NanoTracker 2

Avec le NanoTracker 2, l'utilisateur peut piéger et suivre des particules de plusieurs µm jusqu'à 30 nm avec la possibilité de contrôler, manipuler et observer les échantillons en temps réel avec une précision nanométrique et une résolution femtoNewton.

La technologie NanoTracker fournit des mesures précises, quantifiables et reproductibles concernant les interactions entre les particules et les cellules. Le système fournit des informations précises sur la mécanique des molécules uniques et peut également être utilisé pour déterminer les caractéristiques mécaniques telles que l'adhésion, l'élasticité ou la rigidité de celles-ci.
 

La vidéo illustre la combinaison de la microscopie confocale à balayage et de la manipulation optique des particules.

Le nouveau système est conçu pour détecter les forces les plus faibles et manipuler les particules ou les molécules avec la plus grande précision. Une stabilisation spéciale du laser et une nouvelle électronique de détection dans la tête permettent d'obtenir des niveaux de bruit très faibles. De plus, la conception compacte et repliée du trajet du faisceau laser rend le système insensible à la dérive.

Grâce à des configurations à deux ou plusieurs faisceaux et à des solutions combinées pour le positionnement grossier ou très précis des échantillons, l'utilisateur bénéficie d'une grande flexibilité. Plusieurs options de guidage du faisceau, y compris la nouvelle conception des miroirs piézoélectriques à point de pivot et les déflecteurs acousto-optiques rapides (AOD), répondent parfaitement aux exigences de toute application.

Outre le contrôle étendu du positionnement de l'échantillon, qui comprend une option de platine piézoélectrique personnalisée en boucle fermée, les pièges peuvent être dirigés individuellement en 3D à travers l'échantillon. De plus, la puissance du laser peut être contrôlée indépendamment pour les deux pièges. Cette liberté est nécessaire pour permettre une large gamme de tests expérimentaux et de géométries.

Les deux pièges sont disponibles à tout moment et sont générés à partir d'une seule source laser par fractionnement de la polarisation. Cela rend le système ultra-stable face à la dérive.

La nouvelle unité de détection par interférométrie plane rétrofocale du NanoTracker 2 est équipée de détecteurs individuels pour chaque piège, avec des diodes distinctes pour les déplacements latéraux (XY) et axiaux (Z) de la bille piégée.

Cette approche de détection, combinée à des filtres de graduation contrôlés par le logiciel, permet d'utiliser toute la gamme dynamique des détecteurs et d'obtenir la plus grande sensibilité possible pour tous les types de billes, les intensités laser et les rapports de division des pièges sélectionnés.

Pour obtenir des mesures de force exactes, il est important de calibrer précisément les pièges, de réduire le bruit de position et d'obtenir un profil de rigidité des pièges plat sur un large champ de vision. La nouvelle procédure d'étalonnage des pièges, précise et flexible, ne dépend pas de la taille des billes ni de la viscosité du milieu. La diaphonie entre les signaux des pièges dans la détection est considérablement réduite.

• Élasticité intramoléculaire et dynamique de repliement des protéines
• Suivi des protéines motrices
• Mécanique de l'ADN/ARN
• Liaison protéine-ADN
• Nanopores et réseaux polymères 3D

• Organisation des membranes ( ex. : radeaux lipidiques)
• Processus transmembranaires
• Forces intracellulaires
• Expériences récepteurs-ligands
• Mécanique cellulaire et motilité cellulaire
• Dynamique des membranes d'ancrage
• Micro-rhéologie des cellules et des gels

• Suivi des forces d'interaction et d'échappement des agents pathogènes et des hôtes
• Forces d'adhésion des bactéries et des virus
• Administration locale de gènes ou de médicaments
• Études des mécanismes d'entrée
• Études sur la nanotoxicité et l'endocytose

• Géométries complexes de pièges optiques
• Guidage optique et construction de cristaux artificiels
• Amélioration du champ local et applications Raman/SERS
• Suivi du mouvement brownien, Microscopie à force photonique (MFP)
• Sondage de la force des colloïdes et des maillages de polymères
• Suivi de particules vidéo et spectroscopie optique

Precise Trap Calibration

Accurate force measurements require precise trap calibration.

NanoTracker 2 delivers:

• One-click trap calibration
• Lowest position noise and consistent trap stiffness over a large field of view

Cutting-Edge Electronics

At the center of the NanoTracker 2’s stability, nanometer-precise position accuracy, and lowest noise levels is the high-performance electronics control unit.

External equipment, such as advanced cameras, spectrometers, and detectors (e.g., PMTs or APDs), can be integrated or triggered using TTL signals.

The high-bandwidth controller ensures real-time data acquisition, feedback, and response - essential for force clamp experiments and sensitive control of particle motion.

Intuitive Software

The straightforward, flexible, and userfriendly software of the NanoTracker 2 provides:

• Fast, intuitive control of all motorized components, e.g., objectives, sample stage, and syringe pumps
• Scriptable software interface for automated experiment workflows. Suitable for beginners and experienced users alike
• Powerful DataProcessing software with models for single-molecule force spectroscopy (worm-like chain, freely jointed chain, etc.) and stepfitting routines
  
  
  

Safe by Design

NanoTracker 2 is a certified Class 1 laser  product and suitable for multidisciplinary environments. A designated laser laboratory is not required.

• No specific laser safety training necessary
• Suitable for biological experiments: All components are protected from liquids

A wide range of add-ons, accessories, experimental modes, and features greatly extend the scope of applications possible. These include:

Point and Trap functionality:
a “live” optical image is seamlessly integrated for easy control of trap positions

Absolute Force Spectroscopy:
performs force-distance experiments by moving the trap or sample at user specified speed and direction

Ramp Designer:
for customized force spectroscopy experiments, such as force ramp and force clamp

CalibrationManager:
one-click calibration of trap stiffness and position detection system

ExperimentPlanner module:
easy design of customized experiment routines and automation scripts

Precise calibration of optical image:
enables highly precise positioning of trap

LaminarFlowCell (LFC) for Single-Molecule Applications

The multichannel LFC is a coverslip-based fluid cell with laminar flow perfusion capabilities. It is ideal for multi-component samples or multistep experiments. Features include:

• Up to five separate input channels, one output channel, and variable channel heights
• Software-controlled syringe pumps for automated fluid flow and exchange
• Sample heating up to 45 °C

Combination with AFM (OT-AFM)

NanoTracker 2 can be seamlessly combined with Bruker’s NanoWizard AFM platform via the OT-AFM ConnectorStage.

This setup combines the 3D positioning and manipulation capabilities of optical tweezers with the high-resolution imaging, force detection, and surface property characterization capabilities of AFM, opening an entirely new spectrum of applications:

• Enables the measurement of forces in the range of 500 fN to 1mN on the same sample
• Combine OT-AFM with optical techniques, such as TIRF and confocal microcopy, for comprehensive samples analyses

Live Cell Applications

Advanced environmental control options allow the investigation of living cells under near-physiological conditions:

• Study the mechanisms of infection, immune response, and bacterial/virus/nanoparticle uptake processes. Quantify bacteria-cell or virus-cell adhesion and interaction forces
• Perform membrane tether pulling and cell indentation experiments
• Quantify the mechanical properties of living cells, their adhesion forces, and dynamic mechanisms
• Investigate protein-ligand binding events
• Trigger cellular response using functionalized particles or modified micro-organisms
• Study cell-cell, cell-surface, or cell-matrix interactions

Cell Manipulation

As well as applying and measuring forces, NanoTracker 2 can be used to manipulate cells directly with optical traps:

• Sort, deform, relocate, or stretch cells
• Manipulate particles or organelles inside living cells

Microrheology Applications

NanoTracker 2 enables the investigation of the microrheological properties of a broad range of samples, such as cells, soft matter, or gels.

• Quantify the viscoelastic and mechanical behavior of soft materials, biological matter, and emulsions
• Perform non-destructive, highly sensitive measurements in delicate systems
• Collection of bead movement spectra at up to 7.5 MHz
• High power laser option (up to 10W) for advanced viscoelastic measurements in highly viscous environments

Single-Molecule Mechanics

The high spatial, temporal, and force resolutions of NanoTracker 2 provide the precision and stability necessary to investigate single-molecule mechanics and intramolecular forces.

Perform manipulation experiments at sub-nm, sub-pN, and μs resolution, while executing reproducible, standardized experiments.

3D Tracking

Passive and active 3D tracking (also called force- or position-clamping) are two of the main tools used to investigate processivity and force generation in motor proteins, cell membrane trafficking, binding events, and DNA-polymerase interactions.

The force-clamping feature of NanoTracker 2 applies a force to the sample that is kept constant via the feedback system. This allows researchers to study the response of a molecule to a specific force - useful in the investigation of unfolding or refolding events.

• Mesures de force 3D avec une sensibilité de l'ordre de la femto-Newton et une précision inférieure au nanomètre
• Stabilité maximale et niveau de bruit le plus faible pour les mesures les plus précises
• Imagerie de fluorescence simultanée
• Logiciel de contrôle et d'analyse des données puissant et flexible
• Laser certifié classe 1
• Conception flexible et modulaire pour des applications allant des molécules uniques jusqu'aux cellules vivantes

Les BioAFM de Bruker permettent aux chercheurs en sciences de la vie et en biophysique d'approfondir leurs recherches dans les domaines de la mécanique et de l'adhésion cellulaire, de la mécanobiologie, des interactions cellule-cellule et cellule-surface, de la dynamique cellulaire et de la morphologie cellulaire. Nous avons rassemblé une galerie d'images démontrant quelques-unes de ces applications.

Modes de fonctionnement de l'instrument

• Suivi des particules en 3D
• Point and Trap pour un positionnement facile du piège
• Calibrage en ligne basé sur le spectre de puissance
• Spectroscopie de force avancée incluant la pince de force et la rampe de force avec le nouveau JPK RampDesigner.
• Cartographie de force active et passive
• Mode micro-rhéologie
• Tri optique
• Oscillation du piège
• Multiplexage pour réseaux de pièges 3D
• Pièges linéaires et circulaires
• Contrôle microfluidique
• Nanoassemblage
• Empilage optique en z

Modes de microscopie optique avancés

• Éclairage en fond clair en transmission (standard)
• Contraste d'interférence différentiel (DIC) en transmission (standard)
• Microscopie à épi-fluorescence (standard)
• Spectroscopie Raman
• Microscopie TIRF
• Microscopie confocale
• Microscopie FRET et plus encore

Systèmes/accessoires optiques, solutions d'électrochimie, caractérisation électrique des échantillons, options de contrôle environnemental, modules logiciels, contrôle de la température, solutions d'isolation acoustique et vibratoire, etc. Bruker vous fournit les bons accessoires pour contrôler les conditions de vos échantillons et réaliser des expériences réussies.