'Nauplius Hareketi'ni analiz<em> Artemia salina</em> 'Plasmonik Nanopartiküller Optik İzleme tarafından
Summary
Biz sucul organizmaların sıklığı hareketlerini soruşturma ve karakterize etmek plasmonik nanopartikülleri optik izleme özelliğini kullanabilirsiniz.
Abstract
Biz optik cımbız, küçük sucul organizmaların hareketi tarafından oluşturulan akışkan titreşimleri analiz etmek için hassas bir araç sağlayabilir nasıl gösterilmektedir. Optik cımbız tarafından düzenlenen bir tek altın nanoparçacık su örneğindeki bir Nauplius larva (Artemia salina) ritmik hareketini ölçmek için bir sensör olarak kullanılır. Bu Nauplius aktivitesinin bir sonucu olarak tuzak nanoparçacık zamana bağlı yer değiştirme izlenmesi ile elde edilir. Nanopartikül konumunun bir Fourier analizi, daha sonra gözlenen türlerin hareketi özelliği olan bir frekans spektrumu vermektedir. Bu deney, doğrudan gözlemlemek ve tuzak parçacık ile ilgili olarak larvaların konumu hakkında bilgi elde etmek için gerek olmaksızın küçük suda yaşayan larvaların etkinliğini ölçmek ve karakterize etmek için bu yöntemin özelliği gösterir. Genel olarak, bu yaklaşım, bir su e bulunan bazı türlerin canlılık bir fikir verebilircosystem ve su numuneleri analiz için geleneksel yöntemlerin yelpazesini genişletmek olabilir.
Introduction
Kimyasal ve biyolojik göstergelere dayalı su kalitesi değerlendirmesi sucul ekosistemin 1-3 devlet ve çevre koşulları üzerinde fikir edinmek için temel öneme sahiptir. Kimyasal su analizleri için klasik yöntemler duyusal özellikleri veya fizikokimyasal parametrelerin belirlenmesi dayanmaktadır. Biyolojik göstergeler, diğer taraftan, varlığı ve canlılığı çevre koşulları ve onlar biyoindikatörü için tipik örnekler in ortaya bir ekosistem için kirletici etkisi üzerinde fikir verecek hayvan türleri Kopepodlar, küçük su kabuklular bir grup, can vardır Neredeyse herhangi bir su habitatı 4,5 'bulunabilir. Su numuneden bu türlerin etkinliğini ve canlılığını gözlem böylece ekosistem 5 genel koşulları hakkında bilgi elde etmek için kullanılabilir. Nauplii denir Kopepodların larvaları, (her larva appenda üç çift onların antenleri ritmik vuruş kullanınOnların baş bölgesinde iklik) suda 6 yüzmek. Bu vuruş sıklığı ve şiddeti ve böylece yaş, uygunluk ve hayvan 7-10 çevre koşullarına doğrudan bir göstergesidir. Bu örnekler üzerinde herhangi araştırmalar genellikle gözlem ve doğrudan nauplii anten vuruş sayarak bir mikroskop ile yapılır. Boyutlarına (~ 100-500 um) 11 için, bu genellikle tek tek ya da bir alt-tabakaya, tek Nauplius çözmek için bir ölçüm yapmak gerekir.
Burada, biz ultra-duyarlı dedektör gibi bir optik tuzak altın nanopartikul kullanarak su örneklerinde Copepod larva aktivitesini gözlemlemek için yeni bir yaklaşım göstermektedir. Optik cımbız tipik piconewton aralığı 12-14 aşağı molekülleri arasındaki kuvvetleri uygulamak veya ölçmek için ince bir deney aracı olarak birçok gruplar tarafından kullanılmaktadır. Daha yakın zamanlarda, optik cımbız için uygulama aralığı akustik titreşimleri gözlemlemek ve çözmek genişletilmiş olduBir optik kapanı 15 içinde sınırlı olan nano-ve mikro hareketini izleyerek sıvı ortam maddesi içinde nt dalgalanmalar. Bir sıvı daldırılır partiküller Brownian hareketi tabi tutulur. Bir optik tuzak içinde, ancak, bu hareket kısmen güçlü bir lazer kaynaklı, gradyan kuvveti ile bastırılır. Bu nedenle, optik tuzak sertlik ve lazer ışınının odak içinde parçacığın lokalizasyonu lazer gücü ile ayarlanmış olabilir. Aynı zamanda, tutucu potansiyeli özelliklerini ortaya çıkarmak için ve tuzak zamana bağlı parçacık hareketi izleyerek parçacık moleküllerin etkileşimlerini analiz etmek mümkündür. Bu yaklaşım, frekans, yoğunluk, ve sıvı bir ortamda hareket eden bir nesne tarafından oluşturulan akışkan hareketin yönünü almak için vermektedir. Bu genel bir fikir gerek kalmadan tek bir Nauplius hareketi bir frekans spektrumu elde etmek için uygulanabilir gösterilmektedirdoğrudan numune ile müdahale. Bu deneysel yaklaşım, çok hassas bir şekilde su numunelerin hareketli davranış gözlem için yeni bir genel konsepti tanıttı. Biyoindikatör türler üzerinde gözlemler için, bu su analizi için geçerli metodoloji genişletebilir ve sağlık ve sucul ekosistemlerin bütünlüğü hakkında bilgi elde etmek için uygulanabilir.
Protocol
Representative Results
Discussion
Karanlık alan mikroskopisi metal nanopartiküllerin saçılma kesiti geometrik kesite (krş. Şekil 2A) 18 yüksek olması nedeniyle, optik kırılma sınırının altında boyutlara sahip altın nano-tanecikleri görselleştirmek için güçlü bir araçtır. Bir cımbız kurulumunda, bu yaklaşım da, partiküllerin arasındaki plasmonik birleştirme plazmon rezonans frekansı 15 bir kırmızı-kaymasına neden olur, çünkü sadece bir tek ya da birden fazla altın nanopartikü…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nanosistemler Girişimi Münih (NIM) aracılığıyla DFG tarafından Gelişmiş Araştırmacı Grant HYMEM aracılığıyla ve Sonderforschungsbereich (SFB1032) aracılığıyla ERC tarafından Mali destek, proje A8 minnetle kabul edilmektedir. Biz Dr Alexander Ohlinger, Dr Sol Carretero-Palacios ve destek ve verimli tartışmalar için Kaplıcalar Nedev müteşekkiriz.
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. |
References
- 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).
