Name: label-free single molecule detection using microtoroid optical resonators
Uploaded: 2015-12-29T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 53 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators at JoVE.com

This research was supported in part by a National Research Service Award (T32GM07616) from the National Institute of General Medical Sciences.

1. Setup Experimental e Preparação de Amostras <ol><li> Fabricar microtoroids usando a litografia, gravura, e procedimento de fusão como descrito anteriormente 6. Fabricar microtoroids no topo de uma pastilha de silício (chip) que tipicamente têm um diâmetro maior de 80-100 um, e um diâmetro menor de 2 um. </li><li> Descontraia-se cerca de um metro de fibra óptica monomodo (125 revestimento mm, 4,3 mm de diâmetro campo mode) a partir do seu carretel fibra. </li><li> No meio da porção de desenrolado de fibra óptica, retirar um pequeno segmento (2,5 cm) do revestimento do polímero em torno da fibra óptica usando descascadores de fios. Nota: Esta é a porção da fibra óptica que será usado para evanescently luz par no microtoroid. </li><li> Limpe a fibra descascada com álcool isopropílico e um fiapo livre wipe. </li><li> Mantenha essa porção da fibra no local usando um suporte feito de fibra de grampos magnéticos. </li><li> Diluir a fibra evaporadas para ~ 500 nm por Melting e puxando através de um maçarico de hidrogénio e dois motores passo a passo que se deslocam em direcções opostas a 60 uM / min. Posicionar a fibra óptica no interior da porção superior da chama, a qual deve ser ~ 10 mm de altura. Pare de puxar a fibra, quando a transmissão através da fibra pára flutuante, que pode ser monitorizada quer visualmente (observando a luz que é dispersa lateralmente a partir do piscar de fibras dentro e fora) ou conectando-se a fibra para um fotodiodo, que está ligada a um osciloscópio . </li><li> Cleave uma extremidade da fibra óptica e insira-o em um adaptador de fibra nua. Coloque esta extremidade da fibra para a entrada do fotorreceptor. </li><li> Fibra par a outra extremidade da bobina de fibra para o laser, utilizando um acoplador de fibra óptica. </li><li> Colocar o chip microtoroid no topo de um suporte de amostras (de aço inoxidável, 37,8 mm x 6.4 mm x 3,2 mm) usando um epoxi ou fita adesiva de dupla face. </li><li> Montar o suporte da amostra no topo de uma fase que compreende o posicionamento de um nano-posicionamento de 3 eixos (nanocube) estágio (veja lista de equipamentos) em cima de um micrômetro de 3 eixos. Executar todas as experiências em uma mesa óptica pneumaticamente isolada para minimizar as vibrações. </li><li> Posição grosseira o chip amostra usando o micrômetro de 3 eixos. </li><li> Alinhar o contendo microtoroid chip de paralelo para a fibra óptica utilizando o nano-posicionador. Nota: Alinhar o microtoroid dentro de uma distância de um comprimento de onda da luz de entrada (~ 633 nm). Para a visualização de usar este processo de duas colunas de imagem (tubo com a lente objectiva e da câmara, ver lista de equipamento), posicionado na parte superior e no lado do chip. </li><li> Optimizar a polarização da luz laser dirigida através da fibra óptica utilizando um controlador de polarização em-linha (ver lista de equipamentos) com um botão para ajustar a polarização. Nota: polarização óptima é conseguida quando o mergulho medido na transmissão da fibra óptica é exibido o mais estreito. Observe este mergulho em um osciloscópio (veja o passo 2.2 para mais detalhes). </li><li> Construiruma câmara de amostra por epoxying uma lamela de vidro sobre o estágio da amostra usando uma lâmina de vidro como um espaçador. Nota: Um gabinete de Plexiglas cobrindo toda a configuração pode ser útil para minimizar as correntes de ar. Uma pequena abertura deve ser deixada para permitir que a solução seja bombeada utilizando tubagem. </li><li> Equilibrar termicamente suspensões ou soluções aquosas de partículas de molécula única para ≥ 1 hora num banho de água a temperatura ambiente (~ 500 mL). Nota: As amostras são diluídas para a concentração desejada em tubos de microcentrífuga utilizando os tampões associados especificados pelo fabricante, por exemplo, PBS ou HEPES. Se não forem detectados eventos de ligação, aumenta a concentração de sal do tampão de. </li><li> Vortex partículas contendo soluções (1 ml) rapidamente para ~ 2 seg. </li><li> Injectar as soluções contendo partículas para dentro da câmara da amostra em 1 mL / min usando uma bomba de seringa de 1 ml. </li><li> Após a câmara de amostra preencheu, desligar a bomba de seringa. </li><li> Aguarde 30 segundos antes de gravar dados para minimizaros efeitos das vibrações mecânicas resultantes do fluxo de fluido que pode afectar a medição. </li></ol> Fecho 2. Freqüência <ol><li> Re-par do toro para a fibra óptica, movendo o suporte de amostra com o nanopositioner, porque o acoplamento será alterada devido à injecção de fluido. </li><li> Localize o comprimento de onda de ressonância do microtoroid digitalizando o laser de entrada controlado por computador através de uma variedade de comprimentos de onda. Executar este passo, enviando um sinal de tensão da forma de onda triangular com um elemento piezoeléctrico dentro do controlador laser que regula o comprimento de onda do laser. Realizar experimentos usando luz visível (635 nm ± 2,5 nm) como há baixa absorção da luz na água neste comprimento de onda. </li><li> Medir a transmissão de luz através da fibra óptica ligando a saída da fibra óptica para um fotorreceptor auto-equilibrado. Ligue a saída do fotorreceptor em um osciloscópio usando um cabo BNC. Observe on o osciloscópio que ao comprimento de onda de ressonância do microtoroid, a transmissão através da fibra óptica gotas. </li><li> Anexar a saída do fotorreceptor para o principal insumo da frequência de bloqueio controlador de feedback (ver lista de equipamentos) através de um cabo. </li><li> Execute o controlador de feedback frequência de bloqueio no modo de bloqueio automático usando pico top-of-bloqueio com uma frequência de 2 kHz dither e uma amplitude de comprimento de onda oscilação de 19 fm. Empiricamente definir as configurações proporcional-integral derivativos na janela do software usando as regras de ajuste de Ziegler-Nichols 14. Nota: Estes valores só precisa ser definido uma vez no início de todos os experimentos. </li><li> Auto-travar o comprimento de onda do laser no comprimento de onda de ressonância do microtoroid. Faça este passo após o enchimento da câmara de amostra. Nota: Se o deslocamento do comprimento de onda é muito grande, então o controlador de feedback vai perder bloqueio e mudar automaticamente para o modo de digitalização, a fim de localizar o local de comprimento de onda de ressonância. Este occurs para comprimento de onda se desloca maior do que aproximadamente uma largura de linha (pelo menos 600 fm para todos os sistemas estudados aqui). </li><li> Gravar a saída do controlador de realimentação a 20 kHz utilizando uma 24-bit placa de aquisição de dados. Exportar os dados como um arquivo de texto via software de aquisição de dados. </li></ol> 3. Processamento de Dados e Análise <ol><li> Transformada de Fourier os dados em MATLAB. </li><li> Low passar os dados usando um filtro &quot;-parede de tijolos&quot; com um ponto de corte em 1 kHz para remover a freqüência exaltação imposto de 2 kHz (ver Código Suplementar Arquivo Screenshot 1). </li><li> Computacionalmente notch filtrar os dados usando um tamanho de janela de 16 Hz. Nota: Isto é feito para remover fontes conhecidas de ruído, neste caso, 60 Hz ruído na linha eletrônica e suas harmônicas, assim 100 Hz (vindo do motorista laser) e suas harmônicas (ver Código Suplementar Arquivo Screenshot 1). </li><li> Transformada de Fourier inversa os dados de volta para o domínio do tempo. </li><li> Filtro Median os dados usando uma janelatamanho de 1.001 amostras (ver Código Suplementar Arquivo de tela 2). </li><li> Localize mudanças graduais no comprimento de onda de ressonância usando o algoritmo de encontrar passo de Kerssemakers et al. 15. </li><li> Gerar histogramas de a amplitude de cada passo de ligação. </li><li> Calcular o tamanho de partícula usando a Eq. (1) (ver Discussão). </li></ol>

<ol>
	<li>Lu, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+sensitivity+nanoparticle+detection+using+optical+microcavities.">High sensitivity nanoparticle detection using optical microcavities.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 108, 5976-5979 (2011).</li><li>Su, J., Goldberg, A. F. G., Stoltz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+detection+of+single+nanoparticles+and+biological+molecules+using+microtoroid+optical+resonators.">Label-free detection of single nanoparticles and biological molecules using microtoroid optical resonators.</a> Light: Science and Applications. , (2016).</li><li>Knight, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Single molecule biology. , (2009).</li><li>Jonsson, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+biospecific+interaction+analysis+using+surface+plasmon+resonance+and+a+sensor+chip+technology.">Real-time biospecific interaction analysis using surface plasmon resonance and a sensor chip technology.</a> BioTechniques. 11, 620-627 (1991).</li><li>Vollmer, F., Arnold, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whispering-gallery-mode+biosensing:+label-free+detection+down+to+single+molecules.">Whispering-gallery-mode biosensing: label-free detection down to single molecules.</a> Nat. Methods. 5, 591-596 (2008).</li><li>Armani, D. K., Kippenberg, T. J., Spillane, S. M., Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-high-Q+toroid+microcavity+on+a+chip.">Ultra-high-Q toroid microcavity on a chip.</a> Nature. 421, 925-928 (2003).</li><li>Vahala, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+microcavities.">Optical microcavities.</a> Nature. 424, 839-846 (2003).</li><li>Arnold, S., Khoshsima, M., Teraoka, I., Holler, S., Vollmer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shift+of+whispering-gallery+modes+in+microspheres+by+protein+adsorption.">Shift of whispering-gallery modes in microspheres by protein adsorption.</a> Opt. Lett. 28, 272-274 (2003).</li><li>Vollmer, F., Arnold, S., Keng, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+virus+detection+from+the+reactive+shift+of+a+whispering-gallery+mode.">Single virus detection from the reactive shift of a whispering-gallery mode.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105, 20701-20704 (2008).</li><li>He, L., Ozdemir, S. K., Zhu, J., Kim, W., Yang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+single+viruses+and+nanoparticles+using+whispering+gallery+microlasers.">Detecting single viruses and nanoparticles using whispering gallery microlasers.</a> Nat Nano. 6, 428-432 (2011).</li><li>Dantham, V. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+detection+of+single+protein+using+a+nanoplasmonic-photonic+hybrid+microcavity.">Label-free detection of single protein using a nanoplasmonic-photonic hybrid microcavity.</a> Nano Lett. 13, 3347-3351 (2013).</li><li>Baaske, M. D., Foreman, M. R., Vollmer, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule+nucleic+acid+interactions+monitored+on+a+label-free+microcavity+biosensor+platform.">Single-molecule nucleic acid interactions monitored on a label-free microcavity biosensor platform.</a> Nat Nanotechnol. 9, 933-939 (2014).</li><li>Su, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-Free+Single+Exosome+Detection+Using+Frequency-Locked+Microtoroid+Optical+Resonators.">Label-Free Single Exosome Detection Using Frequency-Locked Microtoroid Optical Resonators.</a> ACS Photonics. (9), 1241-1245 (2015).</li><li>&#197;str&#246;m, K. J., Murray, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Feedback systems : an introduction for scientists and engineers. , (2008).</li><li>Kerssemakers, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assembly+dynamics+of+microtubules+at+molecular+resolution.">Assembly dynamics of microtubules at molecular resolution.</a> Nature. 442, 709-712 (2006).</li><li>Su, T. -. T. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Label-free detection of single biological molecules using microtoroid optical resonators. , (2014).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

Como uma partícula se liga, o comprimento de onda de ressonância (λ) do toro aumenta. Se uma partícula unbinds, o comprimento de onda de ressonância correspondentemente diminui (um evento passo-baixo). O diâmetro das partículas (d) pode ser determinada através de histogramas da amplitude de cada passo de comprimento de onda. A altura de cada degrau varia de comprimento de onda, devido às variações de tamanho de partícula do ligado e devido à localização na microtoroid onde se liga a partícula. A alteração máxima no comprimento de onda de ressonância (altura passo) ocorre quando as partículas se ligam ao equador do microtoroid onde o campo eléctrico (E 0, max) é um máximo. Esta altura máxima passo (Δλ) está relacionada com o diâmetro das partículas através da Eq. (1) 8, onde a é o raio da partícula, D é uma constante dieléctrica com base no índice de refracção da partícula ligada e os seus meios de comunicação vizinhas, m V é o volume de modo light dentro do microtoroid determinada através de simulações de elementos finitos 2, e E 0 (R S) é a amplitude do campo eléctrico no equador de partícula também determinado por meio de simulações de elementos finitos: <img alt="Equação 1" src="/files/ftp_upload/53180/53180eq1.jpg" width="500" /> Invertendo Eq. (1) indica que a intensidade do sinal (Δλ) com escalas de volume de partícula (A 3). O nosso factor de dieléctrico é definido como: <img alt="Equação 2" src="/files/ftp_upload/53180/53180eq2.jpg" width="150" /> em que é o índice de refracção do meio circundante, e é o índice de refracção da partícula. Estimativas teóricas para a dimensão de partícula com base na equação (1), bem como histogramas e tamanho cal adicionaisculations são apresentados em 2, 16. FLOR pode ser modificado para rastreamento mais rápido, aumentando a freqüência com que a frequência de bloqueio controlador de feedback controla o comprimento de onda da microtoroid. O procedimento de processamento de dados pode ser modificado utilizando uma média móvel em vez de um filtro mediano, e eventos de ligação podem ainda ser recuperados, no entanto, o filtro de média provoca bordas passo a ser melhor preservada. Limitações desta técnica incluem o fato de a mudança de comprimento de onda da microtoroid após a ligação da partícula depende de onde no ressonador as terras de partículas. Assim, a confirmação da ligação de uma única partícula baseia-se na geração de um histograma de muitos eventos de ligação discretos. Se não forem detectados eventos de ligação distintos, aumentando a concentração de sal do solvente ajuda. O significado desta técnica em relação a métodos existentes é que não são necessárias etiquetas para interrogar a molécula alvo.Ligação seletiva exige, contudo, o sensor de funcionalização com anticorpos. Outras vantagens incluem o facto de, desde ressonadores microtoroid têm áreas maiores em comparação com captura de alta sensibilidade métodos de ressonância de plasmon de superfície, os eventos de ligação de partícula são mais prováveis ​​de ocorrer. Além disso, porque FLOR não requer marcadores fluorescentes que podem photobleach, FLOR é capaz de medições longas (&gt; 10 seg) com rápido (milissegundos) resolução de tempo. As etapas críticas no âmbito do protocolo incluem o alinhamento do cone de fibra óptica com a microtoroid. Uma vez que o toro é imersa no líquido demasiado movimento da fibra através do líquido, pode fazer com que o cone de quebrar, terminando assim o experimento. FLOR na sua formulação atual é, portanto, inadequado para experiências com a escala de tempo de horas. Além disso, uma vez que o microtoroid foi imerso em líquidos e partículas se ligam, o fator de qualidade (Q) cai irremediavelmente sobre uma escala de tempo de horas e pico locking pode eventualmente tornar-se instável. Nesta situação, é necessário um novo dispositivo. Porque nós hesitar nossa frequência do laser em um intervalo muito pequeno em torno do pico de ressonância, FLOR não verifica simultaneamente em todo o espectro de ressonância e, portanto, não mede mudanças no fator de qualidade em tempo real, como as partículas se ligam. Olhando para o fator de qualidade antes e após a ligação de apenas algumas partículas, nós não ver a degradação fator Q significativa. Esperamos que isso acontece porque os toros imaculadas originais têm relativamente baixo fator Q (Q carregado na água de ~ 1x10 5 -5x10 6). Notamos que o ruído flutuação induzida por laser é subtraído para fora usando o fotorreceptor auto-equilibrado. Nós minimizamos as flutuações da fibra óptica contra o toro colocando a fibra em contacto directo o microtoroid. Além disso, se parâmetros PID não estão definidas corretamente, as flutuações aparece, ou seja, o sistema não será rápida e ACCURATEly mudanças de comprimento de onda pista. Regras de ajuste de Ziegler-Nichols pode ser usado para definir corretamente o PID Definições 14. Seguindo os procedimentos descritos aqui, deve ser possível de detectar e nanopartículas de tamanho variando de centenas de nanómetros para baixo para alguns nanómetros, incluindo moléculas biológicas únicas.

Experiências individuais de detecção de moléculas são úteis para reduzir a quantidade de analito usada em biossensores, para a detecção precoce da doença, e para examinar as propriedades fundamentais de moléculas 3. Tais experiências são tipicamente realizada utilizando etiquetas, no entanto, etiquetas nem sempre são possíveis de obter, para uma proteína em particular, aumentar o custo, pode perturbar os eventos a ser estudada, e pode ser inconveniente, particularmente para tempo real no local de experiências ou ponto-de- diagnóstico cuidado. O padrão de ouro para biosensoriamento corrente livre de marcador é ressonância de plasma de superfície 4, no entanto os sistemas de ressonância de plasmon de superfície comercial tipicamente tem um limite inferior de detecção típico da ordem de nM. Recentemente, ressonadores ópticos emergiram como uma tecnologia promissora para livre-label única molécula biodetection 5. Ressonadores trabalho óptico baseado nas de longo prazo (ns) confinamento da luz 6,7. A luz é evanescentlyacoplado a estes dispositivos, normalmente através de uma fibra óptica. Quando o comprimento de onda da luz que passa através da fibra corresponde ao comprimento de onda de ressonância do ressonador, luz de forma eficiente acopla ao ressonador. Isto reflecte a luz acoplada totalmente internamente dentro da cavidade do ressonador gerando um campo evanescente na vizinhança da circunferência do ressonador. Medida que as partículas entram no campo evanescente e ligam-se ao ressoador, o comprimento de onda de ressonância do ressonador as alterações na proporção do volume da partícula 8. Em termos de capacidade de detecção, ressoadores de microsferas têm sido anteriormente utilizados para detectar a gripe A única partículas de vírus (100 nm) 9,10. Recentemente, plasmonically-reforçada de microsferas ressonadores ópticas têm sido utilizadas para detectar soro bovino único moléculas de albumina e 11 oligonucleótidos 8-meros 12, no entanto, esta abordagem limita a área de captura da partícula de 0,3 um por de 2vício. Biossensores maiores da área de captura são ideais para maximizar a chance de detecção de partículas. Biosensoriamento tecnologias atuais baseados na solução livre de rótulo com grandes áreas de captura (&gt; 100 mm 2) limitaram-se a detecção de partículas de poliestireno ≥ 25 nm. Nós desenvolvemos um sistema biosensoriamento livre de marcador com base na tecnologia ressonador óptico conhecido como a frequência de travamento óptica Sussurrar Evanescentes ressonador (FLOR) 13 (Figura 1) que é capaz de detecção resolvida no tempo de moléculas individuais em solução. FLOR usa o tempo de vida do fóton longo dos ressonadores óticos microtoroid combinados com frequência de bloqueio de controle de feedback, detecção equilibrada, e filtragem computacional para detectar as pequenas partículas para baixo para moléculas de proteínas individuais. A utilização de frequência de bloqueio permite que o sistema sempre controlar o deslocamento de ressonância do microtoroid como partículas ligar, sem a necessidade de varrer ou digitalizar o comprimento de onda do laser sobregrandes intervalos. Os princípios da FLOR pode ser usado para melhorar as capacidades de detecção de outras técnicas, incluindo aprimoramento plasmonic. No que se segue, os procedimentos para a realização de FLOR são descritos.

<table><tbody><tr><td>Tunable diode laser</td><td>Newport</td><td>TLB-6300</td><td></td></tr><tr><td>Laser controller</td><td>Newport</td><td>TLB-6300-LN</td><td></td></tr><tr><td>Frequency locking feedback controller</td><td>Toptica Photonics</td><td>Digilock 110</td><td></td></tr><tr><td>Auto-balanced photoreceiver</td><td>Newport</td><td>Model 2007</td><td></td></tr><tr><td>In-line polarization controller</td><td>General Photonics</td><td>PLC-003-S-90</td><td></td></tr><tr><td>24-bit data acquisition card</td><td>National Instruments</td><td>NI-PCI-4461</td><td></td></tr><tr><td>Recombinant human interleukin-2</td><td>Pierce Biotechnology</td><td>R201520</td><td></td></tr><tr><td>20 nm polystyrene beads</td><td>Thermo Scientific</td><td>3020A</td><td></td></tr><tr><td>NanoCube XYZ Piezo Stage</td><td>Physik Instrumente</td><td>P-611.3</td><td></td></tr><tr><td>Optical table</td><td>Newport</td><td>VH3660W-OPT</td><td></td></tr><tr><td>Objective lens for imaging column</td><td>Navitar Machine Vision</td><td>1-60228</td><td></td></tr><tr><td>Imaging column (adaptor tube)</td><td>Navitar Machine Vision</td><td>1-60228</td><td></td></tr><tr><td>High-Res CCD camera for imaging column</td><td>Edmund Industrial Optics</td><td>NT39244</td><td></td></tr></tbody></table>

label-free single molecule detection using microtoroid optical resonators

Detecção de pequenas concentrações de moléculas até o único limite molécula tem impacto sobre áreas como a detecção precoce da doença, e estudos fundamentais sobre o comportamento das moléculas. Técnicas de detecção de moléculas individuais comumente utilizam rótulos como marcadores fluorescentes ou pontos quânticos, no entanto, os rótulos não são sempre disponível, aumentar o custo ea complexidade, e pode perturbar os eventos que estão sendo estudados. Ressoadores ópticos têm emergido como um meio promissor para detectar moléculas individuais, sem o uso de etiquetas. Atualmente, a menor partícula detectada por um sistema ressonador não plasmonically-reforçada nua óptica em solução é uma esfera de poliestireno de 25 nm 1. Nós desenvolvemos uma técnica conhecida como Bloqueio de frequência óptica Whispering Evanescent ressonador (FLOR), que pode ultrapassar esse limite e conseguir única molécula de detecção livre-label em solução aquosa a 2. Como a força do sinal escalas com o volume de partículas, o nosso trabalho representa um&gt; 100x improvement na relação sinal-ruído (SNR) em relação ao estado actual da técnica. Aqui, os procedimentos por trás FLOR são apresentados em um esforço para aumentar o seu uso no campo.

Eventos de ligação de partícula são claramente vistas como modificações tipo degrau no comprimento de onda de ressonância do microtoroid ao longo do tempo (Figura 2A). As alturas destas etapas são mostradas como um histograma na Figura 2B. As Figuras 2-4 mostram traços representativos da ligação de exossomos (nanovesulas), esferas de sílica 5 nm e individuais humanos interleucina-2 moléculas, respectivamente. O facto de que os eventos da etapa-escala como com tamanho de partícula indica que a técnica tem sido realizada correctamente. Isto pode ser analisado por meio da geração de um histograma da altura do degrau (Figura 2B) e comparando a altura máxima observada ao passo previsões teóricas, como discutido abaixo. <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53180/53180fig1.jpg" /> Figura 1. Diagrama de Bloco de sistema de detecção de toro. A luz de um laser de diodo sintonizável é dividida w<html> om uma parte enviada através da fibra óptica que acopla a luz para o toro e a outra porção enviado directamente para uma entrada de um fotorreceptor auto-equilibrado. A saída da fibra óptica é enviado para a segunda entrada do fotorreceptor auto-equilibrado. A saída do fotorreceptor é enviada para o controlador de feedback que modula a luz laser para localizar o valor do comprimento de onda de ressonância do microtoroid. Medida que as partículas se ligam ao toróide, os deslocamentos de frequência de ressonância. A diferença entre o comprimento de onda de laser e o comprimento de onda de ressonância do microtoroid é enviado para um controlador proporcional-integral-derivativo que permite que o laser para coincidir com o comprimento de onda da toroid tão rapidamente e tão bem quanto possível. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53180/53180fig1large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver um maior versão desta figura.</a> <html> p_upload / 53180 / 53180fig2.jpg &quot;/&gt; Figura 2. Ressonância mudança de comprimento de onda ao longo do tempo como 20 nm esferas se ligar à superfície do microtoroid. (A) Deslocamento no comprimento de onda de ressonância do microtoroid ao longo do tempo como 20 nm esferas se ligar à superfície. (B) Histograma das alturas (amplitudes) de cada evento ressonância passo comprimento de onda. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53180/53180fig2large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/53180/53180fig3.jpg" /> Figura 3. Ressonância mudança de comprimento de onda ao longo do tempo como exossomas individuais se ligam à superfície da microtoroid. Eventos de ligação individuais são vistos como alterações discretas (passos) no comprimento de onda de ressonância ao longo do tempo.&quot;&gt; Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53180/53180fig4.jpg" /> Figura 4. Ressonância mudança de comprimento de onda ao longo do tempo como esferas de sílica de 5 nm ligar à superfície do microtoroid. As partículas aderem à superfície do toróide através de adsorção passiva. Eventos de ligação de partículas são consideradas passos discretos no comprimento de onda de ressonância do toro ao longo do tempo. Dessorção de uma partícula é visto como um passo para baixo. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53180/53180fig4large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53180/53180fig5.jpg" /> Figura 5. Ressonância mudança de comprimento de onda ao longo do tempo como a IL-2 se ligam a moléculas da superfície da microtoroid. Eventos de ligação Macromolecularessão considerados como passos discretos no comprimento de onda de ressonância ao longo do tempo. Estes passos semelhante ao aqueles na Figura 4 como os dois tipos de partículas são de tamanho mais ou menos semelhantes. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53180/53180fig5large.jpg" target="_blank">Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators at JoVE.com

Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators

We have developed a label-free biosensing system based on optical resonator technology known as Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER) that is capable of detecting single molecules in solution. Here the procedures behind this work are described and presented.

Único Detecção de Moléculas livre-Label Usando Microtoroid ópticos Resonators

Detecting small concentrations of molecules down to the single molecule limit has impact on areas such as early detection of disease, and fundamental ...

label-free-single-molecule-detection-using-microtoroid-optical

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.2K visualizações.  California Institute of Technology. We have developed a label-free biosensing system based on optical resonator technology known as Frequency Locking Optical Whispering Evanescent Resonator (FLOWER) that is capable of detecting single molecules in solution. Here the procedures behind this work are described and presented. 

Vídeo: Label-free Single Molecule Detection Using Microtoroid Optical Resonators

Fabrication of Silica Ultra High Quality Factor Microresonators

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the quality factor (Q) of the cavity, can be in excess of 500ns for cavities with Q factors above 100 million. As a result of their low material losses, silica microcavities have demonstrated some of the longest photon lifetimes to date1-2. Since a portion of the circulating light extends outside the resonator, these devices can also be used to probe the surroundings. This interaction has enabled numerous experiments in biology, such as single molecule biodetection and antibody-antigen kinetics, as well as discoveries in other fields, such as development of ultra-low-threshold microlasers, characterization of thin films, and cavity quantum electrodynamics studies.3-7
The two primary silica resonant cavity geometries are the microsphere and the microtoroid. Both devices rely on a carbon dioxide laser reflow step to achieve their ultra-high-Q factors (Q&gt;100 million).1-2,8-9 However, there are several notable differences between the two structures. Silica microspheres are free-standing, supported by a single optical fiber, whereas silica microtoroids can be fabricated on a silicon wafer in large arrays using a combination of lithography and etching steps. These differences influence which device is optimal for a given experiment.
Here, we present detailed fabrication protocols for both types of resonant cavities. While the fabrication of microsphere resonant cavities is fairly straightforward, the fabrication of microtoroid resonant cavities requires additional specialized equipment and facilities (cleanroom). Therefore, this additional requirement may also influence which device is selected for a given experiment.
Introduction
An optical resonator efficiently confines light at specific wavelengths, known as the resonant wavelengths of the device. 1-2 The common figure of merit for these optical resonators is the quality factor or Q. This term describes the photon lifetime (&tau;o) within the resonator, which is directly related to the resonator's optical losses. Therefore, an optical resonator with a high Q factor has low optical losses, long photon lifetimes, and very low photon decay rates (1/&tau;o). As a result of the long photon lifetimes, it is possible to build-up extremely large circulating optical field intensities in these devices. This very unique property has allowed these devices to be used as laser sources and integrated biosensors.10
A unique sub-class of resonators is the whispering gallery mode optical microcavity. In these devices, the light is confined in circular orbits at the periphery. Therefore, the field is not completely confined within the device, but evanesces into the environment. Whispering gallery mode optical cavities have demonstrated some of the highest quality factors of any optical resonant cavity to date.9,11 Therefore, these devices are used throughout science and engineering, including in fundamental physics studies and in telecommunications as well as in biodetection experiments. 3-7,12
Optical microcavities can be fabricated from a wide range of materials and in a wide variety of geometries. A few examples include silica and silicon microtoroids, silicon, silicon nitride, and silica microdisks, micropillars, and silica and polymer microrings.13-17 The range in quality factor (Q) varies as dramatically as the geometry. Although both geometry and high Q are important considerations in any field, in many applications, there is far greater leverage in boosting device performance through Q enhancement. Among the numerous options detailed previously, the silica microsphere and the silica microtoroid resonator have achieved some of the highest Q factors to date.1,9 Additionally, as a result of the extremely low optical loss of silica from the visible through the near-IR, both microspheres and microtoroids are able to maintain their Q factors over a wide range of testing wavelengths.18 Finally, because silica is inherently biocompatible, it is routinely used in biodetection experiments.
In addition to high material absorption, there are several other potential loss mechanisms, including surface roughness, radiation loss, and contamination loss.2 Through an optimization of the device size, it is possible to eliminate radiation losses, which arise from poor optical field confinement within the device. Similarly, by storing a device in an appropriately clean environment, contamination of the surface can be minimized. Therefore, in addition to material loss, surface scattering is the primary loss mechanism of concern.2,8
In silica devices, surface scattering is minimized by using a laser reflow technique, which melts the silica through surface tension induced reflow. While spherical optical resonators have been studied for many years, it is only with recent advances in fabrication technologies that researchers been able to fabricate high quality silica optical toroidal microresonators (Q&gt;100 million) on a silicon substrate, thus paving the way for integration with microfluidics.1
The present series of protocols details how to fabricate both silica microsphere and microtoroid resonant cavities. While silica microsphere resonant cavities are well-established, microtoroid resonant cavities were only recently invented.1 As many of the fundamental methods used to fabricate the microsphere are also used in the more complex microtoroid fabrication procedure, by including both in a single protocol it will enable researchers to more easily trouble-shoot their experiments.

We describe the use of a carbon dioxide laser reflow technique to fabricate silica resonant cavities, including free-standing microspheres and on-chip microtoroids. The reflow method removes surface imperfections, allowing long photon lifetimes within both devices. The resulting devices have ultra high quality factors, enabling applications ranging from telecommunications to biodetection.

Fabricação de Sílica Ultra microresonators alto fator de qualidade

Whispering gallery resonant cavities confine light in circular orbits at their periphery.1-2 The photon storage lifetime in the cavity, quantified by the ...

Engenharia

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

Captura óptica de nanopartículas

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Synthesis and Operation of Fluorescent-core Microcavities for Refractometric Sensing

This paper discusses fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic analysis setup. These structures are based on the formation of a fluorescent quantum-dot (QD) coating on the channel surface of a conventional microcapillary. Silicon QDs are especially attractive for this application, owing in part to their negligible toxicity compared to the II-VI and II-VI compound QDs, which are legislatively controlled substances in many countries. While the ensemble emission spectrum is broad and featureless, an Si-QD film on the channel wall of a capillary features a set of sharp, narrow peaks in the fluorescence spectrum, corresponding to the electromagnetic resonances for light trapped within the film. The peak wavelength of these resonances is sensitive to the external medium, thus permitting the device to function as a refractometric sensor in which the QDs never come into physical contact with the analyte. The experimental methods associated with the fabrication of the fluorescent-core microcapillaries are discussed in detail, as well as the analysis methods. Finally, a comparison is made between these structures and the more widely investigated liquid-core optical ring resonators, in terms of microfluidic sensing capabilities.

Fluorescent-core microcavity sensors employ a high-index quantum-dot coating in the channel of silica microcapillaries. Changes in the refractive index of fluids pumped into the capillary channel cause shifts in the microcavity fluorescence spectrum that can be used to analyze the channel medium.

Síntese e Operação de Fluorescente-core microcavidades de Sensoriamento refractométricos

This paper discusses  fluorescent core microcavity-based sensors that can operate in a microfluidic  analysis setup. These structures are based on the ...

Implementation of a Reference Interferometer for Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing its free spectral range (FSR), the module is put in parallel with a fiber taper-microcavity system and then calibrated through isolating and eliminating random shifts in the laser frequency (i.e. laser jitter noise). To realize the taper-microcavity junction and to maximize the optical power that is transferred to the resonator, a single-mode optical fiber waveguide is pulled. Solutions containing polystyrene nanobeads are then prepared and flown to the microcavity in order to demonstrate the system&#8217;s ability to sense binding to the surface of the microcavity. Data is post-processed via adaptive curve fitting, which allows for high-resolution measurements of the quality factor as well as the plotting of time-dependent parameters, such as resonant wavelength and split frequency shifts. By carefully inspecting steps in the time-domain response and shifting in the frequency-domain response, this instrument can quantify discrete binding events.

A reference interferometer technique, which is designed to remove undesirable laser jitter noise for nanodetection, is utilized for probing an ultra-high quality factor microcavity. Instructions for assembly, setup, and data acquisition are provided, alongside the measurement process for specifying the cavity quality factor.

Implementação de um interferômetro de Referência para Nanodetection

A thermally and mechanically stabilized fiber interferometer suited for examining ultra-high quality factor microcavities is fashioned. After assessing ...

Fabrication and Testing of Microfluidic Optomechanical Oscillators

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including microresonators. However, because of the increased acoustic radiative losses during direct liquid immersion of optomechanical devices, almost all published optomechanical experiments have been performed in solid phase. This paper discusses a recently introduced hollow microfluidic optomechanical resonator. Detailed methodology is provided to fabricate these ultra-high-Q microfluidic resonators, perform optomechanical testing, and measure radiation pressure-driven breathing mode and SBS-driven whispering gallery mode parametric vibrations. By confining liquids inside the capillary resonator, high mechanical- and optical- quality factors are simultaneously maintained.

Parametric optomechanical excitations have recently been experimentally demonstrated in microfluidic optomechanical resonators by means of optical radiation pressure and stimulated Brillouin scattering. This paper describes the fabrication of these microfluidic resonators along with methodologies for generating and verifying optomechanical oscillations.

Fabricação e Teste de microfluídicos optomechanical osciladores

Cavity optomechanics experiments that parametrically couple the phonon modes and photon modes have been investigated in various optical systems including ...

Attaching Biological Probes to Silica Optical Biosensors Using Silane Coupling Agents

In order to interface with biological environments, biosensor platforms, such as the popular Biacore system (based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) technique), make use of various surface modification techniques, that can, for example, prevent surface fouling, tune the hydrophobicity / hydrophilicity of the surface, adapt to a variety of electronic environments, and most frequently, induce specificity towards a target of interest.1-5 These techniques extend the functionality of otherwise highly sensitive biosensors to real-world applications in complex environments, such as blood, urine, and wastewater analysis.2,6-7 While commercial biosensing platforms, such as Biacore, have well-understood, standard techniques for performing such surface modifications, these techniques have not been translated in a standardized fashion to other label-free biosensing platforms, such as Whispering Gallery Mode (WGM) optical resonators.8-9
WGM optical resonators represent a promising technology for performing label-free detection of a wide variety of species at ultra-low concentrations.6,10-12 The high sensitivity of these platforms is a result of their unique geometric optics: WGM optical resonators confine circulating light at specific, integral resonance frequencies.13 Like the SPR platforms, the optical field is not totally confined to the sensor device, but evanesces; this "evanescent tail" can then interact with species in the surrounding environment. This interaction causes the effective refractive index of the optical field to change, resulting in a slight, but detectable, shift in the resonance frequency of the device. Because the optical field circulates, it can interact many times with the environment, resulting in an inherent amplification of the signal, and very high sensitivities to minor changes in the environment.2,14-15
To perform targeted detection in complex environments, these platforms must be paired with a probe molecule (usually one half of a binding pair, e.g. antibodies / antigens) through surface modification.2 Although WGM optical resonators can be fabricated in several geometries from a variety of material systems, the silica microsphere is the most common. These microspheres are generally fabricated on the end of an optical fiber, which provides a "stem" by which the microspheres can be handled during functionalization and detection experiments. Silica surface chemistries may be applied to attach probe molecules to their surfaces; however, traditional techniques generated for planar substrates are often not adequate for these three-dimensional structures, as any changes to the surface of the microspheres (dust, contamination, surface defects, and uneven coatings) can have severe, negative consequences on their detection capabilities. Here, we demonstrate a facile approach for the surface functionalization of silica microsphere WGM optical resonators using silane coupling agents to bridge the inorganic surface and the biological environment, by attaching biotin to the silica surface.8,16 Although we use silica microsphere WGM resonators as the sensor system in this report, the protocols are general and can be used to functionalize the surface of any silica device with biotin.

Biosensors interface with complex, biological environments and perform targeted detection by combining highly sensitive sensors with highly specific probes attached to the sensor via surface modification. Here, we demonstrate the surface functionalization of silica optical sensors with biotin using silane coupling agents to bridge the sensor and the biological environment.

Colocar Sondas Biológicas para Biossensores ópticos de sílica usando agentes de acoplamento de silano

In order to interface with biological environments, biosensor platforms, such as the popular Biacore system (based on the Surface Plasmon Resonance (SPR) ...

Bioengenharia

Fabrication and Operation of a Nano-Optical Conveyor Belt

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological and physical sciences over the past few decades. The progress made in this field invites further study of even smaller systems and at a larger scale, with tools that could be distributed more easily and made more widely available. Unfortunately, the fundamental laws of diffraction limit the minimum size of the focal spot of a laser beam, which makes particles smaller than a half-wavelength in diameter hard to trap and generally prevents an operator from discriminating between particles which are closer together than one half-wavelength. This precludes the optical manipulation of many closely-spaced nanoparticles and&#160;limits the&#160;resolution of optical-mechanical systems. Furthermore, manipulation using focused beams requires beam-forming or steering optics, which can be very bulky and expensive. To address these limitations in the system scalability of conventional optical trapping our lab has devised an alternative technique which utilizes near-field optics to move particles across a chip. Instead of focusing laser beams in the far-field, the optical near field of plasmonic resonators produces the necessary local optical intensity enhancement to overcome the restrictions of diffraction and manipulate particles at higher resolution. Closely-spaced resonators produce strong optical traps which can be addressed to mediate the hand-off of particles from one to the next in a conveyor-belt-like fashion. Here, we describe how to design and produce a conveyor belt using a gold surface patterned with plasmonic C-shaped resonators and how to operate it with polarized laser light to achieve super-resolution nanoparticle manipulation and transport. The nano-optical conveyor belt chip can be produced using lithography techniques and easily packaged and distributed.

The scalability and resolution of conventional optical manipulation techniques are limited by diffraction. We circumvent the diffraction limit and describe a method of optically transporting nanoparticles across a chip using a gold surface patterned with a path of closely spaced C-shaped plasmonic resonators.

Fabricação e operação de uma Correia Transportadora Nano-óptica

The technique of using focused laser beams to trap and exert forces on small particles has enabled many pivotal discoveries in the nanoscale biological ...

Multicolor Fluorescence Detection for Droplet Microfluidics Using Optical Fibers

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as multiplex assays, enzyme evolution, and molecular biology enhanced cell sorting require the detection of two or more colors of fluorescence. Standard multicolor detection systems that couple free space lasers to epifluorescence microscopes are bulky, expensive, and difficult to maintain. In this paper, we describe a scheme to perform multicolor detection by exciting discrete regions of a microfluidic channel with lasers coupled to optical fibers. Emitted light is collected by an optical fiber coupled to a single photodetector. Because the excitation occurs at different spatial locations, the identity of emitted light can be encoded as a temporal shift, eliminating the need for more complicated light filtering schemes. The system has been used to detect droplet populations containing four unique combinations of dyes and to detect sub-nanomolar concentrations of fluorescein.

Multicolor fluorescence detection in droplet microfluidics typically involves bulky and complex epifluorescence microscope-based detection systems. Here we describe a compact and modular multicolor detection scheme that utilizes an array of optical fibers to temporally encode multicolor data collected by a single photodetector.

Multicolor detecção de fluorescência para Gota microfluídica Utilizando Fibras Ópticas

Fluorescence assays are the most common readouts used in droplet microfluidics due to their bright signals and fast time response. Applications such as ...

Use of Dual Optical Tweezers and Microfluidics for Single-Molecule Studies

Visual biochemistry is a powerful technique for observing the stochastic properties of single enzymes or enzyme complexes that are obscured in the averaging that takes place in bulk-phase studies. To achieve visualization, dual optical tweezers, where one trap is fixed and the other is mobile, are focused into one channel of a multi-stream microfluidic chamber positioned on the stage of an inverted fluorescence microscope. The optical tweezers trap single molecules of fluorescently labeled DNA and fluid flow through the chamber and past the trapped beads, stretches the DNA to B-form (under minimal force, i.e., 0 pN) with the nucleic acid being observed as a white string against a black background. DNA molecules are moved from one stream to the next, by translating the stage perpendicular to the flow to enable the initiation of reactions in a controlled manner. To achieve success, microfluidic devices with optically clear channels are mated to glass syringes held in place in a syringe pump. Optimal results use connectors permanently bonded to the flow cell, tubing that is mechanically rigid and chemically resistant, and which is connected to switching valves that eliminate bubbles that prohibit laminar flow.

Visual, single-molecule biochemistry studied through microfluidic chambers is greatly facilitated using glass barrel, gas-tight syringes, stable connections of tubing to flow cells, and elimination of bubbles by placing switching valves between the syringes and tubing. The protocol describes dual optical traps that enable visualization of DNA transactions and intermolecular interactions.

Uso de pinças ópticas duplas e microfluídicas para estudos de molécula única

Visual biochemistry is a powerful technique for observing the stochastic properties of single enzymes or enzyme complexes that are obscured in the ...

Bioquímica

Optical Biosensing

Optical biosensors utilize light to detect the binding of a target molecule. These sensors can utilize a label molecule, which produces a measurable signal such as fluorescence,&#160;or these sensors can be label-free&#160;and use the changes in optical properties, such as refractive index, to sense for the binding of the target molecule. This video introduces both label and label-free optical biosensors, demonstrates their use in the laboratory, and shows some applications of the technology.

Types of Optical Biosensing; Surface Plasmon Resonance SPR

Optical biosensors utilize light to detect the binding of a target molecule. These sensors can utilize a label molecule, which produces a measurable signal such as fluorescence, or these sensors can be label-free&#160;and use the changes in optical properties, such as refractive index, to sense for the binding of the target molecule. This video introduces both label and label-free optical biosensors, demonstrates their use in the laboratory, and shows some applications of the technology.

Biossensor óptico

Optical biosensors utilize light to detect the binding of a target molecule. These sensors can utilize a label molecule, which produces a measurable ...