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 하나와 함께 종료됩니다. 이들 중, FC / APC 빛과 잠재적 인 피드백 불안의 반사를 다시 최소화하는 것이 바람직하다. </li><li> 전력 및 온도 제어를 허용하는 마운트 980 nm의 레이저 다이오드를 고정합니다. 그것은 직접 수동 히트 싱크를 극대화하고이를 온도 조절기의 고장으로 인해 다이오드 실패의 위험을 최소화 광학 테이블 마운트를 고정하는 것이 좋습니다. </li><li> 빔 콜리 메이팅 광학 PC / APC 광섬유 커넥터를 장착합니다. 그것은이다조정 섬유 포트가 가장 유용하므로 평행 빔이 최소한의 발산을 확신하는 것이 중요합니다. 선택한 섬유 포트 다이오드 변발 섬유의 모드 필드 직경과 일치하는지 확인하십시오. 빔 음향 광학 디플렉터 (AOD) 또는 전기 광학 디플렉터를 사용하여 래스터 (raster) 할 경우 (EOD) 다음 평행 레이저 빔 허리는 디플렉터 구멍의 크기보다 약간 작아야합니다. </li><li> 빔 경로, 확장, 및 기타 필요한 구성 요소의 배치를 허용하는 현미경 충분한 거리에서 광학 테이블에 시준 어댑터를 고정합니다. 현미경 전체 빔 경로에 비해 거리에 일관된 빔 허리를 보장하기 위해 광섬유 포트를 조정합니다. </li><li> 그림 1에 표시된 거울을 설치합니다. 현미경 목표를 제거하고 객관적 설치 단계에서 조리개를 통해 라우팅 빔을에 거울을 사용합니다. 선호하는 경우, 이색 거울 DM1과 DM3의 배치가 될 때까지 생략 할 수 있습니다나중에. DM2와 DM3는 shortpass 둘 다와 IR 근처에 이상 반영하면서 가시 광선을 전송합니다. </li><li> 일시적으로 현미경의 광학 축에 정렬 목적의 장소에서 빨간색 레이저 포인터를 장착하는 것이 도움이됩니다. 사용자 정의 기계적 어댑터는 레이저 포인터의 centration을 보장 할 필요가있다. 레이저 포인터 눈에 보이는 광속은 다음 광섬유 포트 구멍의 중심으로 다시 라우팅 할 수 후 렌즈를 (아래 참조)를 설치하는 데 사용할 수 있습니다. </li><li> 필요한 1과 스티어링 부품의 미래를 삽입 (AOD 또는 EOD)을 허용하는 광섬유 포트에서 적절한 거리에서 980 nm의 빔 확장기 (L8 및 L9)를 설치합니다. 확장 빔이 약간 목적의 뒷면 초점 조리개를 너무 많이 넣다해야합니다. (여기에서 125 mm와 60mm의 초점 거리를 가진 렌즈는 약 빔 허리를 두 배로 케플러 배열에서). 적절한 렌즈 배치와 거친 정렬을 보장하기 위해 가시 레이저 빔 (1.6 절 참조). </li><li> 안치하다난 망원경 배열에서 980 nm의 스티어링 렌즈 (L2 및 L3)은 (여기에서 모두 60mm 초점 길이가 1) 표시된대로. L3는 목적의 후면 초점 평면에 평면 결합에 장착되어 있습니다. 정밀 XYZ 위치 결정 스테이지에 장착 L3 빔 조향을 허용합니다. 그것은 반복 위치와 트랩의 위치 변경을 허용, 자사의 마이크로 미터 디지털 표시기를 가지고 XYZ 스테이지에 도움이됩니다. 여행 0.5 &quot;범위는 충분합니다, 광학 축을 따라 L3 위치에 대한하지만 더 이상 여행은 도움이 될 수 있습니다. 적절한 렌즈 배치와 거친 정렬을 보장하기 위해 (1.6 절 참조) 가시 레이저 빔을 사용합니다. </li></ol> 2. 레이저 감지기 설치 <ol><li> 그림 1과 같이 콘덴서 위의 이색 거울 DM3를 설치합니다. 사용자 정의 마운트는 일반적으로 필요합니다. 콘덴서 어셈블리의 측면과 ENS에 쿼드 포토 다이오드 (QPD) 또는 위치에 민감한 검출기 (PSD) 8 확보980 nm의 레이저 빔이 DM3에 반영하는 URE는 대략 중앙에 타격합니다. QPD를 사용하는 경우, 그것은 레이저 빔 센서의 중심 정확한 수 있도록 작은 XY 스테이지에 장착되어 있는지 확인합니다. </li><li> DM3와 센서 사이의 L1 (일반적으로 30 mm 렌즈)를 설치합니다. 위치 L1 정도로 센서의 단일 지점에 빔을 집중한다. </li><li> L1은 현미경 조명과 주변 조명에서 1,064 nm의 광선뿐만 아니라 처진 눈에 보이는 빛의 반사를 차단하기 직전 노치 필터를 설치합니다. </li></ol> 3. 1,064 nm의 파장 홀로그램 트랩 설치 <ol><li> 설정의 홀로그램 부분은이 패키지에 사용되는 홀로그램 거울은 5 또는 10 W / cm 2의 최대 사건 전원에 평가하고 상업적으로 이용 가능한 하드웨어 / 소프트웨어 패키지 주위에 내장되어 있습니다. 이 전력 범위의 단일 모드 TEM00 광속은 쉽게 1,064 nm의 파장에서 DPSS 레이저에서 공급 될 수있다. </li><li> 상승에 1,064 nm의 레이저를 탑재플랫폼은 대략 980 선 (1 절 참조) 빔 경로의 높이를 일치합니다. </li><li> 직접 제어하지 않는 경우, 레이저 출력은 수동으로 오른쪽 레이저 출력 조리개 후 반 파장 판 (HWP) 및 편광판 (PBS)를 설치하여 조정할 수 있습니다. 그것은 빔 편광 홀로그램 거울 요구 사항을 일치 할 수 로터리 스테이지에 편광판을 장착하는 것이 도움이됩니다. </li><li> 1,064 nm의 빔 확장기 (L6 및 L7)를 설치합니다. 레이저 빔 허리 홀로그램 거울의 대각선 크기에 맞게 확대해야합니다. 큰 확장 비율에 대한 (10 배 이상)는 확장기의 크기를 작게 유지하는 문제가 될 수 있습니다. (: 17 mm와 175mm 여기에) 따라서 비정상적으로 작은 초점 거리를 가진 렌즈를 사용하는 것이 바람직 할 수 있습니다. </li><li> 목표를 통해 1,064 nm의 광선을 직접 지시로 다른 미러를 설치합니다. <ol><li> 이 undiminishe을 허용하도록 보안 DM1 운동 마운트 이색 (입사각 45 ° 각도)과 980 nm의 빔 경로에 어셈블리를 배치그 빔의 D 전송. </li><li> 레이저 포인터 빛을 활성화합니다. DM1 미러가 제대로이 빔의 경로에 공간 광 변조기 (SLM)를 배치하는 가시 광선의 충분한 양의를 반영해야합니다. SLM은 수신 및 발신 레이저 광선은 정상적인 발생에 최대한 가까이되도록 각도를해야합니다. 그러나 입사각은 레이저 빔이 렌즈 마운트 및 기타 광학 부품으로 클리핑되지 않도록 충분히 커야합니다. 5 °의 각도를 쉽게 달성 할 수 있으며 충분히 작해야한다. 마지막으로 DM1에서 SLM까지의 거리를 정확하게 렌즈 L4와 L5의 삽입 (아래 3.6 참조) SLM 거울면과 목표의 백 초점면을 활용할 수 있도록 측정해야합니다. </li><li> 1,064 nm의 빔 확장기에서 SLM에 빛을 직접 거울을 설치합니다. 레이저 포인터 빛은 중앙의 빔 확장기 조리개 안타 있는지 확인합니다. </li></ol></li><li> L4와 L5 렌즈를 설치합니다 (여기서는 12 개 렌즈5mm와 200mm 각각). 이 망원경 쌍은 목표의 뒤에 초점 평면에 SLM 거울 평면을 어원도 약간 과충전 목적의 뒷면 조리개에 빔 허리를 줄일 수 있습니다. 우리는 SLM 멀리 DM1의 공간으로 긴 초점 거리를 가진 렌즈를 선택했습니다. 이 두 번째 레이저 라인을위한 공간을 지 웁니다뿐만 아니라 정렬을 쉽게하는 경향이뿐만 아니라. </li><li> 레이저 포인터를 제거합니다. 거친 정렬 조리개 역할을 장착 어댑터를 남겨주세요. </li></ol> 4. 시스템 설치 및 정렬 참고 사항 <ol><li> 목표의 뒤에 초점면에 광학적으로 결합 할로 렌즈 L3 및 SLM 그렇게 배치해야합니다. 광학 트래핑 빔은 현미경의 무한 공간으로 주입하는 경우 L5 L4와의 공동 초점은 샘플 평면 광학 결합이다. </li><li> 노래 IR 카드 뷰어 레이저 포인터 어댑터 구멍의 중심 축을 따라 이동 980 nm의 광선을 맞 춥니 다. </li><li> IR 카드 T를 사용O는 1,064 nm의 빔 DM1, L2 및 L3에와 1,064 nm의 빔 레이저 포인터 어댑터 구멍의 중심 축을 따라 간다 980 nm의 빔과 같은 장소 안타 있는지 확인합니다. </li><li> 목적으로 레이저 포인터를 장착 어댑터를 교체하십시오. 높은 수치 조리개 기름이나 물이 목표는 일반적입니다. </li><li> 방사상으로 대칭 간섭 패턴이 카메라에서 볼 때까지 레이저 빔을 &quot;도보&quot;에 의해 9에 설명 된대로 980 nm의 트랩을 맞 춥니 다. </li><li> 홀로그램 거울 오프로 (즉, 수동 미러 역할) 1,064 nm의 트랩을 정렬하는 undiffracted 1,064 nm의 광선을 &quot;걷기&quot;로 SLM 및 DM1를 사용합니다. </li><li> SLM은 시야에서 강력한 불가능한 레이저 트랩 결과 상당한 undiffracted 빔을 생성합니다. 이 정렬을위한 유용하지만 실험 바람직 할 수 있습니다. 이 트랩을 차단 한 (샘플 평면에 위치 켤레에 undiffracted 빛의 경로에 작은 불투명 한 개체를 삽입 할 수 있습니다 예를 들어, 일L4와 L5)의 전자 일반적인 초점. 이 중앙 자리 차단기의 크기는 집중 조명 (기술 시스템에 대한 100 ~ 300 μm의 직경 차단)에 대한 에어리 디스크의 직경보다 약간 크게해야합니다. </li><li> SLM의 방향과 일치하는 편광판을 사용하여 1,064 nm의 빔 편광을 djust. 원하는 빔의 출력 전력을 설정하는 반 파장 판을 회전합니다. </li><li> 원하는 경우, 980 nm의 레이저 라인에 AOD 또는 EOD 빔 스티어링 요소를 삽입합니다. 목적의 후면 초점 평면에 이러한 요소의 적절한 활용을 보장하고 트랩을 다시 맞 춥니 다. 그것은 고니 오 미터 무대에서 스티어링 요소를 탑재 도움이됩니다. </li></ol>

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	<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>

저자는 공개 아무것도 없어.

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><tbody><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&quot; 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;amp; DM3); 45 &amp;deg; AOI</td><td>Chroma Technology</td><td>t750spxrxt</td><td>Bellows Falls, VT</td></tr><tr><td>dichroic mirror (DM1); 45 &amp;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&quot; 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 ...

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

12.1K 조회수.  University of Utah. 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.

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

Use of an Optical Trap for Study of Host-Pathogen Interactions for Dynamic Live Cell Imaging

Dynamic live cell imaging allows direct visualization of real-time interactions between cells of the immune system1, 2; however, the lack of spatial and temporal control between the phagocytic cell and microbe has rendered focused observations into the initial interactions of host response to pathogens difficult. Historically, intercellular contact events such as phagocytosis3 have been imaged by mixing two cell types, and then continuously scanning the field-of-view to find serendipitous intercellular contacts at the appropriate stage of interaction. The stochastic nature of these events renders this process tedious, and it is difficult to observe early or fleeting events in cell-cell contact by this approach. This method requires finding cell pairs that are on the verge of contact, and observing them until they consummate their contact, or do not. To address these limitations, we use optical trapping as a non-invasive, non-destructive, but fast and effective method to position cells in culture.
Optical traps, or optical tweezers, are increasingly utilized in biological research to capture and physically manipulate cells and other micron-sized particles in three dimensions4. Radiation pressure was first observed and applied to optical tweezer systems in 19705, 6, and was first used to control biological specimens in 19877. Since then, optical tweezers have matured into a technology to probe a variety of biological phenomena8-13.
We describe a method14 that advances live cell imaging by integrating an optical trap with spinning disk confocal microscopy with temperature and humidity control to provide exquisite spatial and temporal control of pathogenic organisms in a physiological environment to facilitate interactions with host cells, as determined by the operator. Live, pathogenic organisms like Candida albicans and Aspergillus fumigatus, which can cause potentially lethal, invasive infections in immunocompromised individuals15, 16 (e.g. AIDS, chemotherapy, and organ transplantation patients), were optically trapped using non-destructive laser intensities and moved adjacent to macrophages, which can phagocytose the pathogen. High resolution, transmitted light and fluorescence-based movies established the ability to observe early events of phagocytosis in living cells. To demonstrate the broad applicability in immunology, primary T-cells were also trapped and manipulated to form synapses with anti-CD3 coated microspheres in vivo, and time-lapse imaging of synapse formation was also obtained. By providing a method to exert fine spatial control of live pathogens with respect to immune cells, cellular interactions can be captured by fluorescence microscopy with minimal perturbation to cells and can yield powerful insight into early responses of innate and adaptive immunity.

A method is described to individually select, manipulate, and image live pathogens using an optical trap coupled to a spinning disk microscope. The optical trap provides spatial and temporal control of organisms and places them adjacent to host cells. Fluorescence microscopy captures dynamic intercellular interactions with minimal perturbation to cells.

동적 라이브 셀 이미징에 대한 호스트 병원체 상호 작용 연구를위한 광학 트랩의 사용

Dynamic live cell imaging allows direct visualization of real-time interactions between cells of the immune system1, 2; however, the lack of spatial and ...

연구

면역학 및 감염병학

Lensfree On-chip Tomographic Microscopy Employing Multi-angle Illumination and Pixel Super-resolution

Tomographic imaging has been a widely used tool in medicine as it can provide three-dimensional (3D) structural information regarding objects of different size scales. In micrometer and millimeter scales, optical microscopy modalities find increasing use owing to the non-ionizing nature of visible light, and the availability of a rich set of illumination sources (such as lasers and light-emitting-diodes) and detection elements (such as large format CCD and CMOS detector-arrays). Among the recently developed optical tomographic microscopy modalities, one can include optical coherence tomography, optical diffraction tomography, optical projection tomography and light-sheet microscopy. 1-6 These platforms provide sectional imaging of cells, microorganisms and model animals such as C. elegans, zebrafish and mouse embryos.
Existing 3D optical imagers generally have relatively bulky and complex architectures, limiting the availability of these equipments to advanced laboratories, and impeding their integration with lab-on-a-chip platforms and microfluidic chips. To provide an alternative tomographic microscope, we recently developed lensfree optical tomography (LOT) as a high-throughput, compact and cost-effective optical tomography modality. 7 LOT discards the use of lenses and bulky optical components, and instead relies on multi-angle illumination and digital computation to achieve depth-resolved imaging of micro-objects over a large imaging volume. LOT can image biological specimen at a spatial resolution of &lt;1 &mu;m x &lt;1 &mu;m x &lt;3 &mu;m in the x, y and z dimensions, respectively, over a large imaging volume of 15-100 mm3, and can be particularly useful for lab-on-a-chip platforms.

Lensfree optical tomography is a three-dimensional microscopy technique that offers a spatial resolution of &lt;1 &mu;m &times; &lt;1 &mu;m &times; &lt;3 &mu;m in x, y and z dimensions, respectively, over a large imaging-volume of 15-100 mm3, which can be particularly useful for integration with lab-on-a-chip platforms.

멀티 앵글 조명 및 픽셀 슈퍼 해상도를 채용 Lensfree 온칩 단층 현미경

Tomographic imaging has been a widely used tool in medicine as it can provide three-dimensional (3D) structural information regarding objects of different ...

생체공학

Compact Lens-less Digital Holographic Microscope for MEMS Inspection and Characterization

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and automotive. However, effective inspection and characterization metrology systems are needed to ensure the functional reliability of MEMS. This study presents a system based on digital holography as a tool for MEMS metrology. Digital holography has gained increasing attention in the past 20 years. With the fast development and decreasing cost of sensor arrays, resolution of such systems has increased broadening potential applications. Thus, it has attracted attention from both research and industry sides as a potential reliable tool for industrial metrology. Indeed, by recording the interference pattern between an object beam (which contains sample height information) and a reference beam on a CCD camera, one can retrieve the quantitative phase information of an object. However, most of digital holographic systems are bulky and thus not easy to implement on industry production lines. The novelty of the system presented is that it is lens-less and thus very compact. In this study, it is shown that the Compact Digital Holographic Microscope (CDHM) can be used to evaluate several characteristics typically consider as criteria in MEMS inspections. The surface profiles of MEMS in both static and dynamic conditions are presented. Comparison with AFM is investigated to validate the accuracy of the CDHM.

We present a compact reflection digital holographic system (CDHM) for inspection and characterization of MEMS devices. A lens-less design using a diverging input wave providing natural geometrical magnification is demonstrated. Both static and dynamic studies are presented.

MEMS 검사 및 특성화를위한 소형 렌즈가없는 디지털 홀로그램 현미경

A micro-electro-mechanical-system (MEMS) is a widely used component in many industries, including energy, biotechnology, medical, communications, and ...

공학

Demonstration of a Hyperlens-integrated Microscope and Super-resolution Imaging

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and nanotechnology. Although near-field scanning microscopy and superlenses have improved the resolution in the near-field region, far-field imaging in real-time remains a significant challenge. Recently, the hyperlens, which magnifies and converts evanescent waves into propagating waves, has emerged as a novel approach to far-field imaging. Here, we report the fabrication of a spherical hyperlens composed of alternating silver (Ag) and titanium oxide (TiO2) thin layers. Unlike a conventional cylindrical hyperlens, the spherical hyperlens allows for two-dimensional magnification. Thus, incorporation into conventional microscopy is straightforward. A new optical system integrated with the hyperlens is proposed, allowing for a sub-wavelength image to be obtained in the far-field region in real time. In this study, the fabrication and imaging setup methods are explained in detail. This work also describes the accessibility and possibility of the hyperlens, as well as practical applications of real-time imaging in living cells, which can lead to a revolution in biology and nanotechnology.

The use of a hyperlens has been regarded as a novel super-resolution imaging technique due to its advantages in real-time imaging and its simple implementation with conventional optics. Here, we present a protocol describing the fabrication and imaging applications of a spherical hyperlens.

Hyperlens 통합 현미경 및 슈퍼 해상도 영상

The use of super-resolution imaging to overcome the diffraction limit of conventional microscopy has attracted the interest of researchers in biology and ...

Construction and Operation of a Light-driven Gold Nanorod Rotary Motor System

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and artificial nanomotors and may provide new routes towards single cell analysis, studies of non-equilibrium thermodynamics, and mechanical actuation of nanoscale systems. A facile way to drive rotation is to use focused circularly polarized laser light in optical tweezers. Using this approach, metallic nanoparticles can be operated as highly efficient scattering-driven rotary motors spinning at unprecedented rotation frequencies in water.
In this protocol, we outline the construction and operation of circularly-polarized optical tweezers for nanoparticle rotation and describe the instrumentation needed for recording the Brownian dynamics and Rayleigh scattering of the trapped particle. The rotational motion and the scattering spectra provides independent information on the properties of the nanoparticle and its immediate environment. The experimental platform has proven useful as a nanoscopic gauge of viscosity and local temperature, for tracking morphological changes of nanorods and molecular coatings, and as a transducer and probe of photothermal and thermodynamic processes.

Plasmonic gold nanorods can be trapped in liquids and rotated at kHz frequencies using circularly-polarized optical tweezers. Introducing tools for Brownian dynamics analysis and light scatteringspectroscopy leads to a powerful system for research and application in numerous fields of science.

The possibility to generate and measure rotation and torque at the nanoscale is of fundamental interest to the study and application of biological and ...

Probing Cell Mechanics with Bead-Free Optical Tweezers in the Drosophila Embryo

Morphogenesis requires coordination between genetic patterning and mechanical forces to robustly shape the cells and tissues. Hence, a challenge to understand morphogenetic processes is to directly measure cellular forces and mechanical properties in vivo during embryogenesis. Here, we present a setup of optical tweezers coupled to a light sheet microscope, which allows to directly apply forces on cell-cell contacts of the early Drosophila embryo, while imaging at a speed of several frames per second. This technique has the advantage that it does not require the injection of beads into the embryo, usually used as intermediate probes on which optical forces are exerted. We detail step by step the implementation of the setup, and propose tools to extract mechanical information from the experiments. By monitoring the displacements of cell-cell contacts in real time, one can perform tension measurements and investigate cell contacts&#39; rheology.

Probing Cell Mechanics with Bead-Free Optical Tweezers in the Drosophila Embryo

We present a setup of optical tweezers coupled to a light sheet microscope, and its implementation to probe cell mechanics without beads in the Drosophila embryo.

초파리 배아에 구슬 없는 광학 핀셋으로 셀 역학 조사

Morphogenesis requires coordination between genetic patterning and mechanical forces to robustly shape the cells and tissues. Hence, a challenge to ...

발생학

Use of Dual Optical Tweezers and Microfluidics for Single-Molecule Studies

Visual biochemistry is a powerful technique for observing the stochastic properties of single enzymes or enzyme complexes that are obscured in the averaging that takes place in bulk-phase studies. To achieve visualization, dual optical tweezers, where one trap is fixed and the other is mobile, are focused into one channel of a multi-stream microfluidic chamber positioned on the stage of an inverted fluorescence microscope. The optical tweezers trap single molecules of fluorescently labeled DNA and fluid flow through the chamber and past the trapped beads, stretches the DNA to B-form (under minimal force, i.e., 0 pN) with the nucleic acid being observed as a white string against a black background. DNA molecules are moved from one stream to the next, by translating the stage perpendicular to the flow to enable the initiation of reactions in a controlled manner. To achieve success, microfluidic devices with optically clear channels are mated to glass syringes held in place in a syringe pump. Optimal results use connectors permanently bonded to the flow cell, tubing that is mechanically rigid and chemically resistant, and which is connected to switching valves that eliminate bubbles that prohibit laminar flow.

Visual, single-molecule biochemistry studied through microfluidic chambers is greatly facilitated using glass barrel, gas-tight syringes, stable connections of tubing to flow cells, and elimination of bubbles by placing switching valves between the syringes and tubing. The protocol describes dual optical traps that enable visualization of DNA transactions and intermolecular interactions.

단일 분자 연구를 위한 이중 광학 핀셋 및 미세 유체 공학 사용

Visual biochemistry is a powerful technique for observing the stochastic properties of single enzymes or enzyme complexes that are obscured in the ...

생화학

Direct Force Measurements of Subcellular Mechanics in Confinement using Optical Tweezers

During the development of a multicellular organism, a single fertilized cell divides and gives rise to multiple tissues with diverse functions. Tissue morphogenesis goes in hand with molecular and structural changes at the single cell level that result in variations of subcellular mechanical properties. As a consequence, even within the same cell, different organelles and compartments resist differently to mechanical stresses; and mechanotransduction pathways can actively regulate their mechanical properties. The ability of a cell to adapt to the microenvironment of the tissue niche thus is in part due to the ability to sense and respond to mechanical stresses. We recently proposed a new mechanosensation paradigm in which nuclear deformation and positioning enables a cell to gauge the physical 3D environment and endows the cell with a sense of proprioception to decode changes in cell shape. In this article, we describe a new method to measure the forces and material properties that shape the cell nucleus inside living cells, exemplified on adherent cells and mechanically confined cells. The measurements can be performed non-invasively with optical traps inside cells, and the forces are directly accessible through calibration-free detection of light momentum. This allows measuring the mechanics of the nucleus independently from cell surface deformations and allowing dissection of exteroceptive and interoceptive mechanotransduction pathways. Importantly, the trapping experiment can be combined with optical microscopy to investigate the cellular response and subcellular dynamics using fluorescence imaging of the cytoskeleton, calcium ions, or nuclear morphology. The presented method is straightforward to apply, compatible with commercial solutions for force measurements, and can easily be extended to investigate the mechanics of other subcellular compartments, e.g., mitochondria, stress-fibers, and endosomes.

Here, we present a protocol to investigate the intracellular mechanical properties of isolated embryonic zebrafish cells in three-dimensional confinement with direct force measurement by an optical trap.

광학 핀셋을 사용하여 감금된 세포 전 역학의 직접 힘 측정

During the development of a multicellular organism, a single fertilized cell divides and gives rise to multiple tissues with diverse functions. Tissue ...

A Guide to Build a Highly Inclined Swept Tile Microscope for Extended Field-of-view Single-molecule Imaging

Single-molecule imaging has greatly advanced our understanding of molecular mechanisms in biological studies. However, it has been challenging to obtain large field-of-view, high-contrast images in thick cells and tissues. Here, we introduce highly inclined swept tile (HIST) microscopy that overcomes this problem. A pair of cylindrical lenses was implemented to generate an elongated excitation beam that was scanned over a large imaging area via a fast galvo mirror. A 4f configuration was used to position optical components. A scientific complementary metal-oxide semiconductor camera detected the fluorescence signal and blocked the out-of-focus background with a dynamic confocal slit synchronized with the beam sweeping. We present a step-by-step instruction on building the HIST microscope with all basic components.

A detailed instruction is described on how to build a highly inclined swept tile (HIST) microscope and its usage for single-molecule imaging.

높은 경사 구축 가이드 확장 된 시야의 단일 분자 이미징 타일 현미경을 휩 쓸

Single-molecule imaging has greatly advanced our understanding of molecular mechanisms in biological studies. However, it has been challenging to obtain ...

Digital Inline Holographic Microscopy (DIHM) of Weakly-scattering Subjects

Weakly-scattering objects, such as small colloidal particles and most biological cells, are frequently encountered in microscopy. Indeed, a range of techniques have been developed to better visualize these phase objects; phase contrast and DIC are among the most popular methods for enhancing contrast. However, recording position and shape in the out-of-imaging-plane direction remains challenging. This report introduces a simple experimental method to accurately determine the location and geometry of objects in three dimensions, using digital inline holographic microscopy (DIHM). Broadly speaking, the accessible sample volume is defined by the camera sensor size in the lateral direction, and the illumination coherence in the axial direction. Typical sample volumes range from 200 &#181;m&#160;x 200 &#181;m&#160;x 200 &#181;m using LED illumination, to 5 mm&#160;x 5 mm&#160;x 5 mm or larger using laser illumination. This illumination light is configured so that plane waves are incident on the sample. Objects in the sample volume then scatter light, which interferes with the unscattered light to form interference patterns perpendicular to the illumination direction. This image (the hologram) contains the depth information required for three-dimensional reconstruction, and can be captured on a standard imaging device such as a CMOS or CCD camera. The Rayleigh-Sommerfeld back propagation method is employed to numerically refocus microscope images, and a simple imaging heuristic based on the Gouy phase anomaly is used to identify scattering objects within the reconstructed volume. This simple but robust method results in an unambiguous, model-free measurement of the location and shape of objects in microscopic samples.

Digital Inline Holographic Microscopy DIHM of Weakly-scattering Subjects

The three-dimensional locations of weakly-scattering objects can be uniquely identified using digital inline holographic microscopy (DIHM), which involves a minor modification to a standard microscope. Our software uses a simple imaging heuristic coupled with Rayleigh-Sommerfeld back-propagation to yield the three-dimensional position and geometry of a microscopic phase object.

약하게 산란 주제의 디지털 인라인 홀로그램 현미경 (DIHM)

Weakly-scattering objects, such as small colloidal particles and most biological cells, are frequently encountered in microscopy. Indeed, a range of ...