י' ט' י' רוצה לאשר מימון תמיכה מ את משרד המדע והטכנולוגיה תחת גרנט מספרי ביותר 105-2221-E-007-MY3 מהאוניברסיטה הלאומית צינג הואה תחת גרנט מספרים 105N518CE1 ו- 106N518CE1.

1-הגדרת אופטי הערה: העיקרון של ההתקנה אופטי מודגם באיור 1.
<ol><li>סט למעלה האופטי פינצטה קיט (ראה את הטבלה של חומרים) מודול קרינה פלואורסצנטית (ראה טבלה של חומרים) לפי המדריכים שלהם. חבר מקור nm כחול אור פליטת אור דיודה (LED) 470 למודול פלורסנט.</li>
	<li>להחליף את גבוהה מספרי הצמצם (NA) (NA = 1.25, ההגדלה 100 x) שמן טבילה המטרה על ידי עובד זמן מרחק אובייקטיבי מיקרוסקופ (WD) (אורך מוקד 3.6 מ מ, WD = 10.6 מ. מ., NA = 0.5).</li>
	<li>להסיר את העדשה במקטע הרחבת קרן של ערכת התאספו כדי להשיג התמקדות רופף של קרן הלייזר.</li>
	דיודה <li>התור על הזרם והזרם הלייזר של ננומטר אורך גל 980 והשתמש טעונה מצמידים התקן (CCD) המצלמה כדי לוודא קרן הלייזר מיושר כראוי. 
	הערה: אם קרן הלייזר הוא מיושר היטב, מצלמת CCD יקרא מקום לפי עקומת גאוס.</li>
</ol> 2. Nanofabrication <ol><li>סמן פבריקציה נוספת. 
	הערה: סמני יעזור למקם את המערך nanoplasmonic במהלך תהליך ייצור השמנה עוקבות הניסוי. משלים באיור 1 מודגם תהליך מפורט.
	<ol><li>הפקדה 40 ננומטר אינדיום תחמוצת בדיל (ITO) הסרט על coverslip של עובי 0.17 מ מ עם התזה. 
		הערה: הסרט איטו יעזור לשחרר אלקטרונים במהלך תהליך ליתוגרפיה e עוקבות-קרן-</li>
		<li>ספין מעיל רובד 8 מיקרומטר של photoresist חיובי עם ספין מהירות 4000 סל ד ו- s זמן 30 עם coater ספין.</li>
		<li>רך לאפות את הדגימה ב 90 מעלות צלזיוס למשך 5 דקות ו ליישר את הדגימה עם photomask עבור סמן ולחשוף את הדגימה לאור אולטרא סגול 80 s ב- aligner המסכה.</li>
		<li>להשרות את הדגימה היזם photoresist 130 ס</li>
		<li>להפקיד 2 ננומטר שכבת כרום ו 40 ננומטר שכבת זהב על המדגם באמצעות אידוי תרמי. 18</li> <li>להשרות את הדגימה של אצטון ומניחים אותו בתבנית אולטרה סאונד נקי פעולה 43 kHz ו 150 W עבור 5 דקות עבור הנהגים מעלית</li>
	</ol></li> <li>מערך ייצור של Nanoplasmonic <ol><li>ספין המעיל שכבה של e-קרן להתנגד PMMA 120K עם מהירות סיבוב 5000 סל ד ל 30 s ב- coater ספין. אופים את הדגימה ב 160 מעלות צלזיוס למשך 3 דקות על פלטה חמה.</li>
		<li>ספין מעיל שכבה נוספת של e-קרן להתנגד PMMA 960K עם מהירות סיבוב 5000 סל ד ל 30 s ב- coater ספין. אופים את הדגימה ב 160 מעלות צלזיוס למשך 3 דקות על פלטה חמה.</li>
		<li>שימוש e-קרן סופר לחשוף את e-הקרן להתנגד עם האצת מתח 30 kV והמינון 400 ג/cm 2.</li>
		<li>להפקיד 40 ננומטר שכבת זהב ב מפזר חום.</li>
		<li>משרים את הדגימה של אצטון ומניחים אותו בתבנית אולטראסאונד 5 דקות עבור הנהגים מעלית</li>
	</ol></li></ol> 3. לדוגמה קירור מערכת, כיול טמפרטורה שלה הערה: המדגם קירור עיצוב במה מוצג משלים באיור 2.
<ol><li>שהופך את המעגל הנהג עבור מדגם קירור <ol><li>מקום על נגדים, צומת דו-קוטבי טרנזיסטורים, וכן כוח תחמוצת מתכת שדה אפקט טרנזיסטורים על המעגל מותאם אישית על ידי ביצוע של דיאגרמת מעגל משלים באיור 3 . כל המרכיבים הללו עם המלחם הלחמה.</li>
		<li>חיבור חוטים בין יציאת בקרה של המעגל הלוח בקרה אלקטרונית. לחבר את החוטים בין יציאת פלט של המעגל, thermoelectrical קירור (TEC). למקם את הרכיב טק על הבמה מדגם עם שוקע חום. 
		&#8203; הערה: טק רכיב יש חור במרכז כדי לאפשר קרן הלייזר לעבור.</li>
		ספק כוח <li>חיבור חוטי החשמל היוצאים המעגל ל- 5 V. להשתמש במצלמה אינפרא-אדום שפניה לעקוב אחר הטמפרטורה כדי לבדוק אם הקירור thermoelectrical הוא כמו שצריך לצנן.</li>
	</ol></li> <li>כיול של הטמפרטורה שנמדדה שפניה לעתיד המצלמה עמידות בטמפרטורה גלאי (RTD) מד חום אינפרא אדום.
	<ol><li>למקם את המדחום RTD coverslip ריקה ולהחיל כמות קטנה של תרמית העיסה לתוך זה כדי להבטיח נאות תרמי קשר בין מד חום RTD coverslip.</li>
		<li>שינוי ההגדרה של כוח פלט של מעגל בקרה אלקטרונית טק רכיב על-ידי שינוי של מחזור חיים של הגדרת אפנון רוחב פולס ולחכות 3 דקות לוודא שהטמפרטורה מצב יציב מתמלאת. לקרוא את הטמפרטורה בעזרת את המדחום RTD.</li>
		<li>התור על מצלמת אינפרא-אדום להסתכל קדימה, הצג הטמפרטורה. חזור על זה ב הגדרות צריכת חשמל פלט שונים כדי להשיג את עקומת כיול טמפרטורה. עקומת כיול טמפרטורה נציג מוצג משלים באיור 4. 
		הערה: חשוב מאוד לעשות כיול בין מד חום RTD מצלמה אינפרא אדום לפנים מראה כי. קריאת הטמפרטורות של מצלמה אינפרא אדום שפניה לעתיד חייב להיות מדויק כדי להבטיח בטמפרטורה הנכונה מתמלאת.</li>
	</ol></li></ol> 4. השמנה של Microparticles <ol><li>Dilute מיקרו פוליסטירן חלקיקי בקוטר 2 מיקרומטר במים יונים ב microcentrifugetube עם יחס נפח תקין. 
	הערה: ניתן להתאים את הריכוז של חלקיקי מיקרו על פי מטרת הניסוי. תוך ריכוז נמוך יותר מאפשר מרווח זמן הדגימה בין אירועים השמנה חלקיק יחיד, ריכוז גבוה יותר לקצר את הזמן להשמנה חלקיקים מרובים. עבור חלקיק יחיד השמנה, ריכוז טיפוסי הוא ~0.05% (w/v).</li>
	<li>שים המדגם עם מערך nanoplasmonic על הבמה ולפנות של 470 nm הוביל כמקור אור זריחה ו להגדיר באופן ידני את הכוח כדי 5 מגוואט עבור שדה בהיר הדמיה.</li>
	<li>להשתמש בסמן כדי לאתר את מערך nanoplasmonic, ליישר את הדגימה ולהשתמש את מצלמת CCD כדי לוודא המערך הוא במרכז האזור של ריבית על מסך המחשב.</li>
	<li>10 לוותר על µL של חלקיקי מיקרו מדוללת של קוטר 2 מיקרומטר על הדגימה עם פיפטה מיקרו-</li>
	<li>להפעיל את ספק הנוכחי דיודת לייזר של ננומטר אורך גל 980 לגרות את התהודה plasmonic של המערך עם כוח ב- mW טווח ~ 1 עד 10 mW.</li>
	<li>להפעיל באופן ידני את ספק הזרם ללוח בקרה אלקטרונית להתקרר המדגם מצב יציב טמפרטורה ~ 4 ° C.</li>
	<li>התוכנה viewer, לחץ על &#34; להקליט וידאו &#34; רצף כדי לפתוח את תיבת הדו-שיח הקלטת. לחץ &#34; שיא &#34; כפתור כדי להתחיל את ההקלטה 1.5 של התנועה של חלקיקי מיקרו-קצב מסגרות לשנייה 10 על הדגימה תחת ההשפעה של קרן לייזר באמצעות מצלמת ה-CCD. לחץ &#34; להפסיק &#34; כפתור כדי לעצור את ההקלטה. ראה וידאו 1-</li>
</ol>

<ol>
	<li>Ashkin, A., Dziedzic, J. M., Bjorkholm, J. E., Chu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Observation+of+a+single-beam+gradient+force+optical+trap+for+dielectric+particles.">Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles.</a> Opt.Lett. 11, 288-290 (1986).</li><li>Grier, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+revolution+in+optical+manipulation.">A revolution in optical manipulation.</a> Nature. 424, 21-27 (2003).</li><li>Wright, W. H., Sonek, G. J., Berns, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Radiation+on+trapping+forces+with+optical+tweezers.">Radiation on trapping forces with optical tweezers.</a> Appl. Phys. Lett. 63, 715-717 (1993).</li><li>Kawata, S., Tani, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optically+driven+Mie+particles+in+an+evanescent+field+along+a+channel+waveguide.">Optically driven Mie particles in an evanescent field along a channel waveguide.</a> Opt. Lett. 21, 1768-1770 (1996).</li><li>Yang, A. H. J., Moore, S. D., Schmit, B. S., Klug, M., Lipson, M., Erickson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Manipulation+of+nanoparticles+and+biomolecules+in+sub-wavelength+slot+waveguides.">Optical Manipulation of nanoparticles and biomolecules in sub-wavelength slot waveguides.</a> Nature. 457, 71-75 (2009).</li><li>Lin, S., Schonbrun, E., Crozier, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+manipulation+with+planar+silicon+microring+resonators.">Optical manipulation with planar silicon microring resonators.</a> Nano Lett. 10, 2408-2411 (2010).</li><li>Mandal, S., Serey, X., Erickson, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanomanipulation+using+silicon+photonic+crystal+resonators.">Nanomanipulation using silicon photonic crystal resonators.</a> Nano Lett. 2010 (10), 99-104 (2010).</li><li>Lin, S., Crozier, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Planar+silicon+microrings+as+wavelength-+multiplexed+optical+traps+for+storing+and+sensing+particles.">Planar silicon microrings as wavelength- multiplexed optical traps for storing and sensing particles.</a> Lab Chip. 11, 4047-4051 (2011).</li><li>Juan, M. L., Righini, M., Quidant, M., R, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Plasmonic+nano+optical+tweezers.">Plasmonic nano optical tweezers.</a> Nat. Photon. 5, 349-356 (2011).</li><li>Huang, J. S., Yang, Y. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+origin+and+future+of+plasmonic+optical+tweezer.">The origin and future of plasmonic optical tweezer.</a> Nanomaterials. 5, 1048-1065 (2015).</li><li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping+of+single+protein.">Optical trapping of single protein.</a> Nano Lett. 12, 402-406 (2012).</li><li>Chen, K. Y., Lee, A. T., Hung, C. C., Huang, J. S., Yang, Y. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transport+and+trapping+in+two-dimensional+nanoscale+plasmonic+optical+lattice.">Transport and trapping in two-dimensional nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Nano Lett. 13, 4118-4122 (2013).</li><li>Cuche, A., Stein, B., Canguier-Durand, A., Devaux, E., Genet, C., Ebbesen, T. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brownian+motion+in+a+designer+force+field:+Dynamical+effects+of+negative+refraction+on+nanoparticles.">Brownian motion in a designer force field: Dynamical effects of negative refraction on nanoparticles.</a> Nano Lett. 12, 4329-4332 (2012).</li><li>Baffou, G., Berto, P., Urena, E. B., Quidant, R., Monnert, S. J., Polleux, J., Righeault, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoinduced+heating+of+nanoparticle+arrays.">Photoinduced heating of nanoparticle arrays.</a> ACS Nano. 8, 6478-6488 (2013).</li><li>Roxworthy, B. J., Bhuiya, A. M., Vanka, S. P., Toussant, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+and+controlling+plasmon-induced+convection.">Understanding and controlling plasmon-induced convection.</a> Nat. Commun. 5, (2014).</li><li>Yang, T. P., Yossifon, G., Yang, Y. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+the+near-field+and+convectional+transport+behavior+of+micro+and+nano+particles+in+nanoscale+plasmonic+optical+lattice.">Characterization of the near-field and convectional transport behavior of micro and nano particles in nanoscale plasmonic optical lattice.</a> Biomicrofluidics. 10, 034102 (2016).</li><li>Chen, Y. -. C., Yossifon, G., Yang, Y. -. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supression+of+phtothermal+convection+of+micro+particles+in+two+dimensional+nanoplamonic+optical+lattice.">Supression of phtothermal convection of micro particles in two dimensional nanoplamonic optical lattice.</a> Appl. Phys. Lett. 109, 201111 (2016).</li><li>Smith, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Thin film deposition: principles and practice. , (1995).</li><li>Zehtabi-Oskuie, A., Bergeron, J. G., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Flow-dependent+double-nanohole+optical+trapping+of+20+nm+polystyrene+nanospheres.">Flow-dependent double-nanohole optical trapping of 20 nm polystyrene nanospheres.</a> Sci. Rep. 2, 966 (2012).</li><li>Zhang, W., Huang, L., Santschi, C., Martin, O. J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+and+sensing+10+nm+metal+nanoparticles+using+plasmonic+dipole+antennas.">Trapping and sensing 10 nm metal nanoparticles using plasmonic dipole antennas.</a> Nano Lett. 10, 1006-1011 (2010).</li><li>Pang, Y., Gordon, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+trapping+of+12+nm+dielectric+spheres+using+double-nanoholes+in+a+gold+film.">Optical trapping of 12 nm dielectric spheres using double-nanoholes in a gold film.</a> Nano Lett. 2011 (11), 3763-3767 (2011).</li></ol>

המחברים אין לחשוף.

ההליך המתואר כאן מאפשרת לקורא להתרבות בצורה אמינה השמנה על בסיס יומי. קו מנחה כללי אמפיריים לעצב סריג אופטי שמיש היא להשתמש בגודל דומה עבור nanoarray plasmonic, מרחק interdisc, וכלא גודל החלקיקים. העיצוב סריג אופטי בשיתוף עם הכוח האופטי גבוהה המוענקת על ידי קירור לדוגמה כדי ~ 4 ° C משמש כאן באופן משמעותי בהשוואה של יחיד, מבודד plasmonic ננו-מבנה, מגבירה את ההסתברות השמנה. אם nanostructures אז נפרדנו, plasmonic משמשים כאתרי השמנה, אחד צריך לחכות זמן רב ההעברה של microparticles אמצעי האחסון השמנה יעיל ליד nanostructures plasmonic. כמו כן, הגדלת המרחק בין דיסק אנושות פוחתת ההסתברות של הצטברות של חלקיקים. הערה שזה ניתן גם לבצע את הניסוי השמנה עם השבכה אופטי plasmonic בטמפרטורת החדר אבל את הכוח האופטי שמיש תהיה מוגבלת מאוד. כמו כן, על צריכת חשמל נמוכה אופטי, אחד צריך לחכות זמן רב (~ 1 h) עבור האירוע השמנה microparticle. בדרך כלל, אנו להפעיל את מצלמת CCD להקליט את חלקיק ולאסוף את האירוע השמנה בתוך דקות ספורות. עוצמת הלייזר הישימים הוא כגובה 10 mW. -כוח אופטית גבוהה, יכול להיות שנצפו צבירה גדולים של microparticles.
השלב הקריטי עבור הצלחה בעבודה זו הוא להתקרר למטה plasmonic על החלקה שער שביר ונטר בו-זמנית הטמפרטורה הדגימה. בחרנו את מצלמת אינפרא-אדום מחפש קדימה כדי למדוד את טמפרטורת כי מדידה ללא מגע כזה מקטינה באופן משמעותי את הסיכוי של מדגם שבירה. לחלופין, ניתן לבחור דבק על גודל קטן מד חום ולהשתמש בו כדי למדוד את הטמפרטורה בזמן אמת. מערכת הקירור יחד עם מדידת טמפרטורה ללא מגע ישימה כלל מיקרוסקופ אופטי בטמפרטורות נמוכות.
למרות ההפגנה כאן מתבצעת באמצעות חלקיקים בגודל מיקרון, אחד יכול ללכוד חלקיקים מאת להצטמצם הן את הגודל ומרווחים של nanodiscs זהב. עד כה, השמנה של חלקיקים עם קטרים קטן כמו 100 ננומטר כבר הפגינו19. זו אינה, עם זאת, המגבלה האולטימטיבי של השבכה אופטי plasmonic. כמו כן, השתמשנו הרבה זמן לעבוד מרחק אובייקטיבי מיקרוסקופ כדי להקל על תכנון מכאני של השלב מדגם. רזולוציה טובה יותר בתחום ההדמיה יכולה להיות מושגת על-ידי החלפתו אובייקטיבית מיקרוסקופ טבילה שמן. מאת להצטמצם הממדים של nanostructures plasmonic, ההשמנה של חלקיקים קטנים אפילו צריך גם להיות ריאלי. 20 , 21

לכידה אופטית של חלקיקי מיקרו-סולם פותחה במקור על ידי ארתור Askin בשנות השבעים המוקדמות. מאז ההמצאה שלו, הטכניקה פותחה ככלי רב תכליתי עבור מיקרו - ו nanomanipulation1,2. קונבנציונלי אופטי השמנה בהתבסס על השדה הרחוק התמקדות עיקרון מטבעו מוגבל על ידי עקיפה בבידוד המרחבי שלה, שבו הכוח השמנה מפחיתה באופן דרמטי (הבאים ~חוק3 עבור חלקיק של רדיוס ) 3. כדי להתגבר על מגבלות דיפרקציה כזו, חוקרים פיתחו טכניקות לכידה אופטית ליד שדה בהתבסס על השדה אופטי evanescent באמצעות plasmonic nanostructures מתכתי ואובייקטים, יתר על כן, לכידה של ננו. מולקולות חלבון יחיד כבר הפגינו4,5,6,7,8,9,10,11. יתר על כן, השבכה אופטי plasmonic נוצר מתוך מערכים של nanostructures plasmonic תקופתי שוחח ארוכות טווח הובלה של מיקרו - חלקיקים ואת מספר החלקיקים הערימה11,12. מכשול רציני כדי לשבש את ההשמנה בסריג אופטי הסעת חום photothermal, המאמצים נעשו התירי את השפעותיו על ידי מספר קבוצות14,15,16,17. באמצעות פונקציית גרין, Baffou. ואח שמחשבת פרופיל הטמפרטורה מידול כל ננו-מבנה plasmonic כמו תנור נקודה, ואז השפעול לאמת שלהם דגם14. הקבוצה של Toussant יש גם מדדו את הסעת חום פלזמון-induced עם חלקיקים velocimetry15. הקבוצה של המחבר גם מאופיין תחבורה שדה- והן convectional, הפגינו אסטרטגיית הנדסה לדכא את photothermal הסעת חום16,17.
כאן אנו מציגים את העיצוב של התקנה אופטי והליך מפורט במיוחד עבור ניסויים השמנה עם סריג אופטי plasmonic. פוטנציאל אופטי נוצר על-ידי הארת מערך של זהב nanodiscs עם קרן גאוסיאנית ממוקד באופן רופף. ערכת לדכא את הסעת חום photothermal על ידי לצנן את הדגימה לטמפרטורה נמוכה (~ 4 ° C) להשמנה האופטימלי הוא גם לתאר כאן17. תחת קירוב בוסינסק, סדר גודל להעריך מהירות הסעת חום טבעי u ניתנת על ידי u ~L-2 - gβ-ΔT / v, איפה L אורך קנה המידה של מקור החום, Δ T היא העלייה בטמפרטורה יחסית ההפניה בשל החימום.  g וβ הן תאוצת הכובד ואת מקדם הרחבה תרמי, בהתאמה. בטמפרטורות ליד 4 ° C, הצפיפות של המדיום מים תערוכות התלות טמפרטורה חריגה, זה מיתרגם מקדם הרחבה תרמי כמעט אפסי ולכן הסעת חום photothermal vanishingly קטן.

<table style="border-collapse:collapse;width:629pt" width="839">
	<colgroup>
		<col style="width:207pt" width="276" />
		<col style="width:131pt" width="174" />
		<col style="width:122pt" width="162" />
		<col style="width:170pt" width="227" />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">Thermoelectric cooling element</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Thorlabs</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">TEC 1.4-6</td>
			<td class="xl70" style="width:170pt" width="227">TEC element for sample cooling</td>
		</tr>
		<tr height="42" style="height:31.5pt">
			<td class="xl69" height="42" style="width:207pt;height:31.5pt" width="276">RTD thermometer</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Omega Engineering</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">RTD Thermometer 969C</td>
			<td class="xl70"></td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">Forward looking infrared camera</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">FLIR&#160;</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">FLIR One</td>
			<td class="xl70">IR camera for temperature monitoring</td>
		</tr>
		<tr height="46" style="height:34.5pt">
			<td class="xl69" height="46" style="width:207pt;height:34.5pt" width="276">light emitting diode light source</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Touchbright</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162"></td>
			<td class="xl69" style="width:170pt" width="227">Light source for illumination for fluorescent imaging</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">Long working distance objective</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Olympus</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">LMPLFLN</td>
			<td class="xl70">For illuminating the sample and imaging</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">Optical trap kit</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Thorlabs</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">OTKB/M</td>
			<td class="xl70"></td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl71" height="21" style="height:15.75pt">Cover slip</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174"></td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162"></td>
			<td class="xl69" style="width:170pt" width="227">thickness 0.17 mm</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl71" height="21" style="height:15.75pt">Scanning electron microscope</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Hitachi</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">SEM-Hitachi S3400N</td>
			<td class="xl69" style="width:170pt" width="227"></td>
		</tr>
		<tr height="44" style="height:33.0pt">
			<td class="xl71" height="44" style="height:33.0pt">Electron beam blanker</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">DEBEN</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">PCD beam blanker</td>
			<td class="xl69" style="width:170pt" width="227">the blanker is added to the scanning electron microscope&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl71" height="21" style="height:15.75pt">Thermal evaporator</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">SYSKEY Technology</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162"></td>
			<td class="xl69" style="width:170pt" width="227"></td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl71" height="21" style="height:15.75pt">Mask aligner</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Karl Suss</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">MJB 3</td>
			<td class="xl69" style="width:170pt" width="227">For marker fabrication</td>
		</tr>
		<tr height="24" style="height:18.0pt">
			<td class="xl69" height="24" style="width:207pt;height:18.0pt" width="276">Electron beam resist</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Sigma Alrich</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">PMMA 120K</td>
			<td class="xl69" style="width:170pt" width="227">For e-beam lithography</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">Electron beam resist</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Sigma Alrich</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">PMMA 960K</td>
			<td class="xl70">For e-beam lithography</td>
		</tr>
		<tr height="42" style="height:31.5pt">
			<td class="xl69" height="42" style="width:207pt;height:31.5pt" width="276">Fluoresent labeled polystyrene microspheres</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Polyscience</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162"></td>
			<td class="xl70">2 um diameter</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">Bipolar transistor</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Mouser</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">2N3904</td>
			<td class="xl70">quantity 2 for TEC driver circuit</td>
		</tr>
		<tr height="28" style="height:21.0pt">
			<td class="xl69" height="28" style="width:207pt;height:21.0pt" width="276">Bipolar transistor</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Mouser</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">2N3906</td>
			<td class="xl70">quantity 2 for TEC driver circuit</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">MOSFET power transistor</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Mouser</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">IRF5305</td>
			<td class="xl70">quantity 2 for TEC driver circuit</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">MOSFET power transistor</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Mouser</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">IRF131ON</td>
			<td class="xl70">quantity 2 for TEC driver circuit</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">10 kOhm resistor</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Mouser</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162"></td>
			<td class="xl70">quantity 6 for TEC driver circuit</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">910 Ohm resistor</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Mouser</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162"></td>
			<td class="xl70">quantity 2 for TEC driver circuit</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">Photoresist</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Microchemicals</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">AZ4620</td>
			<td class="xl70">For marker fabrication</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl69" height="21" style="width:207pt;height:15.75pt" width="276">Acetone</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Sigma Alrich</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162"></td>
			<td class="xl70">For marker fabrication</td>
		</tr>
		<tr height="41" style="height:30.75pt">
			<td class="xl69" height="41" style="width:207pt;height:30.75pt" width="276">Fluorescence Module for the OTKB/M, Metric Threads</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Thorlabs</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">OTKB-FL/M</td>
			<td class="xl69" style="width:170pt" width="227"></td>
		</tr>
		<tr height="49" style="height:36.75pt">
			<td class="xl69" height="49" style="width:207pt;height:36.75pt" width="276">Fluorescent filter set</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Thorlabs</td>
			<td class="xl69" style="width:122pt" width="162">MDF-FITC</td>
			<td class="xl70">For Fluorescein Isothiocyanate (FITC)</td>
		</tr>
		<tr height="21" style="height:15.75pt">
			<td class="xl70" height="21" style="height:15.75pt">Ultrasonic cleaner</td>
			<td class="xl69" style="width:131pt" width="174">Delta</td>
			<td class="xl70">DC150H</td>
			<td class="xl70">For the lift off step</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

trapping of micro particles in nanoplasmonic optical lattice

פינצטה אופטית plasmonic פותחה כדי להתגבר על גבולות עקיפה של פינצטה אופטית השדה הרחוק קונבנציונלי. סריג אופטי plasmonic מורכב מערך של nanostructures, אשר מוצג מגוון של השמנה והתנהגויות תחבורה. מדווחים את ההליכים ניסיוני ללכוד מיקרו-חלקיקים בתוך סריג אופטי פשוטה nanoplasmonic מרובע. אנחנו מתארים גם את ההתקנה אופטי את nanofabrication של מערך nanoplasmonic. פוטנציאל אופטי נוצר על-ידי הארת מערך של זהב nanodiscs עם קרן גאוסיאנית 980 באורך גל של nm, תהודה פלזמון מרגש. התנועה של חלקיקים מנוטרת על ידי קרינה פלואורסצנטית הדמיה. ערכת לדכא את הסעת חום photothermal מתואר גם להגדיל הכוח האופטי שמיש להשמנה אופטימלית. דיכוי של הסעת חום מושגת על ידי קירור הדגימה לטמפרטורה נמוכה, תוך ניצול המקדם הרחבה תרמי כמעט אפסי של מדיום מים. תחבורה חלקיק יחיד והן מרובות חלקיקים השמנה מדווחים כאן.

חלקיקים בודדים נרשמו על ידי מצלמת CCD בניסוי שלנו, התמונות עובדו ואז עם תוכנית מותאמת אישית כדי לחלץ של החלקיק בכל מסלול16. התוצאות נציג מוצגים באיור 3 ו 1 וידאו ספירות-מיקרו עם קטרים של 2 מיקרומטר. הסממנים מרובות חלקיקים בתוך השבכה אופטי נצפו. תמונות רצופים המופק וידאו נציג התנועה של החלקיק מוצגות באיור4. עבור microparticles של קוטר 2 מיקרומטר, ניתן לראות קיבוץ באשכולות של microparticles שהוקמה על משושה קרוב ארוז (hcp) מבנה. המדגם יכולים גם להיות מחוממים על-ידי ביטול רכיב טק; האשכול לכוד שנצפה לפזר עקב הסעת חום photothermal.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56151/56151fig1.jpg"> 
איור 1 . מפרטים טכניים של ההתקנה אופטי. קרן גאוסיאנית עם אורך גל של 980 nm משמש כדי לעורר את הדגימה plasmonic סריג אופטי כדי ליצור השמנה פוטנציאלית. דיודת לייזר מצמידים סיבים של ננומטר אורך גל 980 עובר דרך מראה (M1), מקבל באופן רופף ממוקד בטווח הארוך עובד מרחק אובייקטיבי מיקרוסקופ, והפך מדגם plasmonic. התמונה פלורסנט נלקח עם אותה מטרה בשיתוף עם מראה ודיקרואיק זוהר (DM), מסנן פליטה (EF) תחת עירור פלורסנט-470 nm של מקור האור דיודות פולטות אור. עירור אור 980 ננומטר על התהודה plasmonic הוא צבע מקודד "ורוד", עירור של פליטת אור עבור הדמיה פלורסנט הם צבע מקודד 'כחול', ו 'ירוק', בהתאמה. ההצעה נרשם עם מצלמת CCD. Thermoelectrical קירור (TEC) משמש כדי לקרר את הדגימה. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56151/56151fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56151/56151fig2.jpg"> 
איור 2 . מערך Plasmonic ננו מפוברק על ידי E-קרן ליתוגרפיה. () סמן עיצוב להשתמש כדי לאתר וליישר את הדגימה של הסופר e-קרן. הממדים של הריבוע הלבן החיצוניים הם 22 מ מ x 22 מ מ, ויש דה מרקר טבעתי ב שיבוץ של הקוטר החיצוני של 150 מיקרומטר, הקוטר הפנימי של 50 מיקרומטר (b) A לסרוק בעזרת מיקרוסקופ אלקטרון (SEM) תמונת של מערך nanoplasmonic. מערך ריבוע פשוט 22 פרק 22 nanodiscs משמש ומכיל כל תא יחידה אחת nanodisc של עובי 40 ננומטר, קוטר 550 ננומטר עם מרחק הבין-הדיסק 750 ננומטר. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56151/56151fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56151/56151fig3.jpg"> 
איור 3 . יחיד חלקיקים. מסלולים של microparticles חילוץ באמצעות עיבוד תמונה נאספים באמצעות אלגוריתם centroid ה16 , המוצג כאן. הכוח אופטי המשמש plasmonic תהודה עירור 980 ננומטר הוא 5 מגה-וואט. בר בהיקף של 2 מיקרומטר מוצג. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56151/56151fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56151/56151fig4.jpg"> 
איור 4 . תמונות מקבץ של Microparticles לכוד בתוך Plasmonic סריג אופטי והצטברות של זמן Microparticles-כוח אופטי 5 מגוואט. () זריחה רצופים תמונות מציג את הצטברות microparticles לכוד להרכיב אשכולות. בר לבן מידה של 4 מיקרומטר מוצג. (b) מספר microparticles לכוד נגד הזמן, מופק (). <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56151/56151fig4large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Movie" src="/files/ftp_upload/56151/56151video.jpg"> 
וידאו 1. השמנה אופטי והצטברות של חלקיקים של 2 מיקרומטר חלקיקים. הכוח אופטי המשמש plasmonic תהודה עירור 980 ננומטר הוא 5 מגה-וואט. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56151/2uM_5_mW.avi" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון. (לחיצה ימנית כדי להוריד.)</a>
<img alt="Supplementary Figure 1" src="/files/ftp_upload/56151/56151supfig1.jpg"> 
משלים איור 1. תהליך זרימת Nanofabrication מערך Nanoplasmonic. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56151/56151supfig1large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Supplementary Figure 2" src="/files/ftp_upload/56151/56151supfig2.jpg"> 
2 איור משלים. . דגימת קירור עיצוב במה <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56151/56151supfig2large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Supplementary Figure 3" src="/files/ftp_upload/56151/56151supfig3.jpg"> 
משלים איור 3. מעגל הנהג לקירור הדגימה. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56151/56151supfig3large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
<img alt="Supplementary Figure 4" src="/files/ftp_upload/56151/56151supfig4.jpg"> 
4 איור משלים. כיול טמפרטורה בין rtd מדחום מצלמת אינפרא-אדום Forward-Looking. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56151/56151supfig4large.jpg" style="font-size: 14px;" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Trapping of Micro Particles in Nanoplasmonic Optical Lattice at JoVE.com

Trapping of Micro Particles in Nanoplasmonic Optical Lattice

אנו מתארים הליך ללכוד שטיחות מיקרו-חלקיקים בתוך סריג אופטי nanoplasmonic.

השמנה של חלקיקי מיקרו סריג אופטי Nanoplasmonic

The plasmonic optical tweezer has been developed to overcome the diffraction limits of the conventional far field optical tweezer. Plasmonic optical ...

trapping-of-micro-particles-in-nanoplasmonic-optical-lattice

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Bioengineering

6.5K Views.  National Tsing Hua University. אנו מתארים הליך ללכוד שטיחות מיקרו-חלקיקים בתוך סריג אופטי nanoplasmonic.

Video: Trapping of Micro Particles in Nanoplasmonic Optical Lattice

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As the mainstays of in vivo three-dimensional (3-D) optical microscopy, single-/multi-photon fluorescence microscopy and optical coherence tomography (OCT) have demonstrated their extraordinary sensitivities to fluorescence and optical scattering contrasts, respectively. However, the optical absorption contrast of biological tissues, which encodes essential physiological/pathological information, has not yet been assessable. 
The emergence of biomedical photoacoustics has led to a new branch of optical microscopy optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM)1, where the optical irradiation is focused to the diffraction limit to achieve cellular1 or even subcellular2 level lateral resolution. As a valuable complement to existing optical microscopy technologies, OR-PAM brings in at least two novelties. First and most importantly, OR-PAM detects optical absorption contrasts with extraordinary sensitivity (i.e., 100%). Combining OR-PAM with fluorescence microscopy3 or with optical-scattering-based OCT4 (or with both) provides comprehensive optical properties of biological tissues. Second, OR-PAM encodes optical absorption into acoustic waves, in contrast to the pure optical processes in fluorescence microscopy and OCT, and provides background-free detection. The acoustic detection in OR-PAM mitigates the impacts of optical scattering on signal degradation and naturally eliminates possible interferences (i.e., crosstalks) between excitation and detection, which is a common problem in fluorescence microscopy due to the overlap between the excitation and fluorescence spectra. 
Unique for optical absorption imaging, OR-PAM has demonstrated broad biomedical applications since its invention, including, but not limited to, neurology5, 6, ophthalmology7, 8, vascular biology9, and dermatology10. In this video, we teach the system configuration and alignment of OR-PAM as well as the experimental procedures for in vivo functional microvascular imaging.

Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) is an emerging technology capable of imaging optical absorption contrasts in vivo with cellular resolution and sensitivity. Here, we provide a visualized instruction on the experimental protocols of OR-PAM, including system configuration, system alignment, typical in vivo experimental procedures, and functional imaging schemes.

תלת ממדית ברזולוציה אופטית photoacoustic מיקרוסקופית

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Multiparametric Optical Mapping of the Langendorff-perfused Rabbit Heart

Optical imaging and fluorescent probes have significantly advanced research methodology in the field of cardiac electrophysiology in ways that could not have been accomplished by other approaches1. With the use of the calcium- and voltage-sensitive dyes, optical mapping allows measurement of transmembrane action potentials and calcium transients with high spatial resolution without the physical contact with the tissue. This makes measurements of the cardiac electrical activity possible under many conditions where the use of electrodes is inconvenient or impossible1. For example, optical recordings provide accurate morphological changes of membrane potential during and immediately after stimulation and defibrillation, while conventional electrode techniques suffer from stimulus-induced artifacts during and after stimuli due to electrode polarization1. 
The Langendorff-perfused rabbit heart is one of the most studied models of human heart physiology and pathophysiology. Many types of arrhythmias observed clinically could be recapitulated in the rabbit heart model. It was shown that wave patterns in the rabbit heart during ventricular arrhythmias, determined by effective size of the heart and the wavelength of reentry, are very similar to that in the human heart2. It was also shown that critical aspects of excitation-contraction (EC) coupling in rabbit myocardium, such as the relative contribution of sarcoplasmic reticulum (SR), is very similar to human EC coupling3. Here we present the basic procedures of optical mapping experiments in Langendorff-perfused rabbit hearts, including the Langendorff perfusion system setup, the optical mapping systems setup, the isolation and cannulation of the heart, perfusion and dye-staining of the heart, excitation-contraction uncoupling, and collection of optical signals. These methods could be also applied to the heart from species other than rabbit with adjustments to flow rates, optics, solutions, etc.
Two optical mapping systems are described. The panoramic mapping system is used to map the entire epicardium of the rabbit heart4-7. This system provides a global view of the evolution of reentrant circuits during arrhythmogenesis and defibrillation, and has been used to study the mechanisms of arrhythmias and antiarrhythmia therapy8,9. The dual mapping system is used to map the action potential (AP) and calcium transient (CaT) simultaneously from the same field of view10-13. This approach has enhanced our understanding of the important role of calcium in the electrical alternans and the induction of arrhythmia14-16.

This article describes the basic procedures for conducting optical mapping experiments in the Langendorff-perfused rabbit heart using the panoramic imaging system, and the dual (voltage and calcium) imaging modality.

Multiparametric מיפוי אופטי של הלב Langendorff-perfused הארנב

Optical imaging and fluorescent probes have significantly advanced research methodology in the field of cardiac electrophysiology in ways that could not ...

Optical Mapping of Action Potentials and Calcium Transients in the Mouse Heart

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. Cardiovascular physiological phenotyping of the mouse heart can be easily done using fluorescence imaging employing various probes for transmembrane potential (Vm), calcium transients (CaT), and other parameters. Excitation-contraction coupling is characterized by action potential and intracellular calcium dynamics; therefore, it is critically important to map both Vm and CaT simultaneously from the same location on the heart1-4. Simultaneous optical mapping from Langendorff perfused mouse hearts has the potential to elucidate mechanisms underlying heart failure, arrhythmias, metabolic disease, and other heart diseases. Visualization of activation, conduction velocity, action potential duration, and other parameters at a myriad of sites cannot be achieved from cellular level investigation but is well solved by optical mapping1,5,6. In this paper we present the instrumentation setup and experimental conditions for simultaneous optical mapping of Vm and CaT in mouse hearts with high spatio-temporal resolution using state-of-the-art CMOS imaging technology. Consistent optical recordings obtained with this method illustrate that simultaneous optical mapping of Langendorff perfused mouse hearts is both feasible and reliable.

This paper details the dissection procedure, instrumental setup, and experimental conditions during optical mapping of transmembrane potential (Vm) and intracellular calcium transient (CaT) in intact isolated Langendorff perfused mouse hearts.

מיפוי אופטי של פוטנציאלים פעולה ו הארעית סידן בלב מאוס

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. ...

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

The ability of two or more cells of the same type to fuse has been utilized in metazoans throughout evolution to form many complex organs, including skeletal muscle, bone and placenta. Contemporary studies demonstrate fusion of cells of the same type confers enhanced function. For example, when the trophoblast cells of the placenta fuse to form the syncytiotrophoblast, the syncytiotrophoblast is better able to transport nutrients and hormones across the maternal-fetal barrier than unfused trophoblasts1-4. More recent studies demonstrate fusion of cells of different types can direct cell fate. The "reversion" or modification of cell fate by fusion was once thought to be limited to cell culture systems. But the advent of stem cell transplantation led to the discovery by us and others that stem cells can fuse with somatic cells in vivo and that fusion facilitates stem cell differentiation5-7. Thus, cell fusion is a regulated process capable of promoting cell survival and differentiation and thus could be of central importance for development, repair of tissues and even the pathogenesis of disease.
Limiting the study of cell fusion, is lack of appropriate technology to 1) accurately identify fusion products and to 2) track fusion products over time. Here we present a novel approach to address both limitations via induction of bioluminescence upon fusion (Figure 1); bioluminescence can be detected with high sensitivity in vivo8-15. We utilize a construct encoding the firefly luciferase (Photinus pyralis) gene placed adjacent to a stop codon flanked by LoxP sequences. When cells expressing this gene fuse with cells expressing the Cre recombinase protein, the LoxP sites are cleaved and the stop signal is excised allowing transcription of luciferase. Because the signal is inducible, the incidence of false-positive signals is very low. Unlike existing methods which utilize the Cre/LoxP system16, 17, we have incorporated a "living" detection signal and thereby afford for the first time the opportunity to track the kinetics of cell fusion in vivo.
To demonstrate the approach, mice ubiquitously expressing Cre recombinase served as recipients of stem cells transfected with a construct to express luciferase downstream of a floxed stop codon. Stem cells were transplanted via intramyocardial injection and after transplantation intravital image analysis was conducted to track the presence of fusion products in the heart and surrounding tissues over time. This approach could be adapted to analyze cell fusion in any tissue type at any stage of development, disease or adult tissue repair.

A Cre-Lox P Recombination Approach for the Detection of Cell Fusion In Vivo

A method to track cell fusion in living organisms over time is described. The approach utilizes Cre-LoxP recombination to induce luciferase expression upon cell fusion. The luminescent signal generated can be detected in living organisms using biophotonic imaging systems with a sensitivity of detection of &tilde;1,000 cells in peripheral tissues.

Cre-P לקס גישה רקומבינציה לצורך זיהוי של Fusion Cell In vivo</em

The ability of two or more cells of the same type to fuse has been utilized in metazoans throughout evolution to form many complex organs, including ...

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

Collagen fibrils are present in the extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and mechanical strength. These native collagen fibrils have a characteristic banding periodicity of ~67 nm and are formed in vivo through the hierarchical assembly of Type I collagen monomers, which are 300 nm in length and 1.4 nm in diameter. In vitro, by varying the conditions to which the monomer building blocks are exposed, unique structures ranging in length scales up to 50 microns can be constructed, including not only native type fibrils, but also fibrous long spacing and segmental long spacing collagen. Herein, we present procedures for forming the three different collagen structures from a common commercially available collagen monomer. Using the protocols that we and others have published in the past to make these three types typically lead to mixtures of structures. In particular, unbanded fibrils were commonly found when making native collagen, and native fibrils were often present when making fibrous long spacing collagen. These new procedures have the advantage of producing the desired collagen fibril type almost exclusively. The formation of the desired structures is verified by imaging using an atomic force microscope.

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

Simple and reproducible procedures are described for making three structurally distinct collagen assemblies from a common commercially available Type I collagen monomer. Native type, fibrous long spacing or segmental long spacing collagen can be constructed by varying the conditions to which the 300 nm long and 1.4 nm diameter monomer building block is exposed.

בסינתזת מבחנה של ריווח ילידים, סיבי קולגן וארך ריווח המגזרי

Collagen fibrils are present in the  extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and  mechanical strength. These native ...

Micro-particle Image Velocimetry for Velocity Profile Measurements of Micro Blood Flows

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to give an accurate velocity profile. A protocol is presented for &mu;PIV measurements of blood flows in microchannels. At the scale of the microcirculation, blood cannot be considered a homogeneous fluid, as it is a suspension of flexible particles suspended in plasma, a Newtonian fluid. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate can be derived from these measurements. Several key parameters such as focal depth, particle concentration, and system compliance, are presented in order to ensure accurate, useful data along with examples and representative results for various hematocrits and flow conditions.

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows which are cross-correlated to give an accurate velocity profile. Shear rate, maximum velocity, velocity profile shape, and flow rate, each of which has clinical applications, can be derived from these measurements.

Velocimetry תמונת מיקרו חלקיקים למדידות בפרופיל מהירות של מיקרו זורם דם

Micro-particle image velocimetry (&mu;PIV) is used to visualize paired images of micro particles seeded in blood flows. The images are cross-correlated to ...

Intra-lymph Node Injection of Biodegradable Polymer Particles

Generation of adaptive immune response relies on efficient drainage or trafficking of antigen to lymph nodes for processing and presentation of these foreign molecules to T and B lymphocytes. Lymph nodes have thus become critical targets for new vaccines and immunotherapies. A recent strategy for targeting these tissues is direct lymph node injection of soluble vaccine components, and clinical trials involving this technique have been promising. Several biomaterial strategies have also been investigated to improve lymph node targeting, for example, tuning particle size for optimal drainage of biomaterial vaccine particles. In this paper we present a new method that combines direct lymph node injection with biodegradable polymer particles that can be laden with antigen, adjuvant, or other vaccine components. In this method polymeric microparticles or nanoparticles are synthesized by a modified double emulsion protocol incorporating lipid stabilizers. Particle properties (e.g.&#160;size, cargo loading) are confirmed by laser diffraction and fluorescent microscopy, respectively. Mouse lymph nodes are then identified by peripheral injection of a nontoxic tracer dye that allows visualization of the target injection site and subsequent deposition of polymer particles in lymph nodes. This technique allows direct control over the doses and combinations of biomaterials and vaccine components delivered to lymph nodes and could be harnessed in the development of new biomaterial-based vaccines.

Lymph nodes are the immunological tissues that orchestrate immune response and are a critical target for vaccines. Biomaterials have been employed to better target lymph nodes and to control delivery of antigens or adjuvants. This paper describes a technique combining these ideas to inject biocompatible polymer particles into lymph nodes.

הזרקת בלוטות תוך-לימפתיות של חלקיקי פולימר מתכלים

Generation of adaptive immune response relies on efficient drainage or trafficking of antigen to lymph nodes for processing and presentation of these ...

Automated Robotic Liquid Handling Assembly of Modular DNA Devices

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; represented by &#34;devices&#34; created as combinations of individual genetic components. However, manual assembly of such large numbers of devices is time-intensive, error-prone, and costly. The increasing sophistication and scale of synthetic biology research necessitates an efficient, reproducible way to accommodate large-scale, complex, and high throughput device construction.
Here, a DNA assembly protocol using the Type-IIS restriction endonuclease based Modular Cloning (MoClo) technique is automated on two liquid-handling robotic platforms. Automated liquid-handling robots require careful, often times tedious optimization of pipetting parameters for liquids of different viscosities (e.g. enzymes, DNA, water, buffers), as well as explicit programming to ensure correct aspiration and dispensing of DNA parts and reagents. This makes manual script writing for complex assemblies just as problematic as manual DNA assembly, and necessitates a software tool that can automate script generation. To this end, we have developed a web-based software tool, http://mocloassembly.com, for generating combinatorial DNA device libraries from basic DNA parts uploaded as Genbank files. We provide access to the tool, and an export file from our liquid handler software which includes optimized liquid classes, labware parameters, and deck layout. All DNA parts used are available through Addgene, and their digital maps can be accessed via the Boston University BDC ICE Registry. Together, these elements provide a foundation for other organizations to automate modular cloning experiments and similar protocols.
The automated DNA assembly workflow presented here enables the repeatable, automated, high-throughput production of DNA devices, and reduces the risk of human error arising from repetitive manual pipetting. Sequencing data show the automated DNA assembly reactions generated from this workflow are ~95% correct and require as little as 4% as much hands-on time, compared to manual reaction preparation.

Here, an automated workflow to perform modular DNA &#34;device&#34; assembly using a modular cloning DNA assembly method on liquid-handling robots is presented. The protocol uses an intuitive software tool for generating liquid handler picklists for combinatorial DNA device library generation, which we demonstrate using two liquid handling platforms.

אוטומטית רובוטית טיפול בנוזלים הרכבה של התקנים DNA מודולרי

Recent advances in modular DNA assembly techniques have enabled synthetic biologists to test significantly more of the available &#34;design space&#34; ...

Targeted Plasma Membrane Delivery of a Hydrophobic Cargo Encapsulated in a Liquid Crystal Nanoparticle Carrier

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. Recently, nanoparticles (NPs) have shown significant promise in the development of such delivery systems. Here, a liquid crystal NP (LCNP)-based delivery system has been employed for the controlled delivery of a water-insoluble dye, 3,3&#8242;-dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate (DiO), from within the NP core to the hydrophobic region of a plasma membrane bilayer. During the synthesis of the NPs, the dye was efficiently incorporated into the hydrophobic LCNP core, as confirmed by multiple spectroscopic analyses. Conjugation of a PEGylated cholesterol derivative to the NP surface (DiO-LCNP-PEG-Chol) enabled the binding of the dye-loaded NPs to the plasma membrane in HEK 293T/17 cells. Time-resolved laser scanning confocal microscopy and F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) imaging confirmed the passive efflux of DiO from the LCNP core and its insertion into the plasma membrane bilayer. Finally, the delivery of DiO as a LCNP-PEG-Chol attenuated the cytotoxicity of DiO; the NP form of DiO exhibited ~30-40% less toxicity compared to DiOfree delivered from bulk solution. This approach demonstrates the utility of the LCNP platform as an efficient modality for the membrane-specific delivery and modulation of hydrophobic molecular cargos.

A liquid crystal nanoparticle (LCNP) nanocarrier is exploited as a vehicle for the controlled delivery of a hydrophobic cargo to the plasma membrane of living cells.

משלוח הממברנה ממוקד על Encapsulated מטענים הידרופובי בנושאת Nanoparticle קריסטל נוזלת

The controlled delivery of drug/imaging agents to cells is critical for the development of therapeutics and for the study of cellular signaling processes. ...

Perfusable Vascular Network with a Tissue Model in a Microfluidic Device

A spheroid (a multicellular aggregate) is regarded as a good model of living tissues in the human body. Despite the significant advancement in the spheroid cultures, a perfusable vascular network in the spheroids remains a critical challenge for long-term culture required to maintain and develop their functions, such as protein expressions and morphogenesis. The protocol presents a novel method to integrate a perfusable vascular network within the spheroid in a microfluidic device. To induce a perfusable vascular network in the spheroid, angiogenic sprouts connected to microchannels were guided to the spheroid by utilizing angiogenic factors from human lung fibroblasts cultured in the spheroid. The angiogenic sprouts reached the spheroid, merged with the endothelial cells co-cultured in the spheroid, and formed a continuous vascular network. The vascular network could perfuse the interior of the spheroid without any leakage. The constructed vascular network may be further used as a route for supply of nutrients and removal of waste products, mimicking blood circulation in vivo. The method provides a new platform in spheroid culture toward better recapitulation of living tissues.

The protocol describes how to engineer a perfusable vascular network in a spheroid. The spheroid's surrounding microenvironment is devised to induce angiogenesis and connect the spheroid to the microchannels in a microfluidic device. The method allows the perfusion of the spheroid, which is a long-awaited technique in three-dimensional cultures.