「ノープリウスの動きを分析する<em>アルテミア·サリナ</em> 'プラズモニックナノ粒子の光学追跡することによって、
Summary
私たちは、水生生物の周波数の動きを調査し、特徴づけるためにプラズモニックナノ粒子の光学式トラッキングを使用しています。
Abstract
私たちは、光ピンセット、小さな水生生物の移動により発生する流体振動を解析するための高感度なツールを提供してもよい方法を示しています。光ピンセットによって保持され、単一の金ナノ粒子は、水サンプルにノープリウス幼生（ アルテミア·サリナ ）のリズミカルな運動を定量化するためのセンサとして使用されている。これは、ノープリウス活性の結果として、捕捉されたナノ粒子の時間依存性の変位を監視することによって達成される。ナノ粒子の位置のフーリエ解析を観察した種の動きに特徴的な周波数スペクトルが得られる。この実験は、それらを直接観察し、トラップされた粒子についての幼虫の位置に関する情報を得るために必要とせず、小さな水生幼虫の活性を測定し、特徴づけるため、このメソッドの機能を示しています。全体的に、このアプローチは、水生Eで見つかった特定の種の活力に洞察力を与えることができるcosystemおよび水試料を分析するための従来の方法の範囲を広げることができる。
Introduction
化学的および生物学的指標に基づく水質評価は、水生生態系1-3の状態や環境条件に洞察を得るために基本的に重要である。水化学分析のための古典的な方法は、官能的性質又は物理化学的パラメータの決定に基づいている。生物学的指標は、他の一方で、その存在および生存能力、彼らは生物指標の典型的な例インチ起こる生態系のための環境条件や汚染物質の影響に関する洞察を提供することができますカイアシ類、小さな水の甲殻類のグループである動物種であるほぼすべての水の生息地4,5に記載されてい。水試料からのこれらの種の活性及び生存率を観察し、したがって生態系5の全体的な状態に関する情報を得るために使用することができる。ノープリウスと呼ばれているカイアシ類の幼虫は、そのアンテナのリズミカルなストロークを使用します（それぞれの幼虫がappendaの3組を持っている自分の頭領域におけるGES）は、水6で泳ぐ。これらのストロークの頻度と強度は、それによって、年齢、フィットネス、および動物7月10日の環境条件の直接的な指標である。これらの標本上の任意の調査は通常、直接ノープリウスのアンテナストロークを観察し、カウントすることにより、顕微鏡を用いて行われます。そのサイズ（〜100〜500ミクロン）11には、これは多くの場合、測定を行うために必要とするいずれか1つずつ、または基板への単一ノープリウスを修正する。
ここでは、超高感度検出器として、光学的にトラップされた金ナノ粒子を用いて水試料中カイアシ類幼虫の活性を観察するための新たなアプローチを実証する。光ピンセットは、通常、ピコニュートンの範囲12から14まで分子間力を加えるか、測定するための細かい実験ツールとして、多くのグループによって使用されています。さらに最近では、光ピンセットのための応用範囲は、音響振動を観察し、解決するために拡張されました光学トラップ15内に閉じ込められるナノおよびマイクロ粒子の動きを監視することにより、液体培地でのNTの変動。液体中に浸漬される粒子は、ブラウン運動に供される。光トラップの内側に、しかし、この運動は、部分的に強く、レーザ誘起勾配力によって減衰される。したがって、光トラップの剛性およびレーザ光の焦点内の粒子の局在は、レーザーパワーによって調整することができる。同時に、それはトラップポテンシャルに関する特性を明らかにするために、トラップ内の時間依存性の粒子運動を監視することにより、粒子と分子の相互作用を分析することが可能である。このアプローチにより、周波数、強度、及びその液体環境中で移動する物体によって生成された流体運動の方向をピックアップしてレンダリングする。我々は、この一般的な考えは必要条件ではなく、個々のノープリウスの運動の周波数スペクトルを得るために適用することができる方法を示して直接試料に干渉する。この実験的なアプローチは、非常に敏感な方法で水生標本の運動性行動の観察のための新しい一般的な概念が導入されています。生物指標種の観察のために、これは水の分析のための現在の方法論を展開することができ、健康や水生生態系の保全についての情報を得るために適用することができる。
Protocol
Representative Results
Discussion
暗視野顕微鏡は、金属ナノ粒子の散乱断面積は、幾何学的断面積（cp.の図2A）18 を超えているため、光の回折限界以下の寸法を有する金ナノ粒子を可視化するための強力なツールである。ピンセット設定では、このアプローチは、さらに粒子間のプラズモンカップリングプラズモン共鳴周波数が15の赤方偏移を引き起こすためにのみ、単一または複数の金?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
ナノシステム·イニシアチブミュンヘン（NIM）を介して、DFGによる高度な研究者グラントHYMEM、通ってSonderforschungsbereich（SFB1032）を通じて、ERCによる財政支援、プロジェクトA8が感謝して承諾されます。私たちは、博士アレクサンダーOhlinger、サポート、実りある議論のための博士ソルCARRETERO-パラシオスやスパNedevに感謝しています。
Materials
| Microscope Zeiss Axio Scope.A1 | Carl Zeiss | 490035-0012-000 | dark field illumination |
| Water objective Achroplan | Carl Zeiss | 440087 | 100x magnification, NA=1.0 |
| Air objective Epiplan | Carl Zeiss | 442934 | 10x magnification, NA=0.2 |
| Dark field oil condenser | Carl Zeiss | 445323 | NA=1.2 |
| Cobolt Rumba CW 1064 nm DPSSL | Cobolt | 1064-05-01-2000-500 | 1064nm, CW, λ=1064nm, 2 Watt, TEM00 |
| Beam expander | Edmund Optics | Part no. 1064 2-8X 64414 | |
| High Speed Camera Dimax HD | PCO. Germany | ||
| Color Camera Canon EOS 500 D | Canon | FAQ-ID: 8201395700 | |
| Notch filter StopLine 532/1064 | Semrock | A11149-711265 | Part no. NF01-532U |
| Water | |||
| Nauplius Artemia Salina | |||
| Gold colloid | BBInternational | Batch 13741 | Diameter 60nm |
| MQMie Version 3.2 | r. Michael Quinten | ||
| Mathematica 8.0 | Wolfram | ||
| Comsol Multiphysics 4.0 | COMSOL, Inc. |
Referenzen
- Hellawell, J. M. . Biological indicators of freshwater pollution and environmental management. , (1986).
- Diamond, J. M., Barbour, M. T., Stribling, J. B. Characterizing and comparing bioassessment approaches and their results: A perspective. Journal of the North American Benthological Society. 15, 713-727 (1996).
- Carlisle, D. M., et al. The quality of our Nation’s waters—Ecological health in the Nation’s streams, 1993–2005. U.S. Geological Survey Circular. 1391, (2013).
- Boxhall, G. A., Defaye, D. Global diversity of copepods (Crustacea Copepoda) in freshwater. Hydrobiologia. 595 (1), 195-207 (2008).
- Ferdous, Z., Muktadir, A. K. M. A Review: Potentiality of Zooplankton as Bioindicator. American Journal of Applied Sciences. 6 (10), 1815-1819 (2009).
- Andersen Borg, C. M., Bruno, E., Kiørboe, T. The Kinematics of Swimming and Relocation Jumps in Copepod Nauplii. PLoS ONE. 7 (10), (2012).
- Gilchrist, B. M. Growth and Form of the Brine Shrimp Artemia Salina. Journal of Zoology. 134 (2), 221-235 (1960).
- Boone, E., Baas-Becking, L. G. M. Salt Effects on Egga and Nauplii of Artemia Salina L. Journal of General Physiology. 14 (6), 453-763 (1931).
- Drewes, C. Quantitative investigations of hatching in brine shrimp cysts. Association for Biology Laboratory Education. 27, 299-312 (2006).
- Williams, T. A. A model of rowing propulsion and the ontogeny of locomotion in Artemia larvae. Biological Bulletin. 187, 164-173 (1994).
- Croghan, P. C. The Mechanism of Osmotic Regulation in the Artemia Salina (L.): The Physiology of the Branchiae. Journal of Experimental Biology. 35, 234-242 (1958).
- Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Optics Letters. 11 (5), 288-290 (1986).
- Svoboda, K., Block, S. M. Optical trapping of metallic Rayleigh particles. Optics Letters. 19 (13), 930-932 (1994).
- Hansen, P. M., Bhatia, V. K., Harrit, N., Oddershede, L. Expanding the Optical Trapping Range of Gold Nanoparticles. Nano Letters. 5 (10), 1937-1942 (2005).
- Ohlinger, A., Deak, A., Lutich, A. A., Feldmann, J. Optically Trapped Gold Nanoparticle Enables Listening at the Microscale. Physical Review Letters. 108 (1), (2012).
- Kuwata, H., Tamaru, H., Esumi, K., Miyano, K. Resonant light scattering particles: Practical analysis beyond Rayleigh approximation. Applied Physics Letters. 83 (22), 4625-4628 (2003).
- Agayan, R. R., Gittes, F., Kopelman, R., Schmidt, C. F. Optical trapping near resonance absorption. Applied Optics. 41 (12), 2318-2327 (2002).
- Klar, T., Perner, M., Grosse, S., von Plessen, G., Spirkl, W., Feldmann, J. Surface-Plasmon Resonances in Single Metallic Nanoparticles. Physical Review Letters. 80, 4249-4252 (1998).
- Ohlinger, A., Nedev, S., Lutich, A. A., Feldmann, J. Optothermal Escape of Plasmonically Coupled Silver Nanoparticles from a Three-Dimensional Optical Trap. Nano Letters. 11 (4), 1770-1774 (2011).
- Urban, A. S., Lutich, A. A., Stefani, F. D., Feldmann, J. Laser Printing Single Gold Nanoparticles. Nano Letters. Nano Letters. 10 (12), 4794-4798 (2010).
- Urban, A. S., Fedoru, K. M., Nedev, S., Lutich, A., Lohmueller, T., Feldmann, J. Shrink-to-fit Plasmonic Nanostructures. Advanced Optical Materials. 1 (2), 123-127 (2013).
