Custom designed optical tweezer for trapping yeast cells

Abstract

Bu çalışmanın amacı maya hücrelerini yakalamak için iki adet birbirine paralel He- Ne lazer (λ=632.8 nm) kullanan özel yapım optik cımbız geliştirmektir. Bu optik cımbızın karakteristik özellikleri su içerisindeki polisitiren küreciklerinin Brownian hareketleriyle belirlenmiştir. Optik cımbızın sertliği ve yakalama kuvvetleri lazer 1, lazer 2 ve her iki lazerin aynı anda kullanıldığı zaman için hesaplanmıştır. Lazer 2 parçacıkları yakalayıp lazer 1'e taşıyabilmektedir ve birden fazla parçacık lazer 2 tarafından yakalanabilmektedir. Optik cımbızın özellikleri tanımlandıktan sonra yoğurt kültürü içindeki maya hücreleri lazer 1 ve lazer 2 tarafından yakalanmıştır. Optik cımbızın sertliği ve maya hücreleri üzerindeki yakalama kuvveti ortamın homojen ve viskozitesinin 0.038 kg/ms olduğunu kabul ederek Brownian hareketi ve sürüklenme kuvveti methodlarıyla belirlenmiştir. Viskozite konsantrasyona ve yüzeye bağlı olarak değişmektedir. Deneylerde kullanılan yoğurt kültürünün viskozitesi akışkanın hızına ve optik cımbızın özelliklerine göre teorik olarak hesaplanmıştır. Hücre içinde uygulanma ihtimali için hücre sitoplazmasının viskozitesi kullanılarak teorik olarak çalışılmıştır. Bu çalışmanın sonucu olarak; bu 2 adet He-Ne lazer kullanan özel yapım optik cımbız; hücre içinde, viskozite ölçümleri ve ilaç taşınımı gibi fen bilimleri uygulamalarında kullanılabilmektedir.

The goal of this study is developing custom designed optical tweezer which uses two He-Ne lasers (λ=632.8 nm) parallel to each other to trap yeast cells. The characteristic specs of this optical tweezer determined by Brownian Motion of polystyrene beads in water. Stiffness and trapping forces of optical tweezer calculated for laser 1, laser 2 and when both lasers used simultaneously. Laser 2 can trap and move particle to laser 1 and multiple particles can be trapped by the laser 1. After determination of specs of optical tweezer, yeast cells in yogurt culture medium were trapped by laser 1 and laser 2. Stiffness of optical tweezer and trapping force on yeast cells were determined by drag force and Brownian motion methods by assuming the medium was homogenous and had viscosity of 0.038 kg/ms. Viscosity depends on the concentration of fluid and surface. Viscosity of the yogurt culture medium which was used in experiments was calculated theoretically with respect to velocity of fluid and specs of optical tweezer calculated previously. Possibility of application inside yeast cells was studied theoretically by using viscosity of cytoplasmic medium. As a result of this study, this custom designed optical tweezer which uses two He-Ne lasers are applicable in life sciences like inside cells, viscosity measurements and drug delivery systems.