20.309: Biological Instrumentation and Measurement Laboratory Fall 2006 Module 4: Optical Trapping Contents 1 Objectives and Learning Goals 2 2 Roadmap 2 3 The Optical Trapping System 2 3.1 Background and theory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 3.2 Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.2.1 Laser radiation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.2.2 Biological materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.2.3 Operating precautions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.3 System overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3.4 Power-on and shutdown . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3.5 Sample cells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3.5.1 Slide loading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.5.2 Unloading and clean-up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.6 Quantitative measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.6.1 Position detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.6.2 Force calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 3.7 Laser power adjustment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 Experiment 1: Calibration 7 4.1 Position . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4.1.1 Sample Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4.1.2 Voltage vs. position calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 4.1.3 Data Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4.2 Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 4.2.1 Method 1: equipartition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4.2.2 Method 2: noise PSD roll-off . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4.2.3 Method 3: stokes drag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4.2.4 Data Collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 4.2.5 Data analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 5 Experiment 2: The E. coli Flagellar Motor 11 5.1 Background . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.2 Sample preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.3 Data collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 6 Report Requirements 12 6.1 Calibrations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 6.2 The E. coli fagellar motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 120.309: Biological Instrumentation and Measurement Laboratory Fall 2006 …