Analizando el movimiento de la Nauplio '<em> Artemia salina</em> 'Por Optical Tracking de plasmónicas nanopartículas

Summary

Utilizamos el seguimiento óptico de nanopartículas plasmónica para investigar y caracterizar los movimientos de frecuencia de los organismos acuáticos.

Abstract

Se demuestra cómo pinzas ópticas pueden proporcionar una herramienta sensible para analizar las vibraciones de fluidos generados por el movimiento de pequeños organismos acuáticos. Una sola nanopartícula de oro en poder de un pinzas ópticas se utiliza como un sensor para cuantificar el movimiento rítmico de una larva nauplio (Artemia salina) en una muestra de agua. Esto se consigue mediante el control de desplazamiento dependiente del tiempo de la nanopartícula atrapados como consecuencia de la actividad Nauplio. Un análisis de Fourier de la posición de la nanopartícula a continuación, se obtiene un espectro de frecuencias que es característica para el movimiento de las especies observadas. Este experimento demuestra la capacidad de este método para medir y caracterizar la actividad de pequeña larvas acuáticas sin el requisito para observar directamente y para obtener información acerca de la posición de las larvas con respecto a la partícula atrapada. En general, este enfoque podría dar una idea de la vitalidad de ciertas especies que se encuentran en un acuático ecosystem y podría ampliar la gama de métodos convencionales para el análisis de muestras de agua.

Introduction

Evaluación de la calidad del agua sobre la base de indicadores químicos y biológicos es fundamental para obtener una perspectiva de las condiciones estatales y ambientales de un ecosistema acuático ^1-3. Los métodos clásicos para el análisis químico de agua se basan en las propiedades organolépticas o la determinación de los parámetros fisicoquímicos. Los indicadores biológicos, por otro lado, son las especies animales cuya presencia y viabilidad dar una idea de las condiciones ambientales y el efecto de los contaminantes de un ecosistema que se producen pulg ejemplos típicos de bioindicadores son copépodos, un grupo de pequeños crustáceos de agua, que puede pueden encontrar en casi cualquier hábitat de agua ^4,5. La observación de la actividad y la viabilidad de estas especies a partir de una muestra de agua de este modo se puede utilizar para obtener información sobre las condiciones generales de un ecosistema ^5. Las larvas de copépodos, que son llamadas nauplios, utilice golpes rítmicos de sus antenas (cada larva tiene tres pares de appendabios en su región de la cabeza) para nadar en el agua ^6. La frecuencia y la intensidad de estos golpes es por lo tanto un indicador directo de la edad, condición física y las condiciones ambientales del animal ^7-10. Cualquier investigación sobre estos especímenes se hacen generalmente con un microscopio observando y contando los golpes de antena del Nauplii directamente. Debido a su tamaño (~ 100-500 m) ^11, esto a menudo requiere hacer mediciones, ya sea uno a uno o de fijar una sola Nauplio a un sustrato.

Aquí, nos demuestran un nuevo enfoque para observar la actividad de las larvas de copépodos en muestras de agua mediante el uso de una nanopartícula de oro atrapada ópticamente como detector ultrasensible. Las pinzas ópticas suelen ser utilizados por muchos grupos como una herramienta experimental bien aplicar o medir fuerzas entre las moléculas hasta el rango picoNewton ^12-14. Más recientemente, la gama de aplicaciones para las pinzas ópticas se ha ampliado para observar las vibraciones acústicas y resolverfluctuaciones nt en medios líquidos mediante el control del movimiento de las nano-y micropartículas que están confinados en una trampa óptica ^15. Las partículas que están inmersas en un líquido se someten a movimiento browniano. Dentro de una trampa óptica, sin embargo, este movimiento está parcialmente amortiguado por una, inducida por láser, fuerza del gradiente fuerte. Por lo tanto, la rigidez de la trampa óptica y la localización de la partícula dentro del foco del haz de láser pueden ajustarse por la potencia del láser. Al mismo tiempo, es posible revelar características sobre el potencial de atrapamiento y para analizar las interacciones de moléculas con la partícula mediante el control de la movimiento de las partículas en función del tiempo en la trampa. Este enfoque hace posible recoger la frecuencia, la intensidad y la dirección del movimiento de fluido que es generada por un objeto en movimiento en su entorno líquido. Se demuestra cómo esta idea general se puede aplicar para obtener un espectro de frecuencia de movimiento de un nauplio individuo sin el requisitopara interferir directamente con la muestra. Este enfoque experimental introduce un nuevo concepto general para la observación del comportamiento de la movilidad de los especímenes acuáticos de una manera muy sensible. Para las observaciones sobre las especies bioindicadores, esto podría ampliar la actual metodología para el análisis de agua y podría ser aplicado para obtener información sobre la salud y la integridad de los ecosistemas acuáticos.

Protocol

1. Configuración Experimental Utilice un microscopio-encima de la derecha y un condensador de campo oscuro de aceite con una apertura numérica (NA) = 1,2 para la iluminación de campo oscuro. Utilice un objetivo de inmersión en agua con un aumento de 100X y un NA = 1,0 para las observaciones de partículas y atrapamiento. Utilice un objetivo de aire con un aumento de 10X y una NA = 0,2 para seguir el movimiento de la Nauplio. Utilice una configuración de pinzas ópticas con una nm láser de onda…

Representative Results

Una ilustración esquemática de la configuración experimental se muestra en la Figura 1A. Una configuración de campo oscuro es necesario detectar ópticamente el desplazamiento de una partícula de oro de 60 nm en una trampa óptica 15. La longitud de onda de 1064 nm para el láser de captura se elige para garantizar un confinamiento estable del detector de 12,14 partícula de oro. Un divisor de haz en el microscopio se utiliza para enfocar el haz de captura a través de la obje…

Discussion

Microscopía de campo oscuro es una poderosa herramienta para la visualización de las nanopartículas de oro con dimensiones por debajo del límite de difracción óptica, puesto que la sección transversal de dispersión de las nanopartículas de metal excede su sección transversal geométrica (cp. Figura 2A) ^18. En una configuración de pinza, este enfoque permite incluso distinguir si sólo un único o múltiples nanopartículas de oro son atrapados por el haz de láser porque acoplamien…

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.