Name: construction of a high resolution microscope with conventional and holographic optical trapping capabilities
Uploaded: 2013-04-22T13:00:00
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기금은 유타 대학에 의해 제공되었다. 우리는 유용한 토론 박사 J. 쑤 (UC 머 시드) 박사 BJN 레디 (UC 어바인)을 감사드립니다.

1. 980 nm의 파장 단일 광학 트랩 설치 <ol><li> 생물 물리학 실험하고 저렴한 레이저 다이오드는 300 mW의로 높은 출력과 쉽게 사용할 수있는 980 nm의 파장에서 광 트래핑은 종종 최적입니다. 그것은 알려진 모드 필드 직경 단일 모드 광섬유 편광 유지에 중계 커넥터되는 다이오드 레이저 바람직하다. 섬유 모드 필터의 역할을 할 수있을만큼 충분히 길어야합니다 일반적으로 FC / PC 또는 FC / APC 커넥터 ?...

<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>

우리는 개체 조작 및 측정을위한 별도의 포집 설비를 제공하는 다른 종류의 두 개의 광 트랩 (그림 1)를 결합 악기를 구축했다. &quot;종래의&quot;광학 트랩은 980 nm의 다이오드 레이저 주위에 내장되어 있습니다. 이 빔은, 확장 조종하고 (그림 1의 &quot;빛 빨강&quot;빔) 우리의 거꾸로 현미경으로 주입된다. 홀로그램 광학 트랩이 1,064 nm의 DPSS 레이저 주위에 내장되어 있습니다....

광 트래핑은 생물 물리학 6의 핵심 기술 중 하나입니다. 광 트래핑의 중요한 발전은 오히려 기존 점 트랩 7보다 입체적으로 트래핑 패턴의 생성을 허용 홀로그램 트랩의 개발이다. 이러한 홀로그램 트랩은 굴절 오브젝트의 위치에 다양성의 장점을 가지고있다. 그러나 기존의 트랩은 쉽게 시중에서 홀로그램 키트보다 더 대칭 적으로 정렬 할 수 있습니다. 그들은 또한 덫을 객체의 빠른 정확한 추적 할 수 있습니다. 여기에서 우리는 하나의 악기 두 트래핑 방법을 결합하여 사용자가 적절한 양의 이점을 악용 할 수있는 시스템 (그림 1)을 설명합니다. 건설 광학 트랩 (하나 또는 여러 개의 레이저 빔 기준)의 일반적인 고려 사항은 다른 8-10 자세히 설명되어 있습니다. 여기에, 우리는 우리의의 고려 사항 특정 개요etup하고 정렬 절차의 세부 사항을 제공합니다. 예를 들어, 두 개의 광학 트래핑 빔이있는 시스템은 일반적으로 굴절 개체를 포획하고 포획 된 개체의 위치의 분리 판독을 위해 (의도적으로 낮은 전력 빔) 다른 사용을위한 하나의 레이저 빔을 사용 (예 : REF. 11) 앞에서 설명한되었습니다 . 여기 그러나 두 레이저 빔은 모두 트래핑에 사용되는 때문에 (300 mW의 이상) 전원 공급 높은해야합니다. 생물학적 시스템의 측정, 트래핑에 사용되는 레이저는 최적의 조명에 의한 단백질 분해 1을 최소화하기 위해 파장의 특정 NIR 창 내에 있어야합니다. 여기에서 우리는 980 nm의 다이오드 때문에 그들의 낮은 비용, 높은 가용성 및 운영의 용이성 1,064 nm의 DPSS 레이저를 사용하기로 결정했다. 우리는 또한 4,5 실시간으로 동시에 여러 트랩을 생성하고 조작하는 공간 광 변조기 (SLM)를 사용하도록 선택했습니다. 이 장치는 상업적으로 사용할 수 있습니다그러나 전체 설치에 그들의 통합은 독특한 도전을 선물한다. 여기에서 우리는 이러한 잠재적 인 어려움을 해결하고 매​​우 다양한 악기를 제공하는 실용적인 방법을 설명합니다. 우리는 수정 된 설계를위한 가이드로 사용할 수있는 설명 특정 설정에 대한 명시적인 예를 제공합니다.

<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

광학 트랩 고해상도 현미경 시스템은 유전체 구슬 1 또는 세포 소기관 2,3뿐만 아니라, 트랩의 중심을 기준으로 자신의 위치의 높은 공간과 시간적 해상도 판독 등 다양한 굴절 개체의 정확한 조작 할 수 있습니다. 이 시스템은 여기에 980 nm에서 하나의 &quot;전통적인&quot;트랩이 운영이 설명했다. 그것은 또한 동시에 1,064 ㎚의 파장에서 4,5 현미경의 시야 복잡한 트래핑 패턴을 만들고 조작하는 데 시중에서 홀로그램 패키지를 사용하여 두 번째 광 트래핑 시스템을 제공합니다. 동시에 높은 속도와 움직임과 나노 미터 piconewton 규모에 힘 생산의 고해상도 측정을 수행하는 동안 두 시스템의 조합은 동시에 여러 굴절 개체의 조작을 할 수 있습니다.

조립 설치는 운영자가 실시간으로 여러 굴절 오브젝트를 트랩하고 시야 내의 모든 세 가지 차원에서 그들을 배치 할 수 있습니다. 우리는 11 마이크로 (그림 2)를 포집하여 악기의 홀로그램 기능을 보여줍니다. 각 개체를 수감 트랩을 수동으로 최종 배열은이 실험이 수행 된 유타 대학의 로고를 묘사하도록 트래핑에 다시 배치됩니다. 홀로그램과 기존 함정의 결합 기능은 그림 3?...

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

여기에 설명 된 시스템은 여러 개의 트랩을 생성하고 조작 할 수있는 기존의 광학 트랩뿐만 아니라 독립적 인 홀로그램 광학 트래핑 라인을 사용합니다. 또한 생물 효소의 활동을 동시에 고속, 고해상도 측정을 허용하는 동안이 굴절 입자의 복잡한 기하학적 배열을 만들 수 있습니다.

기존 및 홀로 그래픽 광학 트래핑 기능과 고해상도 현미경의 구조

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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연구

공학

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