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JPK纳米精准跟踪光镊系统

时间:[2018-12-26]  来源:

(1)基本介绍

用光之力操控细胞,光镊“爆冷”夺下2018年诺贝尔物理学奖。其实,光镊技术在生物学研究领域已经有了相当广泛的应用,例如将不同细胞挤压在一起,或者向细胞中注入微量物质或者微小物体等场合,都是光镊大显身手的时机。具体来说,光镊系统一般由照明光路和控制光路构成,照明光路负责采集成像所需的信号,而控制光路用来控制和限制微小物体的运动。

德国JPK公司生产的 NanoTracker光镊专注于纳米科技,是世界上第一台商业化的光镊,其独特的设计方式及纳米精度,为研究领域提供了新的方法。同时与Zeiss、Nikon、Olympus、Leica等完美结合。应用于单分子与生物高分子、细胞膜、细胞与粒子的交互作用、病毒与细菌的交互作用等领域。

(2)应用场景

光镊系统(也称为光子力显微镜)可以量化检测分子、细胞和微流变过程。光镊应用领域包括分子运动力学、DNA和蛋白质的结合/解离、细胞膜动力学和颗粒吸收过程的研究。JPK的NanoTrackerTM光镊广泛用于材料科学和软物质研究,应用范围涵盖力学特性表征(如粘附力、粘弹性和形变)到光学/热力学动态过程或纳米操纵实验,带来生物物理学、生物化学、药物运输、毒理学等诸多领域的研究方法的彻底变革。具体研究对象包括:单分子与生物高分子(DNA, motor proteins, Molecular mechanics)、细胞膜、细胞与粒子的交互作用、病毒与细菌的交互作用等。

(3)主要特点

1)光学系统整合

NanoTracker很容易与研究型倒置显微镜如国际大品牌蔡司、尼康和奥林巴斯等联合使用。表面荧光或共聚焦显微镜技术能够与NanoTracker一起使用形成一个强有力的组合仪器。用荧光技术如CLSM或FRAP与NanoTracker跟踪实验平行地观察目标细胞、颗粒或分子为研究分子机制开拓了视野。另外,所有形式的光学透射照明技术如DIC可以与NanoTracker同时使用以检查细胞的状态。这些光学方法得到的结构信息能够与跟踪轨迹的功能性数据通过软件叠加。

2)完美的环境控制

NanoTracker专为研究活细胞进行了特别的设计。使用标准的35 mm玻璃底片培养皿作细胞培养可直接地进行操作。可进行室温到60℃的温度控制、液体灌注和CO2控制。使用盖玻片的液体池可用于单分子应用。

3)至关重要的稳定性

不需手动调节的长时间稳定性和操作性能是NanoTracker的一个关键设计原则。高稳定性的激光光源和短程折返光路结合漂移补偿设计保障了NanoTracker高性能实验。

4)应用领域

  • 单分子与生物高分子

DNA, motor proteins,…

Molecular mechanics

  • 细胞膜

Lateral organization (e.g., lipid rafts)

Trans-membrane processes, trafficking

Single binding events

  • 细胞与粒子的交互作用

Cyto-toxicity, nano-toxicity

Endocytosis

Biological barriers

Local drug delivery

  • 病毒与细菌的交互作用

Entrance mechanism

Pathogen-host interaction

(4)技术参数

1)NanoTracker扫描头

封闭的扫描头设计避免激光泄漏以及影响无噪声测量的空气传播噪声 

液体安全、功率充足和无漂移设计可进行高稳定性测量 

移动范围为100×100×100微米的压电陶瓷样品定位系统 

通过高速电容式传感器回馈进行闭环控制用于精确捕获校准、快速垂直扫描和灵活实验 

通过软件控制20×20mm移动距离的精确马达驱动平台

2)NanoTracker激光单元

超稳定的专门设计的激光(1064 nm)

<0.05%亮度稳定性

3W激光光源(另有更多可供选择的光源)

激光等级1

3)NanoTracker控制器

最低噪声水平的高级控制器

60MHz带宽、16 bit用于XY和Z轴检测

多达16通道的信号通路模块

可外加设备的TTL通路和电源供应

4)NanoTracker软件

“Point and Trap”光线驱动系统

力对位移的自动校准

DirectOverlay™功能用于捕获和样品位置精确相配

通过JPK批量处理软件定量地确定细胞相互作用参数

用户可自编程的软件用于高级实验

(5)关键指标

  • 移动范围为100×100×100微米的压电陶瓷样品定位系统

  • 超稳定的专门设计的激光(1064nm)<0.05%亮度稳定性

  • 60MHz带宽、16bit用于XY和Z轴检测

  • 多达16通道的信号通路模块

  • “Point and Trap”光线驱动系统,力对位移的自动校准

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