Name: analyzing the movement of the nauplius 'artemia salina' by optical tracking of plasmonic nanoparticles
Uploaded: 2014-07-15T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles at JoVE.com

Økonomisk støtte fra ERC gjennom Advanced Investigator Grant HYMEM, av DFG gjennom nanosystemer Initiative München (NIM) og gjennom Sonderforschungsbereich (SFB1032), er prosjektet A8 takknemlig erkjent. Vi er takknemlige til Dr. Alexander Ohlinger, Dr. Sol Carretero-Palacios og Spas Nedev for støtte og fruktbare diskusjoner.

En. Forsøksoppsett <ol><li> Bruk en opp-rett mikroskop og en mørk oljefelt kondensator med en numerisk apertur (NA) = 1.2 for mørke feltet belysning. Bruk en vannimmersjonsobjektiv med 100X forstørrelse og en NA = 1,0 for partikkel observasjoner og fangst. Bruk en luft Formålet med 10X forstørrelse og en NA = 0.2 å følge bevegelsen av Nauplius. </li><li> Bruk en optisk pinsett oppsett med en 1064 nm kontinuerlig bølge laser koblet inn i opp-høyre mikroskop. Sett lasereffekten av den optiske fellen til 100 mW...

<ol>
	<li>Hellawell, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Biological indicators of freshwater pollution and environmental management. , (1986).</li><li>Diamond, J. M., Barbour, M. T., Stribling, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterizing+and+comparing+bioassessment+approaches+and+their+results:+A+perspective.">Characterizing and comparing bioassessment approaches and their results: A perspective.</a> Journal of the North American Benthological Society. 15, 713-727 (1996).</li><li>Carlisle, D. M., 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=The+quality+of+our+Nation&#8217;s+waters&#8212;Ecological+health+in+the+Nation&#8217;s+streams,+1993&#8211;2005.">The quality of our Nation&#8217;s waters&#8212;Ecological health in the Nation&#8217;s streams, 1993&#8211;2005.</a> U.S. Geological Survey Circular. 1391, (2013).</li><li>Boxhall, G. A., Defaye, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+diversity+of+copepods+(Crustacea+Copepoda)+in+freshwater.">Global diversity of copepods (Crustacea Copepoda) in freshwater.</a> Hydrobiologia. 595 (1), 195-207 (2008).</li><li>Ferdous, Z., Muktadir, A. K. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Review:+Potentiality+of+Zooplankton+as+Bioindicator.">A Review: Potentiality of Zooplankton as Bioindicator.</a> American Journal of Applied Sciences. 6 (10), 1815-1819 (2009).</li><li>Andersen Borg, C. M., Bruno, E., Ki&#248;rboe, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Kinematics+of+Swimming+and+Relocation+Jumps+in+Copepod+Nauplii.">The Kinematics of Swimming and Relocation Jumps in Copepod Nauplii.</a> PLoS ONE. 7 (10), (2012).</li><li>Gilchrist, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+and+Form+of+the+Brine+Shrimp+Artemia+Salina.">Growth and Form of the Brine Shrimp Artemia Salina.</a> Journal of Zoology. 134 (2), 221-235 (1960).</li><li>Boone, E., Baas-Becking, L. G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salt+Effects+on+Egga+and+Nauplii+of+Artemia+Salina+L.">Salt Effects on Egga and Nauplii of Artemia Salina L.</a> Journal of General Physiology. 14 (6), 453-763 (1931).</li><li>Drewes, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+investigations+of+hatching+in+brine+shrimp+cysts.">Quantitative investigations of hatching in brine shrimp cysts.</a> Association for Biology Laboratory Education. 27, 299-312 (2006).</li><li>Williams, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+model+of+rowing+propulsion+and+the+ontogeny+of+locomotion+in+Artemia+larvae.">A model of rowing propulsion and the ontogeny of locomotion in Artemia larvae.</a> Biological Bulletin. 187, 164-173 (1994).</li><li>Croghan, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Mechanism+of+Osmotic+Regulation+in+the+Artemia+Salina+(L.):+The+Physiology+of+the+Branchiae.">The Mechanism of Osmotic Regulation in the Artemia Salina (L.): The Physiology of the Branchiae.</a> Journal of Experimental Biology. 35, 234-242 (1958).</li><li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+a+single-beam+gradient+force+optical+trap+for+dielectric+particles.">Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles.</a> Optics Letters. 11 (5), 288-290 (1986).</li><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=Optical+trapping+of+metallic+Rayleigh+particles.">Optical trapping of metallic Rayleigh particles.</a> Optics Letters. 19 (13), 930-932 (1994).</li><li>Hansen, P. M., Bhatia, V. K., Harrit, N., Oddershede, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Expanding+the+Optical+Trapping+Range+of+Gold+Nanoparticles.">Expanding the Optical Trapping Range of Gold Nanoparticles.</a> Nano Letters. 5 (10), 1937-1942 (2005).</li><li>Ohlinger, A., Deak, A., Lutich, A. A., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optically+Trapped+Gold+Nanoparticle+Enables+Listening+at+the+Microscale.">Optically Trapped Gold Nanoparticle Enables Listening at the Microscale.</a> Physical Review Letters. 108 (1), (2012).</li><li>Kuwata, H., Tamaru, H., Esumi, K., Miyano, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resonant+light+scattering+particles:+Practical+analysis+beyond+Rayleigh+approximation.">Resonant light scattering particles: Practical analysis beyond Rayleigh approximation.</a> Applied Physics Letters. 83 (22), 4625-4628 (2003).</li><li>Agayan, R. R., Gittes, F., Kopelman, R., Schmidt, C. F. <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+near+resonance+absorption.">Optical trapping near resonance absorption.</a> Applied Optics. 41 (12), 2318-2327 (2002).</li><li>Klar, T., Perner, M., Grosse, S., von Plessen, G., Spirkl, W., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-Plasmon+Resonances+in+Single+Metallic+Nanoparticles.">Surface-Plasmon Resonances in Single Metallic Nanoparticles.</a> Physical Review Letters. 80, 4249-4252 (1998).</li><li>Ohlinger, A., Nedev, S., Lutich, A. A., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optothermal+Escape+of+Plasmonically+Coupled+Silver+Nanoparticles+from+a+Three-Dimensional+Optical+Trap.">Optothermal Escape of Plasmonically Coupled Silver Nanoparticles from a Three-Dimensional Optical Trap.</a> Nano Letters. 11 (4), 1770-1774 (2011).</li><li>Urban, A. S., Lutich, A. A., Stefani, F. D., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+Printing+Single+Gold+Nanoparticles.+Nano+Letters.">Laser Printing Single Gold Nanoparticles. Nano Letters.</a> Nano Letters. 10 (12), 4794-4798 (2010).</li><li>Urban, A. S., Fedoru, K. M., Nedev, S., Lutich, A., Lohmueller, T., Feldmann, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shrink-to-fit+Plasmonic+Nanostructures.">Shrink-to-fit Plasmonic Nanostructures.</a> Advanced Optical Materials. 1 (2), 123-127 (2013).</li></ol>

Mørke felt mikroskopi er et kraftig verktøy for å visualisere gull nanopartikler med dimensjoner under optisk diffraksjon grensen, siden spredning tverrsnitt av metallnanopartikler stiger deres geometriske tverrsnitt (cp. Figur 2A) 18. I en pinsett oppsett, denne tilnærmingen gjør selv å skille om bare en enkelt eller flere gull nanopartikler er fanget av laserstrålen fordi plasmonic kopling mellom partiklene fører til en rød-forskyvning av plasmon resonansfrekvens 15. Mø...

Vann kvalitetsvurdering basert på kjemiske og biologiske indikatorer er av fundamental betydning for å få innsikt i de statlige og miljømessige forholdene i en akvatisk økosystem 1-3. Klassiske metoder for kjemisk vannanalyse er basert på organoleptiske egenskaper eller bestemmelse av fysiske parametere. Biologiske indikatorer, på den annen side, er dyrearter hvis tilstedeværelse og levedyktighet gi innsikt i miljøforholdene og effekten av forurensninger i et økosystem som de forekommer i. Typiske eksempler for bioindikatorer er Copepoder, en gruppe av små vann krepsdyr, noe som kan finnes i nesten en hvilken som helst vann habitat 4,5. Observere aktivitet og levedyktigheten til disse artene fra en vannprøve kan dermed brukes til å skaffe informasjon om de overordnede forhold i et økosystem fem. Larvene av Copepoder, som kalles Nauplii, bruker rytmiske slag av antennene sine (hver larve har tre par appendatot. på sitt hode region) til å svømme i vann 6. Hyppigheten og intensiteten av disse slag er dermed en direkte indikator på alder, kondisjon, og miljøforhold av dyret 7-10. Eventuelle undersøkelser på disse prøvene er vanligvis gjøres med et mikroskop ved å observere og telle antenne slag av Nauplii direkte. På grunn av deres størrelse (~ 100 til 500 mikrometer) 11, kreves det ofte å gjøre målinger, enten en og en eller å feste en enkelt Nauplius til et substrat. Her viser vi en ny tilnærming for å observere aktivitet av raudåte larver i vannprøver ved hjelp av en optisk fanget gull nanopartikkel som en ultrafølsom detektor. Optiske pinsetter blir typisk brukt av mange grupper som en fin eksperimentelle verktøy for å søke eller måle krefter mellom molekylene ned til piconewton range 12-14. Flere nylig, har utvalget av applikasjoner for optiske pins blitt utvidet til å observere akustiske vibrasjoner og løsent svingninger i væskemedier ved å overvåke bevegelsen til nano-og mikropartikler som er innesperret i en optisk fellen 15.. Partikler som er nedsenket i en væske som er utsatt for Brownske bevegelser. Inne i en optisk felle er imidlertid denne bevegelse er delvis dempet av en sterk, laser-indusert, gradient kraft. Derfor kan stivheten av den optiske fellen og lokalisering av partikler i fokus for laserstrålen være innstilt ved lasereffekten. På samme tid, er det mulig å vise egenskapene om overlapping potensial og å analysere interaksjoner av molekyler med partikkelen ved å overvåke tidsavhengig partikkelbevegelse i fellen. Denne fremgangsmåten gjør det mulig å plukke opp frekvensen, intensiteten og retningen av fluidic bevegelse som er generert av et bevegelig objekt i flytende miljø. Vi viser hvordan denne generelle idé kan anvendes for å oppnå et frekvensspektrum av bevegelsen til et individ Nauplius uten behovtil direkte å påvirke prøven. Denne eksperimentell tilnærming introduserer en ny generelle konseptet for observasjon av den bevegelige oppførsel av vannprøver i en meget følsom måte. For observasjoner på Bioindicator arter, kan dette utvide dagens metodikk for vannanalyse og kan brukes til å få informasjon om helse og integritet av akvatiske økosystemer.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="874">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Microscope Zeiss Axio Scope.A1</td>
			<td style="width:127px;">Carl Zeiss</td>
			<td style="width:201px;">490035-0012-000</td>
			<td style="width:303px;">dark field illumination</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Water objective Achroplan</td>
			<td style="width:127px;">Carl Zeiss</td>
			<td style="width:201px;">440087</td>
			<td>100x magnification, NA=1.0</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Air objective Epiplan</td>
			<td style="width:127px;">Carl Zeiss</td>
			<td style="width:201px;">442934</td>
			<td>10x magnification, NA=0.2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Dark field oil condenser</td>
			<td style="width:127px;">Carl Zeiss</td>
			<td style="width:201px;">445323</td>
			<td>NA=1.2</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:244px;">Cobolt Rumba CW 1064 nm DPSSL</td>
			<td style="width:127px;">Cobolt&#160;</td>
			<td style="width:201px;">1064-05-01-2000-500</td>
			<td>1064nm, CW, &#955;=1064nm, 2 Watt, TEM00</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:244px;">Beam expander</td>
			<td style="width:127px;">Edmund Optics</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td>Part no. 1064 2-8X 64414</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">High Speed Camera Dimax HD</td>
			<td style="width:127px;">PCO. Germany</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Color Camera Canon EOS 500 D&#160;</td>
			<td style="width:127px;">Canon</td>
			<td></td>
			<td>FAQ-ID: 8201395700</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Notch filter StopLine 532/1064</td>
			<td style="width:127px;">Semrock</td>
			<td style="width:201px;">A11149-711265</td>
			<td>Part no. NF01-532U</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Water&#160;</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Nauplius Artemia Salina</td>
			<td style="width:127px;"></td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:244px;">Gold colloid</td>
			<td style="width:127px;">BBInternational</td>
			<td style="width:201px;">Batch 13741&#160;</td>
			<td>Diameter 60nm</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">MQMie Version 3.2&#160;</td>
			<td style="width:127px;">r. Michael Quinten</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Mathematica 8.0</td>
			<td style="width:127px;">Wolfram</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Comsol Multiphysics 4.0&#160;</td>
			<td style="width:127px;">COMSOL, Inc.</td>
			<td style="width:201px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

analyzing the movement of the nauplius 'artemia salina' by optical tracking of plasmonic nanoparticles

Vi viser hvordan optisk pinsett kan gi et følsomt verktøy for å analysere fluidic vibrasjoner som genereres ved bevegelse av små vannorganismer. En enkelt gull nanopartikler holdt av en optisk pinsett brukes som en sensor for å kvantifisere den rytmiske bevegelse av en Nauplius larve (Artemia salina) i en vannprøve. Dette oppnås ved å overvåke tidsavhengig forskyvning av fanget nanopartikler som følge av den Nauplius aktivitet. En Fourier-analyse av det nanopartikkel stilling gir så et frekvensspektrum som er karakteristisk for bevegelse av de observerte arter. Dette eksperimentet demonstrerer evnen til denne fremgangsmåte for å måle og karakterisere aktiviteten av små vann larver uten behov for å observere dem direkte, og for å skaffe informasjon om posisjonen av larvene med hensyn til den innfangede partikler. Samlet denne tilnærmingen kan gi en innsikt i den vitalitet av visse arter funnet i et akvatisk ecosystem og kunne utvide utvalget av konvensjonelle metoder for analyse av vannprøver.

En skjematisk illustrasjon av det eksperimentelle oppsettet er vist i figur 1A. Et mørkt felt konfigurasjonen er nødvendig for å optisk detektere forskyvning av en 60 nm gull partikkel i en optisk fellen 15.. Den bølgelengde på 1064 nm for fangst laser er valgt for å garantere en stabil sperring av detektoren gull partikkel 12,14. En strålesplitter i mikroskopet blir brukt til å fokusere strålen overtrykk gjennom målet og et støyfilter hindrer overtrykk laseren trenger i...

Watch this Scientific Journal Video about Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles at JoVE.com

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

Vi bruker optisk sporing av plasmonic nanopartikler for å undersøke og karakterisere frekvens bevegelser av vannlevende organismer.

Analysere Bevegelse av Nauplius &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Av Optical Tracking av Plasmonic Nanopartikler

We demonstrate how optical tweezers may provide a sensitive tool to analyze the fluidic vibrations generated by the movement of small aquatic organisms. A ...

Research

JoVE Journal

Engineering

Analyzing the Movement of the Nauplius 'Artemia salina' by Optical Tracking of Plasmonic Nanoparticles

Fabricating Metamaterials Using the Fiber Drawing Method

Fabrikkere Metamaterials Bruke Fiber Tegning Method

Metamaterials are man-made composite materials, fabricated by assembling components much smaller than the wavelength at which they operate 1. They owe ...

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 ...

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

Casting Protocols for the Production of Open Cell Aluminum Foams by the Replication Technique and the Effect on Porosity

Casting Protokoller for produksjon av Open Cell Aluminum Skum av Replication Teknikk og Effekt på Porøsitet

Metal foams are interesting materials from both a fundamental understanding and practical applications point of view. Uses have been proposed, and in many ...

Patterning via Optical Saturable Transitions - Fabrication and Characterization

Mønster via Optiske mettes Transitions - Fabrikasjon og karakterisering

This protocol describes the fabrication and characterization of nanostructures using a novel nanolithographic technique called Patterning via Optical ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Eksperimenter på Ultralyd Smøring Ved hjelp av en piezoelektrisk assistert Tribometer og optisk profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

Multifunctional Hybrid Fe2O3-Au Nanoparticles for Efficient Plasmonic Heating

Multifunksjonell Hybrid Fe<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; Au Nanopartikler for Effektiv Plasmonic Oppvarming

One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

Electroactive Polymer Nanoparticles Exhibiting Photothermal Properties

Egenskaper elektro Polymer Nanopartikler Exhibiting Photothermal

A method for the synthesis of electroactive polymers is demonstrated, starting with the synthesis of extended conjugation monomers using a three-step ...

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Bruk av Offernanopartikler å fjerne effekten av Shot-støy i kontakt med Holes fabrikkert av E-beam Litografi

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

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 ...