Optik tuzaklama düzeneğine hassas konum belirleme ünitesi entegrasyonu ve düzenek otomasyonu

Abstract

Optik tuzaklama, 1986 yılında Arthur Ashkin ve meslektaşları tarafından; şiddet gradyentine sahip tek bir lazer ışınının yüksek nümerik açıklıklı mikroskop objektifi tarafından odaklandıktan sonra odak düzlemi civarındaki mikroskobik parçacıkları tuzaklaması sonucu keşfedildi. Optik tuzaklama düzeneği kullanılarak, pikonewton hassasiyetinde kuvvet ve nanometre hassasiyetinde yer değiştirme ölçümleri yapmak mümkündür. Sahip olduğu kuvvet ve konum hassasiyeti sayesinde optik tuzaklama tekniği tek moleküllerin mekanik özelliklerinin araştırmaları için vazgeçilmez bir teknik haline gelmiştir. Optik tuzaklama ile moleküler manipülasyonu gerçekleştirmek üzere incelenmek istenen moleküller, özellikleri uygun şekilde seçilmiş olan ve çapları mikrometreler mertebesindeki mikroskobik boncuklara biyokimyasal yöntemlerle bağlanırlar. Mikroskobik boncuklar tuzaklanarak üzerlerine etkiyen tuzaklama kuvvetini (mekanik uyarı) bağlandıkları moleküle iletirler. Tuzaklanmış bir mikroskobik boncuk üzerine etkiyen tuzaklama kuvvetine ilaveten içinde bulunduğu sulu ortam molekülleri ile termal etkileşmesinden dolayı maruz kaldığı Brownian hareketi nedeniyle konumundaki çok küçük sapmalar, boncuktan saçılan ışının fotodedektör üzerine düşürülmesiyle ölçülebilir. Böylece elde edilen konum değişimi verisi aracılığıyla güç spektrumu elde edilerek kuvvet kalibrasyonu yapılır. Bu tez çalışmasıyla, kurulumu gerçekleştirilmiş olan kararlı bir optik tuzaklama düzeneğine hassas konum belirleme ünitesinin entegrasyonu yapılmıştır. Tuzaklanmış parçacığın konum verisi, parçacıktan saçılan lazer ışınlarının kuadrant fotodiyot üzerine düşürülmesiyle elde edilir. LabVIEW ile yazılan bir otomasyon programı sayesinde kuadrant fotodiyot kontrolörü ile toplanan veriler eş zamanlı olarak bilgisayara aktarılarak istenen formatta depolanır. Böylece tuzaklanmış parçacığın anlık konum bilgisi elde edilirken bu bilgiden faydalanarak tuzak karakterizasyonunu yapmak da mümkündür.

Optical trapping is the trapping of microscopic particles on the focal plane of a high numerical aperture objective by using a single laser beam with intensity gradient, and it was discovered by Arthur Ashkin and his colleagues in 1986. It is possible to do force measurements in piconewton accuracy and position measurements in nanometer accuracy by using optical trapping setup. Because of the force and position resolution of the optical trapping technique, this technique has become an indispensable tool for the investigation of mechanical properties of single molecules. To conduct molecular manipulation by using optical trapping, the molecules under investigation are attached to suitably chosen microscopic beads, with diameter in micrometer dimension, using biochemical protocols. Microscopic beads are trapped and the trapping force (mechanical stimulus) acting on the beads is conveyed to the attached molecules. Small displacements of a trapped microscopic bead due to the trapping force and the Brownian motion, which is caused by thermal interaction of the bead with medium molecules, can be measured by detecting the scattered light on a photodiode. Thus, the force calibration is done using the power spectrum obtained by the acquired position data. In this thesis study, the integration of a sensitive position detection unit in a stable optical trap setup is carried out. The position data of the trapped particle is obtained by means of the detection of the scattered light from the particle using a quadrant photodiode. An automation program written in LabVIEW is used to transfer and store data, collected by quadrant photodiode controller, in a computer. Hence the instant position data of the trapped particle is obtained, and by using this data it is possible to do the trap characterization.