है. कारण उनके आकार (~ 100-500 माइक्रोन) 11 को, इस बार एक एक करके या एक सब्सट्रेट करने के लिए एक एकल Nauplius ठीक करने के लिए या तो मापन करने की आवश्यकता है.
यहाँ, हम एक अति संवेदनशील डिटेक्टर के रूप में एक ऑप्टिकली फंस सोने nanoparticle का उपयोग करके पानी के नमूनों में Copepod लार्वा की गतिविधि का पालन करने के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रदर्शित करता है. ऑप्टिकल चिमटी आमतौर पर piconewton रेंज 12-14 के लिए नीचे अणुओं के बीच बलों लागू या मापने के लिए एक ठीक प्रयोगात्मक उपकरण के रूप में कई समूहों द्वारा किया जाता है. हाल ही में, ऑप्टिकल चिमटी के लिए आवेदनों की रेंज ध्वनिक कंपन पालन और हल करने के लिए विस्तारित किया गया हैएक ऑप्टिकल जाल 15 में ही सीमित हैं कि नैनो और microparticles की गति की निगरानी के द्वारा तरल मीडिया में NT उतार चढ़ाव. एक तरल में डूब रहे हैं कि कण ब्राउनियन गति के अधीन हैं. एक ऑप्टिकल जाल के अंदर, हालांकि, इस प्रस्ताव को आंशिक रूप से एक मजबूत, लेजर प्रेरित, ढाल बल द्वारा damped है. इसलिए, ऑप्टिकल जाल की जकड़न और लेजर बीम का ध्यान केंद्रित भीतर कण का स्थानीयकरण लेजर शक्ति से देखते जा सकता है. उसी समय, यह फँसाने क्षमता के बारे में विशेषताओं को प्रकट करने के लिए और जाल में समय पर निर्भर कण गति की निगरानी के द्वारा कण के अणुओं के साथ बातचीत का विश्लेषण करने के लिए संभव है. यह दृष्टिकोण यह संभव आवृत्ति, तीव्रता, और अपने तरल वातावरण में एक चलती वस्तु से उत्पन्न होता है कि fluidic गति की दिशा लेने के लिए प्रदान करता है. हम इस सामान्य विचार आवश्यकता के बिना एक व्यक्ति Nauplius की गति की एक आवृत्ति स्पेक्ट्रम प्राप्त करने के लिए लागू किया जा सकता कैसे प्रदर्शितसीधे नमूना के साथ हस्तक्षेप करने के लिए. इस प्रयोगात्मक दृष्टिकोण एक बहुत ही संवेदनशील तरीके से जलीय नमूनों का चलता - फिरता व्यवहार की निगरानी के लिए एक नया सामान्य अवधारणा परिचय. Bioindicator प्रजातियों पर टिप्पणियों के लिए, यह पानी के विश्लेषण के लिए वर्तमान पद्धति का विस्तार कर सकता है और स्वास्थ्य और जलीय पारिस्थितिकी प्रणालियों की अखंडता के बारे में जानकारी हासिल करने के लिए लागू किया जा सकता है.
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Protocol
1. प्रयोगात्मक सेटअप
- अंधेरे क्षेत्र रोशनी के लिए एक संख्यात्मक एपर्चर (एनए) के साथ = 1.2 एक ऊपर सही माइक्रोस्कोप और एक अंधेरे क्षेत्र तेल कंडेनसर का प्रयोग करें. कण टिप्पणियों और फँसाने के लिए 100X बढ़ाई और एक एनए = 1.0 के साथ एक पानी विसर्जन उद्देश्य का प्रयोग करें. Nauplius के प्रस्ताव का पालन करने के लिए 10x बढ़ाई और एक एनए = 0.2 के साथ एक हवाई उद्देश्य का उपयोग करें.
- ऊपर से सही माइक्रोस्कोप में मिलकर 1,064 एनएम निरंतर तरंग लेजर के साथ एक ऑप्टिकल चिमटी सेटअप का उपयोग करें. (उद्देश्य के बाद एक बिजली मीटर के साथ मापा) 100 मेगावाट करने के लिए ऑप्टिकल जाल की लेजर सत्ता स्थापित.
- ऑप्टिकल जाल और Nauplius की गति में सोने के कण आंदोलन का पता लगाने और छवि के लिए एक CMOS उच्च गति कैमरा या एक डिजिटल एकल लेंस पलटा (DSLR) कैमरा का उपयोग करें.
- कैमरे में प्रवेश करने से लेजर को रोकने के लिए एक पायदान फिल्टर का प्रयोग करें.
- उद्देश्य के बाद लेजर शक्ति को मापने के लिए एक बिजली मीटर का प्रयोग करें.
2. नमूना तैयार
3. कण ट्रैकिंग प्रयोग
- ऑप्टिकल चिमटी के साथ जाल एक सोने nanoparticle. इसलिए, खुर्दबीन मंच ले जाकर समाधान में diffusing है कि एक सोने nanoparticle के करीब 1,064 एनएम फँसाने लेजर लाना. आकर्षक ऑप्टिकल बलों वीं का केन्द्र बिन्दु की ओर सोने nanoparticle खींचई लेजर बीम. फंस कण अब और diffusing और नहीं बल्कि अपनी स्थिति रखता नहीं है. 30 सेकंड के लिए 50 हर्ट्ज की एक फ्रेम दर पर DSLR कैमरा के साथ फंस nanoparticle का एक वीडियो स्ट्रीम लो.
- ऑप्टिकल चिमटी की लेजर को बंद करें और जाल से सोने nanoparticle जारी.
- वीडियो स्ट्रीम के हर फ्रेम में ऑप्टिकली फंस सोने के कण की स्थिति readout के लिए एक कण ट्रैकिंग प्रोग्राम का उपयोग करें. समय के साथ कण के XY स्थिति की एक तेजी से फूरियर परिवर्तन (FFT) एक आवृत्ति स्पेक्ट्रम का पता चलता है.
नोट: यहाँ, एक स्वयं लिखा 'इगोर प्रो' कंप्यूटर प्रोग्राम कोड समय के साथ और FFT विश्लेषण के लिए XY विमान में कण केंद्र की स्थिति का विश्लेषण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था. - एक स्वयं लिखा इगोर कोड के लिए एक विकल्प के रूप में वीडियो में कण नज़र रखने के लिए स्वतंत्र रूप से उपलब्ध 'वीडियो स्पॉट ट्रैकर' कार्यक्रम का उपयोग करें. ट्रैकिंग डेटा के फूरियर परिवर्तन प्रदर्शन करने के लिए वाणिज्यिक सॉफ्टवेयर 'मूल' का प्रयोग करें:
- माउस वीडियो स्ट्रीम और ब्याज प्रकट होता है एक परिपत्र क्षेत्र की पहली तस्वीर में देखा कण पर क्लिक करें.
- कण की ट्रैकिंग अनुकूलन करने के लिए शीर्ष कमांड प्रॉम्प्ट विंडो में "सममित" और "अनुकूलन" चुनें.
- माउस शीर्ष कमांड प्रॉम्प्ट विंडो में "प्रवेश" पर क्लिक करें और डेटा को बचाने के लिए एक फ़ोल्डर का चयन करें. ट्रैकिंग डेटा एक डेटा स्प्रेडशीट के रूप में सहेज लिया जाएगा.
- माउस ट्रैकिंग कार्यक्रम की बाईं कमांड प्रॉम्प्ट विंडो पर "खेलने वीडियो" पर क्लिक करें और वीडियो के सभी तख्ते विश्लेषण कर रहे हैं जब तक प्रतीक्षा करें.
- कार्यक्रम को बंद करने और 'मूल' से बचाया डेटा स्प्रेडशीट खोलें. "Y 1 'और' वाई 2" के रूप में स्तंभ मान सेट करें.
- 'मूल' डेटा स्प्रेडशीट में "एक्स" के रूप में प्रत्येक वीडियो फ्रेम के लिए समय कदम सेट.
- मार्क एक्सस्थिति स्तंभ और शीर्ष कमांड प्रॉम्प्ट विंडो में "डेटा विश्लेषण" और "FFT" का चयन करके एक FFT प्रदर्शन करते हैं. Y-स्थिति स्तंभ के लिए कदम दोहराएँ.
- आवृत्ति बनाम एक्स और वाई दिशा में गणना FFT संकेत के आयाम प्लॉट.
4. संख्यात्मक सिमुलेशन
- कंप्यूटर प्रोग्राम 'मेथेमेटिका' का उपयोग करके 60 एनएम सोने के कण की polarizability α की गणना.
- . (1) Kuwata एट अल 16 के अनुसार polarizability की गणना के लिए समीकरण का उपयोग करें:
(1) - सोने के कण, nanoparticle त्रिज्या, और आसपास के माध्यम का अपवर्तनांक की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर जटिल ढांकता समारोह: प्रोग्राम कोड में निम्नलिखित तीन मानकों को परिभाषित.
- . (1) Kuwata एट अल 16 के अनुसार polarizability की गणना के लिए समीकरण का उपयोग करें:
- चुनाव का वर्णन का प्रयोग करें. एक 60 एनएम सोने के कण पर अभिनय ऑप्टिकल बलों की गणना करने के लिए Agayan एट अल 17 के अनुसार एक केंद्रित गाऊसी किरण की tric क्षेत्र वितरण:
(2) - . उपयोग समीकरण (3) - (6) Agayan एट अल 17 से दोनों की गणना करने के लिए, ढाल और कण पर अभिनय बलों बिखरने:
(3) 
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(6) - प्रोग्राम कोड में, ओ के संख्यात्मक एपर्चर लेजर शक्ति के लिए मानकों को परिभाषितbjective, और nanoparticle के जटिल polarizability.
- एक ऑप्टिकल जाल में सोने के कण पर अभिनय कुल ऑप्टिकल बल की गणना करने के लिए ढाल बल और बिखरने बल को योग.
- . उपयोग समीकरण (3) - (6) Agayan एट अल 17 से दोनों की गणना करने के लिए, ढाल और कण पर अभिनय बलों बिखरने:
- एक साथ "नियंत्रण" दबाने और "Enter" द्वारा सिमुलेशन चलाते हैं.
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Representative Results
प्रयोगात्मक सेटअप का एक योजनाबद्ध चित्रण चित्रा 1 ए में दिखाया गया है. एक अंधेरे क्षेत्र विन्यास ऑप्टिकली एक ऑप्टिकल जाल 15 में एक 60 एनएम सोने के कण के विस्थापन का पता लगाने के लिए आवश्यक है. फँसाने लेजर के लिए 1,064 एनएम तरंगदैर्ध्य डिटेक्टर सोने के कण 12,14 के एक स्थिर कारावास की गारंटी करने के लिए चुना है. माइक्रोस्कोप में एक बीम फाड़नेवाला उद्देश्य के माध्यम से फँसाने बीम ध्यान केंद्रित करने के लिए इस्तेमाल किया और एक निशान फिल्टर प्रयोग का पता लगाने डिवाइस में प्रवेश करने से फँसाने लेजर से बचाता है. Nauplius ऑप्टिकली फंस सोने nanoparticle (चित्रा 1 बी) के आसपास के पानी के घोल में आंदोलनों प्रदर्शन कर रहा था. पशु द्वारा उत्पन्न कर रहे हैं कि fluidic कंपन तरल माध्यम के माध्यम से प्रचार और ऑप्टिकली फंस कण के साथ बातचीत.
चित्रा 2A बी फंस गया है कि एक भी 60 एनएम सोने nanoparticle के एक अंधेरे क्षेत्र छवि से पता चलता हैY लेजर बीम. अंधेरे क्षेत्र रोशनी के तहत हरे रंग कि तरंगदैर्ध्य रेंज में अपने बिखरने आवृत्ति इंगित करता है. एक DSLR कैमरा के साथ फंस कण का रंग देख एक दूसरे कण की फँसाने की वजह plasmonic युग्मन के लिए एक रंग परिवर्तन पर नतीजा होगा के बाद से सिर्फ एक plasmonic nanoparticle केंद्रित लेजर से फंस गया है कि यह सुनिश्चित करता है. जाल में ही सीमित कण रहता है कि कुल ऑप्टिकल बल की गणना की वितरण चित्रा 2B में दिखाया गया है. किसी भी बाहरी fluidic कंपन के बिना, फंस plasmonic nanoparticle का विस्थापन अपने आंदोलन को गति ब्राउनियन (चित्रा -2) को केवल विषय है के बाद से, एक गाऊसी वितरण से पता चलता है. जैसे ही एक Nauplius नमूना करने के लिए जोड़ा गया है के रूप में अपने आंदोलन डिटेक्टर कण के साथ एक fluidic बातचीत बनाता है. ऑप्टिकल जाल में nanoparticle 100 एनएम (चित्रा 2 डी का एक दोलन आयाम अप करने के लिए तरल पदार्थ बातचीत की दिशा में हिलाना शुरू होता है).
कई Nauplius लार्वा के आंदोलनों को स्वतंत्र रूप से एक उच्च गति CMOS कैमरा के साथ अपने तैराकी व्यवहार की निगरानी के द्वारा विश्लेषण किया गया. एक उदाहरण चित्रा 3 ए में दिखाया गया है. बड़े एंटीना का मुख्य हाथ की आवधिक गति से एक पूर्ण दोलन के आसपास 6.75 हर्ट्ज की एक आवृत्ति से मेल खाती है, जो 148 मिसे लेता है. हम कई सेकंड के एक समय अवधि में ही Nauplius मनाया और एक ही नमूना से nauplii भी अलग. प्रत्यक्ष अवलोकन से हम 4.1 और 7.2 हर्ट्ज के बीच सीमा में एंटीना स्ट्रोक के लिए आवृत्तियों मनाया.
चित्रा 3 बी और चित्रा -3 सी (काला वक्र) के बिना और (लाल वक्र) मनाया छोटी बूंद पानी में एक Nauplius वर्तमान के साथ एक फँस सोने nanoparticle की आवृत्ति स्पेक्ट्रा दिखाते हैं. लगभग कोई संकेत कण के फूरियर स्पेक्ट्रम की एक्स दिशा में देखा जा सकता है. इसके विपरीत, आवृत्ति स्पेक्ट्रम की Y-दिशा में एक मजबूत resp से पता चलता हैonse. इस कण फंसाने के लिए सम्मान के साथ Nauplius के रिश्तेदार की स्थिति से समझा जा सकता है. nanoparticle जीव द्वारा उत्पन्न कर रहे हैं कि केवल उन कंपन का पता लगाता है. Y-दिशा में एक मजबूत संकेत इसलिए fluidic दोलनों की दिशा और भी (चित्रा 2 डी cp.) जानवर की स्थिति को दर्शाता है. फूरियर अंतरिक्ष में समय पर निर्भर कण विस्थापन प्रक्षेपवक्र बदलने इसलिए आवृत्ति स्पेक्ट्रा का संकेत तीव्रता में एक दिशा निर्भर अंतर की ओर जाता है. हमारे माप में मौजूद व्यापक आवृत्ति रेंज शुद्ध जीव गतिशीलता के साथ संगत है. Nauplius के दो मुख्य एंटेना के आंदोलनों तरल विस्थापन के अनन्य स्रोत नहीं हैं. छोटे एंटीना जोड़े और शरीर के अन्य protrusions के आंदोलनों भी मनाया संकेत करने के लिए योगदान करते हैं. सभी मापन के लिए, हम 3.0 और सीधे मनाया frequ के लिए एक अच्छा अनुसार है जो Nauplius आंदोलन के लिए 7.2 हर्ट्ज के बीच आवृत्ति Maxima पायाभी जैविक सूक्ष्मजीव की encies और एक ही मंच के 6,8-10 में एक Nauplius के लिए उम्मीद की आवृत्ति रेंज के लिए अच्छी तरह से फिट बैठता है.
प्रयोगात्मक स्थापना के चित्रा 1. योजनाबद्ध चित्रण. ए) क्षेत्र अंधेरे विन्यास और ऑप्टिकल चिमटी से नोचना. माइक्रोस्कोप में एक बीम फाड़नेवाला क्षेत्र अंधेरे खुर्दबीन के मंच को फँसाने बीम (1,064 एनएम, निरंतर तरंग) ध्यान केंद्रित करने के लिए प्रयोग किया जाता है. एक पायदान फिल्टर उच्च गति या DSLR कैमरा. बी) एक सोने nanoparticle आसपास के मध्यम में एक Nauplius की microfluidic कंपन का पता लगाने के लिए ऑप्टिकल चिमटी से नोचना में फंस गया है में प्रवेश करने से लेजर से बचाता है. इस का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें चित्रा.
चित्रा 2: एक सोने nanoparticle के ऑप्टिकल फँसाने. एक ऑप्टिकल जाल में कण पर अभिनय कुल बल का एक भी फंस सोने के कण की ए) क्षेत्र अंधेरे छवि. बी) गणना. लेजर तरंग दैर्ध्य 1,064 एनएम है और 100 मेगावाट की बिजली उद्देश्य के तहत मापा गया था. शक्ति केन्द्र बिन्दु एक ऑप्टिकल जाल में एक सोने के कण की. सी) XY विस्थापन लगभग 2 मीटर के क्षेत्र में साजिश रची है. कण आंदोलन fluidic कंपन से परेशान और केवल ब्राउनियन गति. डी) के जाल में सोने के कण की XY विस्थापन की वजह से, तरल करने के लिए एक Nauplius जोड़ने के बाद नहीं है. पशु द्वारा उत्पन्न microfluidic प्रवाह Y-दिशा में सोने nanoparticle विस्थापन की एक आवृत्ति निर्भर विरूपण का कारण बनता है.href = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/51502/51502fig2highres.jpg" लक्ष्य = "_blank"> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
चित्रा 3: अगले एक स्विमिंग Nauplius तक फंसे एक सोने nanoparticle की आवृत्ति स्पेक्ट्रा. ए) एंटीना अलग समय बिंदुओं पर एक भी Nauplius के स्ट्रोक. . मुख्य एंटीना की आवधिक आंदोलन का पूरा दोलन के आसपास 148 मिसे (6.75 हर्ट्ज) लेता बी) काले वक्र: एक संदर्भ के रूप में लिया गया था कि एक्स दिशा में एक undisturbed ऑप्टिकली फंस nanoparticle के विस्थापन की फ्रीक्वेंसी स्पेक्ट्रम. लाल वक्र: अगले X-दिशा में एक स्विमिंग Nauplius को सोने के कण की फ्रीक्वेंसी स्पेक्ट्रम. स्पेक्ट्रम की वजह से ऑप्टिकली फंस particl को Nauplius के रिश्तेदार की स्थिति के लिए एक मजबूत संकेत नहीं दिखा हैई. इनसेट: प्रयोग के दौरान Nauplius और सोने nanoparticle स्थिति की योजनाबद्ध चित्रण. . आगे बढ़ Nauplius द्वारा उत्पन्न प्रवाह मुख्य रूप Y-दिशा सी) काला वक्र में इशारा कर रहा है: Y-दिशा में undisturbed सोने के कण के संदर्भ आवृत्ति स्पेक्ट्रम. लाल वक्र:. एक Nauplius की उपस्थिति में सोने nanoparticle विस्थापन की फ्रीक्वेंसी स्पेक्ट्रम यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें.
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Discussion
अंधेरे क्षेत्र माइक्रोस्कोपी धातु नैनोकणों के बिखरने क्रॉस सेक्शन उनके ज्यामितीय पार अनुभाग (cp. 2A चित्रा) 18 से अधिक के बाद से, ऑप्टिकल विवर्तन सीमा से नीचे आयामों के साथ सोने के नैनोकणों दृश्यमान करने के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है. एक चिमटी से सेटअप में, इस दृष्टिकोण भी कणों के बीच plasmonic युग्मन plasmon अनुनाद आवृत्ति 15 के एक लाल बदलाव का कारण बनता है, क्योंकि केवल एक या कई सोने के नैनोकणों लेजर बीम से फंस रहे हैं, तो भेद करने के लिए अनुमति देता है. एक ऑप्टिकल चिमटी से नोचना विन्यास के साथ अंधेरे क्षेत्र माइक्रोस्कोपी इसलिए कई नई और बहुत उपयोगी प्रयोगात्मक संभावनाएं प्रदान करता है, लेकिन संयोजन स्वयं स्पष्ट नहीं है. तीन आयामों में एक ऑप्टिकल जाल की मूल ऑप्टिकल क्षेत्र घनत्व की एक ढाल के कारण होता है के बाद से स्थिर ऑप्टिकल फँसाने के लिए एक जोरदार केंद्रित लेजर बीम, आवश्यक है. आमतौर पर, उच्च संख्यात्मक apertures (एनए 1.3-1.4 =) के साथ उद्देश्यों को चिमटी के लिए उपयोग किया जाता हैलेजर 19 का ध्यान केंद्रित एक तंग प्राप्त करने के लिए setups. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध काले क्षेत्र तेल condensers के उच्चतम एनए, हालांकि, 1.2 है. इस उच्च एनए उद्देश्यों बिखरे हुए न केवल कि समस्या सहन क्योंकि NA <1.2 कण फँसाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन यह भी सीधे प्रकाश उद्देश्य लेंस से इकट्ठा किया जाता है कि उद्देश्यों की रेंज की सीमा. हमारे सेटअप के लिए, हम एक एनए = 1.0 और एक एनए के साथ एक अंधेरे क्षेत्र कंडेनसर 1.2 = साथ एक पानी विसर्जन उद्देश्य का उपयोग करके एक स्थिर ऑप्टिकल फँसाने प्राप्त करने में सफल रहे हैं. खुर्दबीन के सामने लेजर बीम विस्तार उद्देश्य के पीछे एपर्चर के एक overfilling के लिए और इसलिए (भले ही 1.0 की एक एनए) के साथ लेजर का ध्यान केंद्रित एक पर्याप्त नेतृत्व करने के लिए, क्योंकि यह संभव है.
एक plasmonic nanoparticle सोने के स्थिर फँसाने भी फँसाने लेजर 12-14 की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर है. हमारे प्रयोगों में, 1,064 एनएम के तरंग दैर्ध्य कण फँसाने बीईसी के लिए चुना गया थाause इस तरंगदैर्ध्य दूर लाल स्थानांतरित ~ 530 एनएम पर कण की plasmon अनुनाद तरंगदैर्ध्य से है. , बिखरे हुए और अवशोषित फोटॉनों की गति हस्तांतरण आरंभ से कम कर रहे हैं, जो बलों, बिखरने, जबकि सोने के कण पर अभिनय ऑप्टिकल ढाल बलों इस तरंग दैर्ध्य के लिए प्रभावी रहे हैं, क्योंकि यह एक स्थिर फँसाने के लिए महत्वपूर्ण है. , ढाल और बिखरने बल दोनों, कण अलग अलग दिशाओं में स्थानांतरित करने का कारण लेकिन वे लेजर बीम का ध्यान केंद्रित है जो उच्चतम तीव्रता के क्षेत्र की ओर इशारा कर रहे हैं के बाद से ही ढाल बलों एक स्थिर ऑप्टिकल फँसाने के लिए नेतृत्व. बलों बिखरने, इसके विपरीत, प्रकाश किरण की ऊर्जा प्रवाह की धुरी के साथ इशारा कर रहे हैं. कण गूंज के करीब एक तरंग दैर्ध्य में, प्रकाश के प्रकीर्णन मजबूत और प्रभावी ताकतों बिखरने हो जाता है. इस मामले में कण और भी फोकल हवाई जहाज़ 20,21 परे, लेजर बीम से धक्का दे दिया और नहीं फंस रहे हैं.
कण का एक बहुत ही स्थिर फँसाने है एककिसी भी छोटे बाहरी microfluidic अशांति का पता लगाने के लिए और ऑप्टिकल जाल में समय निर्भर कण विस्थापन से आवृत्ति स्पेक्ट्रम में शोर अनुपात करने के लिए एक बढ़ाया संकेत प्राप्त करने के लिए आवश्यकता. इसी समय, एक उच्च शक्ति लेजर पूरे पानी के नमूने की ताप सहित अवांछित थर्मल प्रभाव उत्पन्न कर सकता है जो nanoparticle की पर्याप्त ताप पैदा कर सकते हैं. एक अलग संकेत प्राप्त करने के कण के फूरियर अंतरिक्ष में दोनों कारकों पर विचार और प्रयोग हीटिंग प्रभाव कम कर रहे हैं, लेकिन पर्याप्त स्थिर फँसाने हासिल की है कि इस तरह से अनुकूलित किया जाना है. यह इस तरह के तापमान और पीएच के रूप में पानी के नमूने की स्थिति, माप दौरान लार्वा की व्यवहार्यता पर प्रभाव पड़ता है, और इन कारकों इस प्रकार नियंत्रित और स्थिर रखने की जरूरत है कि हो सकता है कि बाहर बात करने के लिए भी महत्वपूर्ण है. इसलिए हम कमरे के तापमान (~ 20 डिग्री सेल्सियस) पर और आसपास 7.5 के पीएच में सभी मापन प्रदर्शन किया.
कुल मिलाकर, टीवह एक ऑप्टिकल जाल में एक भी सोने nanoparticle की स्थिति पर नज़र रखने के द्वारा Nauplius लार्वा की गति का पता लगाने के लिए विधि को परेशान या भी माप के दौरान Nauplius देखने के लिए आवश्यकता के बिना जलीय नमूना की गतिविधि का विश्लेषण करने के लिए एक गैर इनवेसिव तरीका का प्रतिनिधित्व करता है. इसके अतिरिक्त, microfluidic दोलनों की दिशा nanoparticle के विस्थापन की दिशा निर्भर फूरियर स्पेक्ट्रम विश्लेषण द्वारा निर्धारित किया जा सकता है. ऑप्टिकल चिमटी से नोचना विन्यास इस प्रकार यह संभव उच्च संवेदनशीलता के साथ एक जलीय घोल में भी छोटे fluidic कंपन का पता लगाने के लिए प्रदान करता है. भविष्य में, इस दृष्टिकोण एक पानी के नमूने में और एक ही समय में जीवों के विभिन्न प्रकार के बीच भेद करने के लिए बढ़ाया जा सकता है. इसके अलावा, एक संवेदनशील डिटेक्टर के रूप में एक सोने nanoparticle का उपयोग कर के इस दृष्टिकोण केवल Nauplius लार्वा की माप के लिए आरक्षित नहीं है और सिद्धांत रूप में इस तरह के एकल कक्षों और पीओ के रूप में ज्यादा छोटी वस्तुओं से उत्पन्न किसी भी प्रवाह, को मापने के लिए लागू किया जा सकता हैssibly भी बैक्टीरिया.
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Disclosures
लेखकों वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है कि घोषित.
Acknowledgments
Nanosystems पहल म्यूनिख (एनआईएम) के माध्यम से DFG द्वारा विकसित अन्वेषक अनुदान HYMEM, के माध्यम से और Sonderforschungsbereich (SFB1032) के माध्यम से ईआरसी द्वारा वित्तीय सहायता, परियोजना A8 कृतज्ञता स्वीकार किया है. हम डॉ. अलेक्जेंडर Ohlinger, डा. सोल Carretero-Palacios और समर्थन और उपयोगी बातचीत के लिए स्पा Nedev के लिए आभारी हैं.
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. |
References
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- 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).
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