Name: construction of a high resolution microscope with conventional and holographic optical trapping capabilities
Uploaded: 2013-04-22T13:00:00
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資金はユタ大学によって提供されました。我々は有益な議論のために博士J.徐（UCマーセド）博士BJNレディ（UCアーバイン）に感謝したいと思います。

1。 980nmの波長シングル光学トラップの設置<ol><li> 980nmの波長における光トラッピングは、多くの場合、生物物理学実験で安価なレーザダイオードに最適な300 mWのような高い電力出力で容易に入手可能である。これは、公知のモードフィールド径を有する偏波面保存シングルモードファイバピグテールとするダイオードレーザが好ましい。繊維は、モードフィルタとして機能する十分な長さ?...

<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>

我々は、オブジェクトの操作および測定するための別々の捕捉機能を提供する異なるタイプ（ 図1）の二つの光学トラップを組み合わせた器具を構築した。 &quot;従来&quot;光学トラップは980 nmのダイオードレーザーを中心に構築されています。このビームは、拡大して操縦した後（ 図1の&quot;光赤&quot;ビーム）当社の倒立顕微鏡に注入される。ホログラフィック光学ト?...

光トラッピングは、生物物理学6における主要技術の一つである。光トラッピングに重要な進歩は、三次元の捕獲パターンではなく、従来のポイントトラップ7の作成 ​​を可能にするホログラフィックトラップの開発をされています。このようなホログラフィックトラップは屈折オブジェクトの位置で汎用性の利点を持っています。しかし従来のトラップは簡単に市販のホログラフィックキットよりも対称に整列させることができる。彼らはまた、閉じ込められたオブジェクトの迅速正確なトラッキングを可能にします。ここではひとつの楽器で2トラッピングのアプローチを組み合わせて、ユーザーが必要に応じて両方の利点を活用できるようにするシステム（ 図1）について説明します。 構築光学トラップ（単一または複数のレーザービームに基づく）の一般的な考察は別の場所8-10詳細に議論されています。ここで、私たちはsに固有の考慮事項を概説etupと当社アライメント手順の詳細を提供。例えば、2つの光トラッピングビームを有するシステムは、典型的には、屈折物体を捕捉し、捕捉された物体の位置のデカップリング読出しのために（意図的に低電力ビーム）その他を使用するための1つのレーザビームを用いて、（ 例えば、参考文献11）の前に記載されている。ここしかしながら、両方のレーザビームは、両方の捕捉のために使用されるので（300 MWまたはより高い）動力高くする必要がある。生物系の測定では、トラッピングのため使用されるレーザーは、最適に光誘発タンパク質分解1を最小化するために波長の特定のNIRウィンドウ内に収まる必要があります。ここでは、980 nmのダイオードとするため、低コスト、高可用性と操作のしやすさの1,064 nmのDPSSレーザーを使用することを選択しました。 また、4,5、リアルタイムで同時に複数のトラップを作成し、操作する空間光変調器（SLM）を使用することを選択した。これらの装置は市販されているしかし完全なセットアップへの統合は、ユニークな課題を提示。ここでは、これらの潜在的な困難に対処し、汎用性の高い楽器を提供する実用的なアプローチを説明する。我々は、変更された設計のためのガイドとして使用することができる具体的なセットアップのための明示的な例を提供します。

<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

光学トラップの高解像度顕微鏡システムは、このような誘電ビーズ1または細胞小器官2,3と同様に、トラップの中心に対してそれらの位置の高空間分解能と時間分解能の読み出し用として、様々な屈折オブジェクトの正確な操作が可能になります。システムがここに980nmの1つのこのような &quot;伝統的な&quot;トラップ動作が持って説明。それはさらに、同時に波長1064nmにおける4,5顕微鏡の視野内に複雑なトラッピングパターンを作成し、操作するために、市販のホログラフィックパッケージを使用して第二の光学トラップシステムを提供する。同時に高速およびナノメートルスケールでのピコニュートン動作と力の生産高分解能測定を行いながら、2系統の組み合わせは、同時に複数の屈折オブジェクトの操作を可能にする。

組み立てられた設定は、オペレータがリアルタイムで複数の屈折オブジェクトをトラップし、視野内の全ての三次元的にそれらを配置することができる。我々は11マイクロスフェア（ 図2）トラップして楽器のホログラフィック機能を示す。各オブジェクトを閉じ込めるトラップは手動で、最終的な配置が、この実験を行ったユタ大学のロゴを示すように、トラッピング時に再び?...

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

ここに記載されているシステムでは、複数のトラップを作成し、操作することのできる伝統的な光学トラップと同様に、独立したホログラフィック光トラッピングラインを採用。また、生物学的酵素活性の同時高速·高分解能な測定を可能にしつつ、屈折率粒子の複合幾何学的配置の作成を可能にする。

従来のホログラフィック光トラッピング機能を備えた高分解能顕微鏡の構成

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

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