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 ble gitt av University of Utah. Vi ønsker å takke dr. J. Xu (UC Merced) og Dr. BJN Reddy (UC Irvine) for nyttige diskusjoner.

1. Installasjon av 980 nm bølgelengde enkelt optisk Trap <ol><li> Optisk overtrykk på 980 nm bølgelengde er ofte optimal for biofysikk eksperimenter og billig laser dioder er lett tilgjengelig med effekt så høyt som 300 mW. Det er å foretrekke for en diodelaser som skal Pigtailed med polarisasjon-konserverende enkelmodusfiber med en kjent modus felt diameter. Fiberen må være lange nok til å fungere som et modusfilter og er vanligvis avsluttet med enten en FC / PC eller FC / APC-kontakt. Av disse er FC / APC f...

<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 konstruert et instrument som kombinerer to optiske feller av forskjellige typer (figur 1) for å tilveiebringe separate anlegg for oppfanging objekt manipulasjon og måling. Den &quot;vanlige&quot; optisk felle er bygget rundt en 980 nm diode laser. Denne bjelke er utvidet, styrt og deretter injisert i vår invertert mikroskop (&quot;lys rød&quot; bjelke i figur 1). Holografiske optisk fellen er bygget rundt en 1064 nm DPSS laser. Bjelken er utvidet for å passe størrelsen av r...

Optisk fangst er en av de viktigste teknikkene i biofysikk seks. Et avgjørende fremskritt i optisk fangst har vært utviklingen av holografiske feller som gir mulighet for etablering av tredimensjonale fangst mønstre snarere enn konvensjonelle punkt feller 7. Slike holografiske feller har fordelen av allsidighet i posisjonering av refraktiv stedene. Men konvensjonelle feller kan lett justeres til å være mer symmetrisk enn kommersielt tilgjengelige holografiske kits. De er også mulig for rask presis sporing av de fangede stedene. Her beskriver vi et system (Figur 1) som kombinerer de to fangstanleggene tilnærminger i ett instrument og tillater brukeren å utnytte fordelene av både som hensiktsmessig. De generelle betraktninger for å konstruere optiske feller (basert på en enkelt eller flere laserstråler) er beskrevet i detalj et annet sted 8-10. Her skisserer vi de hensyn som er spesifikke for s våretup og gi detalj av vår innretningsprosedyre. For eksempel er systemer med to optiske fangstmannstradisjoner bjelker beskrevet tidligere (ref. f.eks. 11), typisk ved hjelp av en laserstråle for å fange en refraktiv objekt og ved hjelp av den andre (med hensikt lav effektstrålen) for dekoblet avlesning av posisjonen av objektet fanget . Her er imidlertid både laserstråler må være høy drevet (300 mW eller mer) fordi begge er som skal brukes for fangst. For målinger av biologiske systemer, bør lasere som brukes for fangst optimalt falle innenfor et bestemt NIR vindu av bølgelengde for å minimalisere lysindusert proteinnedbrytingen 1.. Her har vi valgt å bruke 980 nm diode og 1064 nm dpss lasere på grunn av deres lave kostnader, høy tilgjengelighet og brukervennlighet. Vi har også valgt å bruke en romlig lys modulator (SLM) å opprette og manipulere flere feller samtidig i sanntid 4,5. Disse anordninger er kommersielt tilgjengeligemen deres integrering i et komplett oppsett gir unike utfordringer. Her beskriver vi en praktisk tilnærming som tar disse potensielle problemer og gir en svært allsidig instrument. Vi tilbyr et eksplisitt eksempel for den spesifikke oppsett beskrevet som kan brukes som en guide for modifiserte design.

<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

Høy oppløsning mikroskop systemer med optiske feller muliggjør presis manipulering av forskjellige refraktive objekter, slik som en dielektrisk perler eller cellulære organeller 2,3, så vel som for høy romlig og tidsmessig oppløsning utlesing av deres stilling i forhold til midten av fellen. Systemet som er beskrevet her har en slik &quot;tradisjonelle&quot; felle som opererer ved 980 nm. Det gir i tillegg en andre optisk trapping system som bruker et holografisk kommersielt tilgjengelig pakke for samtidig å skape og manipulere komplekse mønstre fanging i synsfeltet av mikroskopet 4,5 ved en bølgelengde på 1064 nm. Kombinasjonen av de to systemer gjør det mulig for manipulering av flere refraktiv objekter samtidig mens samtidig fører høy hastighet og høy oppløsning målinger av bevegelse og kraft ved produksjon nanometer og piconewton skala.

Den monterte oppsettet gjør at føreren kan felle flere refraktiv gjenstander i sanntid og plassere dem i alle tre dimensjoner innenfor synsfeltet. Vi illustrerer de holografiske egenskapene til instrumentet ved å fange 11 mikrosfærer (figur 2). Fellen avgrense hvert objekt manuelt gjenposisjonert ved overlapping slik at det endelige ordningen viser logoen til University of Utah der dette eksperimentet ble utført. En kombinert funksjon av holografiske og konvensjonelle felle er vist i figur ...

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

Systemet som er beskrevet heri benytter en tradisjonell optisk felle, så vel som en uavhengig holografisk optisk overtrykk linje, i stand til å skape og manipulere flere feller. Dette gir mulighet for etablering av komplekse geometriske arrangementer av refraktiv partikler samtidig tillater samtidige høy hastighet, høy oppløsning målinger av aktiviteten av biologiske enzymer.

Bygging av en høyoppløselig mikroskop med konvensjonelle og Holografisk Optiske overlapping 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

Polykrystallinsk silisium Thin-film solceller med plasmonic forbedret lys-fangst

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

Bygging og testing av Knappcelle av litium 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 fangst av 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 mikroskop for MEMS inspeksjon 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

Hånd Kontrollert Manipulering av enkle molekyler via en Scanning Probe Microscope med en 3D Virtual Reality Interface

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

Plasmonic fangst og utløsning av nanopartikler i et 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

Demonstrasjon av en Hyperlens-integrert mikroskop og super-oppløsning 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 for innspilling bredbånd høyoppløselig utslipp Spectra av Laboratory Lightning Arcs

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

Ett siffer Nanometer elektronstråle Litografi med et avvik-korrigert skanning Transmission elektron mikroskop

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