'Nauplius의 움직임을 분석<em> 아테 살리나</em> '플라즈몬 나노 입자의 광학 추적하여
Summary
우리는 수생 생물의 주파수의 움직임을 조사하고 특성을 플라즈몬 나노 입자의 광학 추적을 사용합니다.
Abstract
우리는 광 핀셋 작은 수생 생물의 이동에 의해 생성 된 유체 진동을 분석하는 중요한 도구를 제공 할 수있는 방법을 보여준다. 광학 트위터로 개최 한 금 나노 입자는 물 샘플에서 Nauplius 유충 (아테 살리나)의 리드미컬 한 움직임을 정량화 할 수있는 센서로 사용된다. 이것은 Nauplius 활동의 결과로 나노 입자의 포획 시간 종속 변위를 모니터링함으로써 이루어진다. 나노 입자의 위치의 푸리에 분석 후 관찰 된 종의 움직임에 대한 특징적인 주파수 스펙트럼을 산출한다. 이 실험은 직접 관찰하고 포획 된 입자에 대한 유충의 위치에 대한 정보를 얻기 위해 필요없이 작은 수생 유충의 활동을 측정하고 특징이 방법의 능력을 보여줍니다. 전반적으로,이 방법은 수중 전자에서 발견 된 특정 종의 생명력에 대한 통찰력을 줄 수cosystem 물 샘플을 분석하는 기존의 방법의 범위를 확장 할 수 있습니다.
Introduction
화학 및 생물 학적 지표에 따라 수질 평가는 수생 생태계 1-3의 상태 및 환경 조건에 대한 통찰력을 얻기 위해 근본적인 중요하다. 화학 물 분석 용 고전 방법은 관능 특성이나 물리 화학적 파라미터의 결정에 기초한다. 생물 지표는, 다른 한편으로는, 그 존재 및 생존 환경 조건들이 bioindicators 대한 전형적인 예 인치 발생할 생태계에 대한 오염 물질의 효과에 대한 통찰력을 제공 동물 종은 요각류, 작은 물 갑각류 기, 수있다 아르 거의 모든 물 서식지 4,5에서 발견 될 수있다. 물 샘플에서 이러한 종의 활성 및 생존을 관찰하는 것은, 따라서 생태계 5 전체적인 조건에 대한 정보를 얻기 위해 사용될 수있다. 노 플리 우스라고 요각류의 유충,, (각 유충은 appenda 세 켤레가 자신의 안테나의 리듬 스트로크를 사용하여그들의 머리 지역에서 GES)는 물 6에서 수영. 이러한 스트로크의 빈도와 강도함으로써 연령, 적합하고, 동물 7-10의 환경 조건의 직접적인 지표이다. 이 표본에 대한 조사는 일반적으로 관찰하고 직접 노 플리 우스의 안테나 선을 계산하여 현미경으로 수행됩니다. 크기 때문에 (~ 100 ~ 500 μm의) 11, 이것은 종종 하나 하나 또는 기판에 단일 Nauplius를 해결하는 하나의 측정을 수행해야합니다.
여기, 우리는 초 고감도 탐지기로 광학 포획 금 나노 입자를 사용하여 물 샘플에서 요각류 유생의 활동을 관찰하기 위해 새로운 접근 방식을 보여줍니다. 광 핀셋은 일반적으로 piconewton 범위 12 ~ 14까지 분자 사이의 힘을 적용하거나 측정 할 수있는 정밀한 실험 도구로 여러 그룹에 의해 사용됩니다. 최근 광 핀셋에 대한 응용 프로그램의 범위는 음향 진동을 관찰하고 해결하기 위해 확장되었습니다광학 트랩 (15)에 국한되어 나노 및 마이크로 입자의 움직임을 모니터링하여 액체 미디어에 NT 변동. 액체에 몰입 입자는 브라운 운동을 실시한다. 광학 트랩 내부, 그러나,이 운동은 부분적으로 강한 레이저 유도, 그라데이션 힘에 의해 감쇠된다. 따라서, 광 트랩의 강성과 레이저 빔의 초점 내의 입자의 지역화는 레이저 파워에 의해 조정될 수있다. 동시에, 그것은 트래핑 대한 잠재적 특성을 공개하고 트랩에서 시간 의존적 입자 운동을 모니터링하여 입자와 분자의 상호 작용을 분석하는 것이 가능하다. 이 접근법은 가능한 주파수, 강도, 그 액체 환경에서 움직이는 물체에 의해 생성되는 유체의 운동 방향을 태우기 위해 렌더링한다. 우리는이 일반적인 아이디어가 필요없이 개별 Nauplius의 움직임의 주파수 스펙트럼을 얻기 위해 적용될 수 있는지 보여직접 표본을 방해합니다. 이 실험 방법은 매우 민감한 방법으로 수생 표본의 운동성 행동의 관찰을위한 새로운 일반적인 개념을 소개합니다. 생물 지표 종에 대한 관측의 경우, 이것은 물 분석을위한 현재의 방법론을 확장 할 수 있고, 건강과 생태계의 완전성에 대한 정보를 얻기 위해 적용될 수있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
암시 야 현미경은 금속 나노 입자의 산란 단면적이 그들의 형상 단면 (info 참조도 2A) (18)을 초과하기 때문에, 광 회절 한계 이하 치수의 금 나노 입자를 시각화하기위한 강력한 도구이다. 족집게 설정에서,이 접근 방법도 입자 사이 플라즈몬 커플 링 플라즈몬 공진 주파수 (15)의 적색 – 시프트의 원인이되기 때문에 단지 하나 또는 여러 개의 금 나노 입자가 레이저 광에…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
나노 시스템 이니셔티브 뮌헨 (NIM)를 통해 DFG에 의해 고급 탐정 그랜트 HYMEM 통해하고 Sonderforschungsbereich (SFB1032)를 통해 ERC에 의해 재정 지원, 프로젝트 A8은 기꺼이 인정 받고 있습니다. 우리는 알렉산더 박사 Ohlinger 박사 솔 Carretero – 팔라시오 스 및 지원 유익한 토론 스파 Nedev에 감사드립니다.
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. |
Referências
- 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).
