Name: construction of a high resolution microscope with conventional and holographic optical trapping capabilities
Uploaded: 2013-04-22T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities at JoVE.com

Finansieringen blev leveret af University of Utah. Vi vil gerne takke Dr. J. Xu (UC Merced) og Dr. BJN Reddy (UC Irvine) for nyttige drøftelser.

1.. Installation af 980 nm Bølgelængde Single Optical Trap <ol><li> Optisk trapping ved 980 nm bølgelængde er ofte optimal for biofysik eksperimenter og billige laserdioder er let tilgængelige med udgangseffekt så højt som 300 mW. Det er at foretrække for en diodelaser, der skal pigtailed med polarisering-bevarelse singlemode fiber med en kendt mode field-diameter. Fiberen skal være tilstrækkelig lang til at fungere som et mode-filter og er typisk afsluttet med enten en FC / PC eller FC / APC stik. Af disse ...

<ol>
	<li>Svoboda, K., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+applications+of+optical+forces.">Biological applications of optical forces.</a> Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247-285 (1994).</li><li>Ashkin, A., Schutze, K., Dziedzic, J. M., Euteneuer, U., Schliwa, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+generation+of+organelle+transport+measured+in+vivo+by+an+infrared+laser+trap.">Force generation of organelle transport measured in vivo by an infrared laser trap.</a> Nature. 348, 346-348 (1990).</li><li>Shubeita, G. T., Tran, S. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Consequences+of+motor+copy+number+on+the+intracellular+transport+of+kinesin-1-driven+lipid+droplets.">Consequences of motor copy number on the intracellular transport of kinesin-1-driven lipid droplets.</a> Cell. 135, 1098-1107 (2008).</li><li>Polin, M., Ladavac, K., Lee, S. H., Roichman, Y., Grier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+holographic+optical+traps.">Optimized holographic optical traps.</a> Opt Express. 13, 5831-5845 (2005).</li><li>Sun, B., Roichman, Y., Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Theory+of+holographic+optical+trapping.">Theory of holographic optical trapping.</a> Opt. Express. 16, 15765-15776 (2008).</li><li>Moffitt, J. R., Chemla, Y. R., Smith, S. B., Bustamante, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+optical+tweezers.">Recent advances in optical tweezers.</a> Annu. Rev. Biochem. 77, 205-228 (2008).</li><li>Grier, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+revolution+in+optical+manipulation.">A revolution in optical manipulation.</a> Nature. 424, 810-816 (2003).</li><li>Neuman, K. C., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping.">Optical trapping.</a> Rev. Sci. Instrum. 75, 2787-2809 (2004).</li><li>Sheetz, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+tweezers+in+cell+biology.">Laser tweezers in cell biology.</a> Introduction. Methods Cell Biol. 55, xi-xii (1998).</li><li>Spudich, J. A., Rice, S. E., Rock, R. S., Purcell, T. J., Warrick, H. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+traps+to+study+properties+of+molecular+motors.">Optical traps to study properties of molecular motors.</a> Cold Spring Harb. Protoc. 2011, 1305-1318 (2011).</li><li>Visscher, K., Gross, S. P., Block, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Construction+of+multiple-beam+optical+traps+with+nanometer-resolution+position+sensing.+Selected+Topics+in+Quantum+Electronics.">Construction of multiple-beam optical traps with nanometer-resolution position sensing. Selected Topics in Quantum Electronics.</a> IEEE Journal of. 2, 1066-1076 (1996).</li><li>Valentine, M. T., Guydosh, N. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precision+steering+of+an+optical+trap+by+electro-optic+deflection.">Precision steering of an optical trap by electro-optic deflection.</a> Opt Lett. 33, 599-601 (2008).</li></ol>

Vi har bygget et instrument, der kombinerer to optiske fælder af forskellige typer (Figur 1) for at give separate fældefangst faciliteter for objekt manipulation og måling. Den &quot;traditionelle&quot; optisk fælde er bygget op omkring en 980 nm diode laser. Denne stråle er udvidet, styres og derefter sprøjtet ind i vores inverteret mikroskop (&quot;lyserød&quot; stråle i figur 1). Det holografiske optiske fælde er opbygget omkring en 1.064 nm DPSS laser. Strålen udvides til ...

Optisk trapping er en af de vigtigste teknikker i biofysik 6.. En afgørende avancement i optisk indfangning har været udviklingen af holografiske fælder, der giver mulighed for etablering af tre-dimensionelle fældefangst mønstre snarere end konventionelle punkt fælder 7.. Sådanne holografiske fælder besidder den fordel alsidighed i positionering af refraktive objekter. Men konventionelle fælder kan nemt tilpasses til at være mere symmetrisk end kommercielt tilgængelige holografiske kits. De giver også mulighed for hurtig præcis sporing af de fangne ​​objekter. Her beskriver vi et system (fig. 1), som kombinerer de to fældefangst tilgange i ét instrument og giver brugeren mulighed for at udnytte fordelene ved både som passende. De generelle overvejelser konstruere optiske fælder (baseret på en enkelt eller flere laserstråler), er diskuteret i detaljer andetsteds 8-10. Her skitserer vi de overvejelser der er specifikke for vores setup og give detaljer af vores tilpasning procedure. For eksempel har systemer med to optisk indfangning stråler blevet beskrevet før (f.eks ref. 11), typisk ved hjælp af en laserstråle til at indfange et brydningsindeks objekt og bruge den anden (bevidst laveffektstrålebundt) for afkoblet udlæsning af positionen af de fangne ​​objekt . Her er dog begge laserstrålerne skal være høj strøm (300 mW eller højere), fordi begge skal anvendes til indfangning. For måling af biologiske systemer, bør lasere, der anvendes til fældefangst optimalt falder inden for et bestemt NIR vindue bølgelængde for at minimere lys induceret protein nedbrydning 1.. Her har vi valgt at bruge 980 nm diode og 1.064 nm DPSS lasere på grund af deres lave omkostninger, høj tilgængelighed og let betjening. Vi har også valgt at bruge en rumlig lysmodulator (SLM) til at oprette og manipulere flere fælder samtidigt i realtid 4,5. Disse enheder er kommercielt tilgængeligemen deres integration i et komplet setup præsenterer unikke udfordringer. Her beskriver vi en praktisk tilgang, som omhandler disse potentielle vanskeligheder og giver en meget alsidig instrument. Vi udgør et eksplicit eksempel for den specifikke beskrevne setup, hvilket kan anvendes som en rettesnor for ændrede motiver.

<table border="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical table</td>
			<td>Newport corporation</td>
			<td>ST-UT2-56-8</td>
			<td>Irvine, CA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microscope, Inverted, Eclipse Ti</td>
			<td>Nikon USA</td>
			<td>MEA53220</td>
			<td>Melville, NY</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plan apo 100X oil objective (1.4 NA)</td>
			<td>Nikon USA</td>
			<td>MRD01901</td>
			<td>Melville, NY</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oil condenser Lens 1.4 NA</td>
			<td>Nikon USA</td>
			<td>MEL41410</td>
			<td>Melville, NY</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EMCCD camera</td>
			<td>Andor technology USA</td>
			<td>Ixon DU897</td>
			<td>South Windsor, CT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1/3" CCD IEEE1394 camera</td>
			<td>NET USA Inc</td>
			<td>Foculus FO124SC</td>
			<td>Highland IN</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Laser, TEM00, SLM, 1,064 nm wavelength</td>
			<td>Klastech Laser Technologies</td>
			<td>Senza-1064-1000</td>
			<td>Dortmund; Germany</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laser diode, TEM00, SLM, 980 nm</td>
			<td>Axcel Photonics</td>
			<td>BF-979-0300-P5A</td>
			<td>Marlborough, MA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>laser diode mount</td>
			<td>ILX Lightwave</td>
			<td>LDX-3545, LDT-5525, and LDM-4984</td>
			<td>Bozeman, MT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>adjustable fiber ports</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PAF-X-11-B</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>holographic system</td>
			<td>Arryx</td>
			<td>HOTKIT-ADV-1064</td>
			<td>Chicago, IL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>holographic mirror</td>
			<td>Boulder Non-linear Systems</td>
			<td>this is a part of HOTKIT-ADV-1064</td>
			<td>Lafayette, CO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcite polarizer</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>GL10-B</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>half-wave plate</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>WPH05M-1064</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarizer rotation mount</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PRM1</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>half-wave plate rotation mount</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>RSP1</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shutter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SH05</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dichroic mirrors (DM2 &amp; DM3); 45&deg; AOI</td>
			<td>Chroma Technology</td>
			<td>t750spxrxt</td>
			<td>Bellows Falls, VT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dichroic mirror (DM1); 45&deg; AOI</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>DMSP1000R</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>custom mechanical adapter</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SM1A11 and AD12F with enlarged inner bore</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>notch filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-850/310-25</td>
			<td>Rochester, NY</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acousto-Optic deflector (2-axis)</td>
			<td>intraAction</td>
			<td>DTD-584CA28</td>
			<td>Bellwood, IL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>goniometric stage</td>
			<td>New Focus</td>
			<td>9081</td>
			<td>Santa Clara, CA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60 mm steering lenses</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1134-B</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>16 mm aspherical expander lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>AC080-016-C</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>175 mm expander lens</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>LA1229-C</td>
			<td>Newton, NJ</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spot blocker (cabron-steel sphere)</td>
			<td>Bal-Tec</td>
			<td>0.0100" diameter</td>
			<td>Los Angeles, CA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microspheres (Carboxyl-polystyrene)</td>
			<td>Spherotech</td>
			<td>CP-45-10</td>
			<td>Lake Forest, IL</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

construction of a high resolution microscope with conventional and holographic optical trapping capabilities

Høj opløsning mikroskopsystemer med optiske fælder tillader præcis manipulation af forskellige refraktive objekter, såsom dielektriske perler 1 eller cellulære organeller 2,3, samt for høj rumlig og tidsmæssig opløsning udlæsning af deres position i forhold til midten af fælden. Det heri beskrevne system har en sådan &quot;traditionel&quot; fælde opererer ved 980 nm. Det desuden giver en anden optisk indfangning system, der bruger en kommercielt tilgængelig holografisk pakke til samtidig at skabe og manipulere komplekse fældefangst mønstre i synsfeltet for mikroskopet 4,5 ved en bølgelængde på 1.064 nm. Kombinationen af ​​de to systemer giver mulighed for manipulation af flere refraktive objekter samtidigt samtidig gennemføre høj hastighed og høj opløsning målinger af bevægelse og kraft produktion på nanometer og piconewton skala.

Den samlede setup giver føreren mulighed for at fange flere refraktive objekter i realtid og placere dem i alle tre dimensioner, inden for synsfeltet. Illustrerer vi holografiske kapaciteter af instrumentet ved at fange 11 mikrosfærer (figur 2). Fælden begrænser hvert objekt manuelt omplaceres på fældefangst, således at den endelige ordning skildrer logoet for University of Utah, hvor dette eksperiment blev udført. En kombineret funktion af holografisk og konventionelle fælde er vist i ...

Watch this Scientific Journal Video about Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities at JoVE.com

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

Det heri beskrevne system anvender en traditionel optisk fælde samt en uafhængig holografisk optisk indfangning linje, stand til at skabe og manipulere flere fælder. Dette giver mulighed for oprettelse af komplekse geometriske arrangementer af refraktive partikler samtidig tillader samtidige høj hastighed, høj opløsning målinger af aktiviteten af ​​biologiske enzymer.

Opførelse af en høj opløsning Mikroskop med konventionelle og Holografisk Optiske fældefangst Capabilities

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Polycrystalline Silicon Thin-film Solar cells with Plasmonic-enhanced Light-trapping

Polykrystallinske silicium tynd-film solceller med plasmoniske-enhanced Light-trapping

One of major approaches to cheaper solar cells is reducing the amount of semiconductor material used for their fabrication and making cells thinner. To ...

Construction and Testing of Coin Cells of Lithium Ion Batteries

Konstruktion og prøvning af Coin celler af lithium-ion batterier

Rechargeable lithium ion batteries have wide applications in electronics, where customers always demand more capacity and longer lifetime.  Lithium ion ...

Optical Trapping of Nanoparticles

Optisk diffusering af nanopartikler

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

Kompakt Lens-mindre Digital Holografisk Microscope for MEMS Inspektion og karakterisering

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

Hand Controlled Manipulation of Single Molecules via a Scanning Probe Microscope with a 3D Virtual Reality Interface

Hand Kontrolleret Manipulation af enkelte molekyler via en Scanning Probe mikroskop med en 3D Virtual Reality-grænseflade

Considering organic molecules as the functional building blocks of future nanoscale technology, the question of how to arrange and assemble such building ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmoniske fældefangst og frigivelse af nanopartikler i en Monitoring Miljø

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

Demonstration af en Hyperlens-integreret mikroskop og super-resolution Imaging

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

Metode til optagelse af bredbånds spektre med høj opløsnings emission af laboratorie Lynbuer

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...

Single-Digit Nanometer Electron-Beam Lithography with an Aberration-Corrected Scanning Transmission Electron Microscope

Encifrede Nanometer Electron-Beam litografi med en Aberration-korrigeret Scanning transmissions elektron mikroskop

We demonstrate extension of electron-beam lithography using conventional resists and pattern transfer processes to single-digit nanometer dimensions by ...