JPK納米精準跟蹤光鑷系統

時間：[2018-12-26]  來源：

（1）基本介紹

用光之力操控細胞，光鑷“爆冷”奪下2018年諾貝爾物理學獎。其實，光鑷技術在生物學研究領域已經有了相當廣泛的應用，例如將不同細胞擠壓在一起，或者向細胞中注入微量物質或者微小物體等場合，都是光鑷大顯身手的時機。具體來說，光鑷系統一般由照明光路和控制光路構成，照明光路負責采集成像所需的信號，而控制光路用來控制和限制微小物體的運動。

德國JPK公司生產的 NanoTracker光鑷專注于納米科技，是世界上第一臺商業化的光鑷，其獨特的設計方式及納米精度，為研究領域提供了新的方法。同時與Zeiss、Nikon、Olympus、Leica等完美結合。應用于單分子與生物高分子、細胞膜、細胞與粒子的交互作用、病毒與細菌的交互作用等領域。

（2）應用場景

光鑷系統（也稱為光子力顯微鏡）可以量化檢測分子、細胞和微流變過程。光鑷應用領域包括分子運動力學、DNA和蛋白質的結合/解離、細胞膜動力學和顆粒吸收過程的研究。JPK的NanoTrackerTM光鑷廣泛用于材料科學和軟物質研究，應用范圍涵蓋力學特性表征（如粘附力、粘彈性和形變）到光學/熱力學動態過程或納米操縱實驗，帶來生物物理學、生物化學、藥物運輸、毒理學等諸多領域的研究方法的徹底變革。具體研究對象包括：單分子與生物高分子（DNA, motor proteins, Molecular mechanics）、細胞膜、細胞與粒子的交互作用、病毒與細菌的交互作用等。

（3）主要特點

1）光學系統整合

NanoTracker很容易與研究型倒置顯微鏡如國際大品牌蔡司、尼康和奧林巴斯等聯合使用。表面熒光或共聚焦顯微鏡技術能夠與NanoTracker一起使用形成一個強有力的組合儀器。用熒光技術如CLSM或FRAP與NanoTracker跟蹤實驗平行地觀察目標細胞、顆?；蚍肿訛檠芯糠肿訖C制開拓了視野。另外，所有形式的光學透射照明技術如DIC可以與NanoTracker同時使用以檢查細胞的狀態。這些光學方法得到的結構信息能夠與跟蹤軌跡的功能性數據通過軟件疊加。

2）完美的環境控制

NanoTracker專為研究活細胞進行了特別的設計。使用標準的35 mm玻璃底片培養皿作細胞培養可直接地進行操作?？蛇M行室溫到60℃的溫度控制、液體灌注和CO2控制。使用蓋玻片的液體池可用于單分子應用。

3）至關重要的穩定性

不需手動調節的長時間穩定性和操作性能是NanoTracker的一個關鍵設計原則。高穩定性的激光光源和短程折返光路結合漂移補償設計保障了NanoTracker高性能實驗。

4）應用領域

• 單分子與生物高分子

DNA, motor proteins,…

Molecular mechanics

• 細胞膜

Lateral organization (e.g., lipid rafts)

Trans-membrane processes, trafficking

Single binding events

• 細胞與粒子的交互作用

Cyto-toxicity, nano-toxicity

Endocytosis

Biological barriers

Local drug delivery

• 病毒與細菌的交互作用

Entrance mechanism

Pathogen-host interaction

（4）技術參數

1）NanoTracker掃描頭

封閉的掃描頭設計避免激光泄漏以及影響無噪聲測量的空氣傳播噪聲 

液體安全、功率充足和無漂移設計可進行高穩定性測量 

移動范圍為100×100×100微米的壓電陶瓷樣品定位系統 

通過高速電容式傳感器回饋進行閉環控制用于精確捕獲校準、快速垂直掃描和靈活實驗 

通過軟件控制20×20mm移動距離的精確馬達驅動平臺

2）NanoTracker激光單元

超穩定的專門設計的激光（1064 nm）

＜0.05%亮度穩定性

3W激光光源（另有更多可供選擇的光源）

激光等級1

3）NanoTracker控制器

最低噪聲水平的高級控制器

60MHz帶寬、16 bit用于XY和Z軸檢測

多達16通道的信號通路模塊

可外加設備的TTL通路和電源供應

4）NanoTracker軟件

“Point and Trap”光線驅動系統

力對位移的自動校準

DirectOverlay?功能用于捕獲和樣品位置精確相配

通過JPK批量處理軟件定量地確定細胞相互作用參數

用戶可自編程的軟件用于高級實驗

（5）關鍵指標

• 移動范圍為100×100×100微米的壓電陶瓷樣品定位系統

• 超穩定的專門設計的激光（1064nm）＜0.05%亮度穩定性

• 60MHz帶寬、16bit用于XY和Z軸檢測

• 多達16通道的信號通路模塊

• “Point and Trap”光線驅動系統，力對位移的自動校準