Toward Automated Formation of Composite Micro-Structures Using Holographic Optical Tweezers

要約

ホログラフィック光ピンセット (HOT) は、マイクロおよびナノスケールのオブジェクトを高精度かつ正確に操作できる強力なツールです。
これらは、細胞研究などの生物学的用途に最も一般的に使用され、最近では微細構造アセンブリにも使用されています。
人間による実験は時間がかかり、熟練したオペレーターが必要なため、自動化は HOT 分野で大きな関心を集めています。
しかし、自動化された HOT では、通常、流体媒体内の特定のスポットに高強度のレーザー光を集中させて微小物体を引きつけて移動させるポイント トラップが使用されます。
この論文では、多重光トラップを使用して複数の微小物体をより効率的にピンセットする新しい自動システムを開発します。
多重化トラップにより、環状リングやラインパターンなど、さまざまな交互の多重化構成で複数のビーズを同時にトラップすることができます。
当社の自動化システムは、リアルタイムのビーズ検出と追跡、および波面ベースの経路計画を備えた市販の HOT の機能を強化することによって実現されます。
障害物が多い環境で環状トラップと線状トラップの両方を使用して、5 $\μ m$ ポリスチレンビーズで構成される 2 つの異なる複合微細構造を組み立てることにより、システムの有用性を実証します。

要約(オリジナル)

Holographic Optical Tweezers (HOT) are powerful tools that can manipulate micro and nano-scale objects with high accuracy and precision. They are most commonly used for biological applications, such as cellular studies, and more recently, micro-structure assemblies. Automation has been of significant interest in the HOT field, since human-run experiments are time-consuming and require skilled operator(s). Automated HOTs, however, commonly use point traps, which focus high intensity laser light at specific spots in fluid media to attract and move micro-objects. In this paper, we develop a novel automated system of tweezing multiple micro-objects more efficiently using multiplexed optical traps. Multiplexed traps enable the simultaneous trapping of multiple beads in various alternate multiplexing formations, such as annular rings and line patterns. Our automated system is realized by augmenting the capabilities of a commercially available HOT with real-time bead detection and tracking, and wavefront-based path planning. We demonstrate the usefulness of the system by assembling two different composite micro-structures, comprising 5 $\mu m$ polystyrene beads, using both annular and line shaped traps in obstacle-rich environments.

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