ניתוח התנועה של Nauplius '<em> סלינה הארטמיה</em> "על ידי מנגנון עקיבה האופטי של Plasmonic חלקיקים

Summary

אנו משתמשים במעקב אופטי של חלקיקי plasmonic לחקור ולאפיין את התנועות בתדירות של אורגניזמים ימיים.

Abstract

אנו מדגימים כיצד פינצטה אופטית עשויה לספק כלי רגיש לנתח את תנודות fluidic שנוצרו על ידי התנועה של אורגניזמים ימיים קטנים. Nanoparticle זהב בודד שנערך על ידי פינצטה אופטית משמש כחיישן לכמת את התנועה הקצבית של זחל Nauplius (סאלינה הארטמיה) בדגימת מים. זו מושגת על ידי ניטור העקירה תלויה בזמן של nanoparticle הלכודים כתוצאה מפעילות Nauplius. אנליזה פורייה של עמדת nanoparticle אז תשואות ספקטרום תדרים שאופייניים לתנועה של המינים שנצפו. ניסוי זה מדגים את יכולתה של שיטה זו כדי למדוד ולאפיין את הפעילות של זחלים מימיים קטנים ללא הדרישה לצפות בהם באופן ישיר וכדי להשיג מידע על מיקומו של הזחלים ביחס לחלקיקים הלכודים. בסך הכל, גישה זו יכולה לתת תובנות על החיוניות של מינים מסוימים שנמצאו בדואר ימיcosystem ויכול להרחיב את מגוון שיטות מקובלות לניתוח דגימות מים.

Introduction

הערכת איכות מים המבוססת על אינדיקטורים כימיים וביולוגיים היא בעל חשיבות עליונה כדי לקבל תובנה על תנאי המדינה וסביבתי של מערכת אקולוגית ימי ^1-3. שיטות קלאסיות לניתוח מים כימי המבוססות על מאפייני organoleptic או קביעת הפרמטרים physicochemical. אינדיקטורים ביולוגיים, לעומת זאת, הם בעלי החיים שנוכחותם ויכולת קיום לספק תובנות על התנאים הסביבתיים וההשפעה של מזהמים למערכת אקולוגית שהם מתרחשים בו דוגמאות אופייניות לbioindicators הם copepods, קבוצה של סרטנים מים קטנים, שיכול ניתן למצוא כמעט בכל בית הגידול ^4,5 מים. התבוננות בפעילות ויכולת הקיום של מינים אלה מדגימת מים ולכן יכולה לשמש כדי לקבל מידע על התנאים הכלליים של מערכת אקולוגית ^5. הזחלים של copepods, אשר נקראים Nauplii, להשתמש בתנועות קצביות של האנטנות שלהם (יש לו כל זחל שלושה זוגות appendaGES באזור הראש שלהם) כדי לשחות במים ^6. התדירות והעוצמה של תנועות אלה היא בכך אינדיקציה ישירה של הגיל, כושר, ותנאים סביבתיים של החיה ^7-10. כל חקירות על דגימות אלה נעשות בדרך כלל באמצעות מיקרוסקופ על ידי התבוננות וסופר את חבטות האנטנה של Nauplii ישירות. בשל גודלם (~ 100-500 מיקרומטר) ^11, זה לעתים קרובות דורש לעשות מדידות או אחד אחד או לתקן Nauplius אחת למצע.

הנה, אנחנו מדגימים גישה חדשה להתבונן בפעילות של copepod זחלים בדגימות מים על ידי שימוש בזהב nanoparticle לכוד אופטי כגלאי רגיש במיוחד. פינצטה אופטית משמשות בדרך כלל על ידי קבוצות רבות ככלי ניסיוני בסדר להחיל או למדוד כוחות בין מולקולות עד טווח piconewton ^12-14. לאחרונה, מגוון רחב של יישומים עבור פינצטה אופטית הורחב להתבונן בתנודות אקוסטיות ולפתורתנודות NT בתקשורת נוזלית על ידי ניטור התנועה של ננו וmicroparticles שנכלאים במלכודת אופטית ^15. חלקיקים ששקועים בנוזל חשופים לתנועה הבראונית. בתוך מלכודת אופטית, לעומת זאת, תנועה זו היא דיכא באופן חלקי על ידי, כוח שיפוע חזק, לייזר מושרה. לכן, את הנוקשות של המלכודת האופטית והלוקליזציה של החלקיקים בתוך המיקוד של קרן הלייזר יכולים להיות מכוונת על ידי כוח הלייזר. במקביל, ניתן לחשוף את המאפיינים על פוטנציאל ההשמנה ולנתח אינטראקציות של מולקולות עם החלקיקים על ידי ניטור תנועת חלקיקים תלוי זמן במלכודת. גישה זו הופכת את זה אפשרי להרים את התדירות, עוצמה וכיוון תנועת fluidic שנוצר על ידי אובייקט נע בסביבה נוזלית שלה. אנו מדגימים כיצד רעיון כללי זה יכול להיות מיושם להשגת ספקטרום תדרים של התנועה Nauplius בודד ללא הדרישהלהתערב באופן ישיר עם הדגימה. גישה ניסויית זה מציגה תפיסה כללית חדשה להתבוננות בהתנהגות ניעתי של דגימות מים בצורה מאוד רגישה. לתצפיות במינים bioindicator, זה יכול להרחיב את המתודולוגיה הנוכחית לניתוח מים ויכול להיות מיושם כדי להשיג מידע על הבריאות והתקינות של מערכות אקולוגיות מימיים.

Protocol

1. ניסיוני התקנה השתמש במיקרוסקופ את ימין וקבל שמן שדה חשוך עם צמצם מספרי (NA) = 1.2 לתאורת שדה חשוכה. השתמש מטרת טבילה במים עם הגדלה של X100 וNA = 1.0 לתצפיות חלקיקים והשמנה. השתמש אובייקטיבי אוויר עם 10X ההגדלה וNA = 0.2 לעקוב התנוע?…

Representative Results

איור סכמטי של הגדרת הניסוי מוצג באיור 1 א. תצורת שדה חשוכה יש צורך לזהות אופטי התזוזה של חלקיקי זהב 60 ננומטר במלכודת אופטית 15. אורך הגל של 1,064 ננומטר לליזר ההשמנה נבחר כדי להבטיח את כליאה יציבה של 12,14 חלקיקי זהב הגלאי. מפצל אלומה במיקרוסקופ משמש כדי …

Discussion

מיקרוסקופ שדה אפל הוא כלי רב עוצמה המאפשר הדמית חלקיקי זהב עם ממדים מתחת לגבול ההשתברות האופטית, שכן חתך פיזור של חלקיקי המתכת עולה על הסעיף שלהם הגיאומטרי הצלב (איור 2 א cp.) ^18. בהתקנת פינצטה, גישה זו גם מאפשרת להבחין ולו רק חלקיקי זהב בודדים או מרובים לכו…

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.