Name: analyzing the movement of the nauplius 'artemia salina' by optical tracking of plasmonic nanoparticles
Uploaded: 2014-07-15T14:00:00
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O apoio financeiro pela ERC através da avançada Investigator Grant HYMEM, pelo DFG através da Iniciativa Nanosystems Munich (NIM) e através do Sonderforschungsbereich (SFB1032), projeto A8 é reconhecido agradecimento. Somos gratos ao Dr. Alexander Ohlinger, Dr. Sol Carretero-Palacios e Spas Nedev de apoio e discussões frutíferas.

1. Setup Experimental <ol><li> Use um microscópio de up-direito e um óleo de condensador de campo escuro com uma abertura numérica (NA) = 1,2 para a iluminação de campo escuro. Utilize uma objectiva de imersão em água com aumento de 100X e uma NA = 1.0 para observações de partículas e trapping. Use um objetivo ar com aumento de 10x e uma NA = 0,2 para seguir o movimento do Nauplius. </li><li> Use uma configuração de pinça óptica com 1.064 nm laser de onda contínua acoplado ao microscópio vertical. Defi...

<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. 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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. 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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>

Microscopia de campo escuro é uma poderosa ferramenta para a visualização de nanopartículas de ouro com dimensões inferiores ao limite de difração óptica, uma vez que a seção de espalhamento transversal das nanopartículas metálicas superior à sua seção transversal geométrica (cf. Figura 2A) 18. Em uma configuração de pinça, esta abordagem ainda permite distinguir se apenas um único ou vários nanopartículas de ouro são presos pelo feixe de laser porque acoplamento plasm?...

Avaliação da qualidade da água com base em indicadores químicos e biológicos é de fundamental importância para obter insights sobre as condições de estado e ambientais de um ecossistema aquático 1-3. Os métodos clássicos de análise química de água baseiam-se em propriedades organolépticas ou a determinação dos parâmetros físico-químicos. Os indicadores biológicos, por outro lado, são as espécies animais cuja presença e viabilidade fornecer informações sobre as condições ambientais e os efeitos de poluentes para um ecossistema que elas ocorrem dentro Exemplos típicos de bioindicadores são copépodes, um grupo de pequenos crustáceos de água, que pode ser encontrados em praticamente qualquer habitat de água 4,5. Observando-se a actividade e a viabilidade destas espécies a partir de uma amostra de água pode assim ser utilizada para obter informação sobre as condições gerais de um ecossistema 5. As larvas de copépodes, que são chamados Nauplii, use traços rítmicos de suas antenas (cada larva tem três pares de appendages em sua região da cabeça) para nadar em água 6. A freqüência ea intensidade desses cursos é, assim, um indicador direto de idade, fitness, e as condições ambientais do animal 7-10. Quaisquer investigações sobre estes espécimes são geralmente feito com um microscópio, observando e contando os cursos de antena do Nauplii diretamente. Devido ao seu tamanho (~ 100-500 mm) 11, isso muitas vezes requer a fazer medições de um por um, ou para corrigir um único Nauplius a um substrato. Aqui, nós demonstramos uma nova abordagem para observar a atividade de Copépode larvas em amostras de água usando uma nanopartícula de ouro opticamente preso como um detector ultra-sensível. As pinças ópticas são geralmente usados ​​por muitos grupos como uma ferramenta experimental multa a aplicar ou medir forças entre as moléculas até a faixa piconewton 12-14. Mais recentemente, a gama de aplicações para pinça óptica foi expandida para observar vibrações acústicas e resolverflutuações nt em meios líquidos, monitorando o movimento de nano e micropartículas que estão confinados em uma armadilha óptica 15. As partículas que são imersos num líquido são submetidos a movimento Browniano. Dentro de uma armadilha óptica, no entanto, este movimento é parcialmente amortecido por um laser induzida, força forte, gradiente. Por conseguinte, a rigidez da armadilha óptica e a localização da partícula no interior do foco do feixe de laser pode ser afinado pela potência de laser. Ao mesmo tempo, é possível revelar características sobre o potencial de captura e a análise da interacção de moléculas com o de partículas através da monitorização do movimento das partículas em função do tempo na armadilha. Esta abordagem torna possível para pegar a freqüência, intensidade e direção do movimento fluídico que é gerado por um objeto em movimento em seu ambiente líquido. Demonstramos como esta ideia geral pode ser aplicada para obter um espectro de o movimento de um indivíduo Nauplius frequência sem o requisitode interferir diretamente com o modelo. Esta abordagem experimental apresenta um novo conceito geral para a observação do comportamento de motilidade das amostras aquáticas de uma forma muito sensível. Para observações sobre as espécies bioindicadoras, isso poderia expandir a atual metodologia para análise de água e pode ser aplicado para obter informações sobre a saúde ea integridade dos ecossistemas aquáticos.

<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

Demonstramos como pinças ópticas podem proporcionar um instrumento sensível para analisar as vibrações geradas fluídicos pelo movimento de pequenos organismos aquáticos. Uma única nanopartícula de ouro mantida por uma pinça óptica é usado como um sensor para quantificar o movimento rítmico de uma larva Nauplius (Artemia salina) em uma amostra de água. Isto é conseguido através da monitorização do tempo de deslocamento dependente da nanopartícula preso, como consequência da actividade Nauplius. Uma análise de Fourier da posição da nanopartícula proporciona então um espectro de frequência, que é característica para o movimento das espécies observadas. Esta experiência demonstra a capacidade deste método para medir e caracterizar a actividade de pequena larvas aquático sem a necessidade de observar directamente e para obter informações sobre a posição das larvas no que diz respeito à partícula aprisionada. No geral, esta abordagem poderia dar uma visão sobre a vitalidade de certas espécies encontradas em um e aquáticocosystem e poderia ampliar o leque de métodos convencionais para análise de amostras de água.

Uma ilustração esquemática da configuração experimental é mostrado na Figura 1A. A configuração de campo escuro é necessário para detectar opticamente a deslocação de uma partícula de ouro de 60 nm de uma armadilha óptica 15. O comprimento de onda de 1.064 nm para o laser trapping é escolhido para garantir um confinamento estável do detector de partículas de ouro 12,14. Um divisor de feixe no microscópio é utilizado para focar o feixe através de aprisionamento d...

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

Usamos rastreamento óptico de nanopartículas plasmonic para investigar e caracterizar os movimentos de organismos aquáticos de freqüência.

Analisando o movimento da Nauplius &#39;<em&gt; Artemia salina</em&gt; &#39;Por Optical Rastreamento de plasmônicos Nanopartículas

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

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

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