Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Optical tweezer system with no fluorescent confocal microscope for trapping colloidal nanoparticles 

1Nuansri R., 1Buranasiri P., 1,2Limsuwan P. and 3Ou-Yang H.D.

1Department of Physics, Faculty of Science, King Mongkut’s Institute of Technology Ladkrabang, Bangkok 10520, Thailand
2Department of Physics, Faculty of Science, King Mongkut’s University of Technology Thonburi, Bangkok 10140, Thailand
3Department of Physics, Lehigh University, Bethlehem, Pennsylvania 18015, USA

Download this article

Abstract. We describe two optical tweezer systems for the studies of laser trapping of fluorescent colloidal nanoparticles (NPs). The first one, conventional optical tweezer system widely used in laser trapping, requires a fluorescent confocal microscope for observing trapped NPs. The second system, with no microscope, is presented for the first time in this work. The quantity of trapped NPs for this system is estimated from the transmitted laser light intensity that passes through the fluorescent colloidal NPs. Then the transmitted laser light is converted into the voltage signal and measured by an oscilloscope. A small capillary tube to be filled by the colloidal NPs is developed and used in the second system. This tube can be used with light-sensitive cameras for which a danger of damaging by high light intensities exists. Finally, we show that the results obtained using the both tweezer systems are in good agreement.

Keywords: optical tweezers, laser trapping, fluorescent particles, pluronic polymers

PACS: 42.66.-V 
UDC: 535.214
Ukr. J. Phys. Opt. 19: 150-158
Received: 28.05.2018
doi: 10.3116/16091833/19/3/150/2018

Анотація. Описано дві системи оптичного пінцета для вивчення лазерного захоплення флуоресцентних колоїдних наночастинок (НЧ). Перша або звичайна система оптичного пінцета, яку широко застосовують для лазерного захоплення, вимагає флуоресцентного конфокального мікроскопа для спостереження захоплених НЧ. Другу систему без мікроскопа вперше представлено в цій роботі. Кількість захоплених НЧ для цієї системи оцінено з інтенсивності лазерного світла, яке проходить крізь флуоресцентні колоїдні НП. Далі пройдене лазерне світло перетворюється на сигнал напруги і вимірюється осцилографом. Для другої системи розроблено та використано невелику капілярну трубку, наповнену колоїдними НЧ. Цю трубку можна використовувати разом зі світлочутливими камерами, для яких є загроза пошкодження через високу інтенсивність світла. Нарешті, продемонстровано добре узгодження результатів, одержаних за допомогою обох систем пінцета.
REFERENCES
  1. Son M, Choi S, Ko H K, Kim H M, Lee S-Y, Key J, Yoon Y-R, Park I S and Lee S W, 2016. Characterization of the stiffness of multiple particles trapped by dielectrophoretic tweezers in a microfluidic device. Langmuir. 32: 922–927.doi:10.1021/acs.langmuir.5b03677
  2. Yu Y, Qiu W, Chiu B and Sun L, 2015. Feasibility of multiple micro-particle trapping – simulation study. Sensors. 15: 4958–4974. doi:10.3390/s150304958 
  3. Yan J, Skoko D and Marko J. F, 2004. Near-field magnetic tweezer manipulation of single DNA molecules. Phys. Rev. E. 70: 011905. doi:10.1103/physreve.70.011905 
  4. Zhou Y, Basu S, Wohlfahrt K J, Lee S F, Klenerman D, Laue E D and Seshia A A, 2016. A microfluidic platform for trapping, releasing and super-resolution imaging of single cells. Sensors Actuators B: Chem. 232: 680–691. doi:10.1016/j.snb.2016.03.131 
  5. Ashkin A, Dziedzic J M, Bjorkholm J E and Chu S, 1986. Observation of a single-beam gradient force optical trap for dielectric particles. Opt. Lett. 11: 288–290. doi:10.1364/ol.11.000288 
  6. Ashkin A, 1970. Acceleration and trapping of particles by radiation pressure. Phys. Rev. Lett. 24: 156–159. doi:10.1103/physrevlett.24.156 
  7. Wei M-T and Chiou A, 2005. Three-dimentional tracking of Brownian motion of a particle trapped  in optical tweezers with a pair of orthogonal tracking beam and the determination of the associated  optical force constants. Opt. Express. 13: 5798–5806. doi:10.1364/opex.13.005798 
  8. Junio J, Ng J, Cohen J A, Lin Z F, and Ou-Yang H D, 2011. Ensemble method to measure the potential energy of nanoparticles in an optical trap. Opt. Lett. 36: 1497–1499. doi:10.1364/ol.36.001497 
  9. Fu J, Zhan Q, Lim M Y, Li Z and Ou-Yang H D, 2013. Potential energy profile of colloidal nanoparticles in optical confinement. Opt. Lett. 38: 3995–3998. doi:10.1364/ol.38.003995 
  10. Ling L, Huang L, Fu J, Guo H, Li J, Ou-Yang H D and Li Z-Y, 2013. The properties of gold nanospheres studied with dark field optical trapping. Opt. Express. 21: 6618–6624. doi:10.1364/oe.21.006618 
  11. Junio J, Park S, Kim M-W and Ou-Yang H D, 2010. Optical bottles: A quantitative analysis of optically confined nanoparticle ensembles in suspension. Solid State Commun. 150: 1003–1008. doi:10.1016/j.ssc.2010.01.018 
  12. Junio J, Cohen J A and Ou-Yang H D, 2016. Osmotic bulk modulus of charged colloids measured  by ensemble optical trapping. J. Phys. Chem. B. 120: 9187–9194. doi:10.1021/acs.jpcb.6b05608 
  13. Berns M W, Wright W H, Tromberg B J, Profeta G A, Andrews J J and Walter R J, 1989. Use of a laser-induced optical force trap to study chromosome movement on the mitotic spindle. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 86: 4539–4543. doi:10.1073/pnas.86.12.4539 
  14. Zhong M.-C, Wei X.-B, Zhou J.-H., Wang Z.-Q and Li Y.-M, 2013. Trapping red blood cells in living animals using optical tweezers. Nature Commun. 1768: 1–7. doi:10.1038/ncomms2786 
  15. Croker J C and Grier D G, 1994. Microscopic measurement of the pair interaction potential of charge-stabilized colloid. Phys. Rev. Lett. 73: 352–355.  doi:10.1103/physrevlett.73.352 
  16. Mellor C D, Sharp M A, Bain C D and Ward A D, 2005. Probing interactions between colloidal particles with oscillating optical tweezers. J. Appl. Phys. 97: 103114. doi:10.1063/1.1900933 
  17. Li J-T, Caldwell K D and Rapoport N, 1994. Surface properties of pluronic-coated polymeric colloids. Langmuir. 10: 4475–4482. doi:10.1021/la00024a016 
  18. Kim S Y and Zukoski C F, 2011. Role of polymer segment-Particle Surface Interactions in Controlling Nanoparticle Dispersions in Concentrated Polymer Solutions. Langmuir. 27: 10455–10463. doi:10.1021/la201704u 
  19. Ashkin A, 1992. Forces of a single-beam gradient laser trap on a dielectric sphere in the ray optics regime. Biophys. J. 61: 569–582. doi:10.1016/s0006-3495(92)81860-x 
  20. Harada Y and Asakura T, 1996. Radiation forces on a dielectric sphere in the Rayleigh scattering regime. Opt. Commun. 124: 529–541. doi:10.1016/0030-4018(95)00753-9 
  21. Fu J and Ou-Yang H D, 2014. Einstein’s osmotic equilibrium of colloidal suspensions in conservative force fields. Proc. SPIE. 9164: 91641V. doi:10.1117/12.2062169 
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics