Abstract

We demonstrate the application of the generalized phase-contrast (GPC) method to the implementation of a multiple-beam optical tweezer system. Experimental results show the generation of four optical tweezers from a fixed phase mask in conjunction with a GPC system to trap and hold 1µm-sized polystyrene beads in solution.

© 2002 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. A. Ashkin, J. M. Dziedic, J. E. Bjorkholm, and S. Chu, Opt. Lett. 11, 288 (1986).
    [CrossRef]
  2. K. Svoboda and S. M. Block, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247 (1994).
    [CrossRef]
  3. K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
    [CrossRef]
  4. R. E. Holmlin, M. Schiavoni, C. Y. Chen, S. P. Smith, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 3503 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  5. M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
    [CrossRef]
  6. E. Fällman and O. Axner, Appl. Opt. 36, 2107 (1997).
    [CrossRef]
  7. K. Sasaki, M. Koshioka, H. Misawa, N. Kitamura, and H. Masuhara, Opt. Lett. 16, 1463 (1991).
    [CrossRef] [PubMed]
  8. C. Mio, T. Gong, A. Terray, and D. W. M. Marr, Rev. Sci. Instrum. 71, 2196 (2000).
    [CrossRef]
  9. H. He, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 42, 217 (1995).
    [CrossRef]
  10. K. T. Gahagan and G. A. Swartzlander, J. Opt. Soc. Am. B 16, 533 (1999).
    [CrossRef]
  11. L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Artl, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
    [PubMed]
  12. E. R. Dufresne and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 69, 1974 (1998).
  13. E. R. Dufresne, G. C. Spalding, M. T. Dearing, S. A. Sheets, and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 72, 1810 (2001).
  14. Y. Hayasaki, M. Itoh, T. Yatagai, and N. Nishida, Opt. Rev. 6, 24 (1999).
  15. M. Reicherter, T. Haist, E. U. Wagemann, and H. J. Tiziani, Opt. Lett. 24, 608 (1999).
  16. J. Liesener, M. Reicherter, T. Haist, and H. J. Tiziani, Opt. Commun. 185, 77 (2000).
  17. J. Glückstad, “Phase contrast imaging,” U.S. patent6,011,874 (January4, 2000).
  18. J. Glückstad and P. C. Mogensen, Appl. Opt. 40, 268 (2001).
  19. J. Glückstad and P. C. Mogensen, Opt. Commun. 173, 169 (2000).
  20. P. C. Mogensen and J. Glückstad, Opt. Commun. 175, 75 (2000).

2001 (4)

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Artl, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[PubMed]

E. R. Dufresne, G. C. Spalding, M. T. Dearing, S. A. Sheets, and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 72, 1810 (2001).

J. Glückstad and P. C. Mogensen, Appl. Opt. 40, 268 (2001).

2000 (6)

C. Mio, T. Gong, A. Terray, and D. W. M. Marr, Rev. Sci. Instrum. 71, 2196 (2000).
[CrossRef]

K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
[CrossRef]

R. E. Holmlin, M. Schiavoni, C. Y. Chen, S. P. Smith, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 3503 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

J. Liesener, M. Reicherter, T. Haist, and H. J. Tiziani, Opt. Commun. 185, 77 (2000).

J. Glückstad and P. C. Mogensen, Opt. Commun. 173, 169 (2000).

P. C. Mogensen and J. Glückstad, Opt. Commun. 175, 75 (2000).

1999 (3)

1998 (1)

E. R. Dufresne and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 69, 1974 (1998).

1997 (1)

1995 (1)

H. He, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 42, 217 (1995).
[CrossRef]

1994 (1)

K. Svoboda and S. M. Block, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247 (1994).
[CrossRef]

1991 (1)

1986 (1)

Artl, J.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Artl, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[PubMed]

Ashkin, A.

Ata, E.

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

Axner, O.

Bjorkholm, J. E.

Block, S. M.

K. Svoboda and S. M. Block, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247 (1994).
[CrossRef]

Bryant, P. E.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Artl, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[PubMed]

Chen, C. Y.

R. E. Holmlin, M. Schiavoni, C. Y. Chen, S. P. Smith, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 3503 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Chu, S.

Dearing, M. T.

E. R. Dufresne, G. C. Spalding, M. T. Dearing, S. A. Sheets, and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 72, 1810 (2001).

Dholakia, K.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Artl, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[PubMed]

Dufresne, E. R.

E. R. Dufresne, G. C. Spalding, M. T. Dearing, S. A. Sheets, and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 72, 1810 (2001).

E. R. Dufresne and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 69, 1974 (1998).

Dziedic, J. M.

Esener, S.

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

Fällman, E.

Gahagan, K. T.

Glückstad, J.

J. Glückstad and P. C. Mogensen, Appl. Opt. 40, 268 (2001).

J. Glückstad and P. C. Mogensen, Opt. Commun. 173, 169 (2000).

P. C. Mogensen and J. Glückstad, Opt. Commun. 175, 75 (2000).

J. Glückstad, “Phase contrast imaging,” U.S. patent6,011,874 (January4, 2000).

Gong, T.

C. Mio, T. Gong, A. Terray, and D. W. M. Marr, Rev. Sci. Instrum. 71, 2196 (2000).
[CrossRef]

Greulich, K. O.

K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
[CrossRef]

Grier, D. G.

E. R. Dufresne, G. C. Spalding, M. T. Dearing, S. A. Sheets, and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 72, 1810 (2001).

E. R. Dufresne and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 69, 1974 (1998).

Haist, T.

J. Liesener, M. Reicherter, T. Haist, and H. J. Tiziani, Opt. Commun. 185, 77 (2000).

M. Reicherter, T. Haist, E. U. Wagemann, and H. J. Tiziani, Opt. Lett. 24, 608 (1999).

Hayasaki, Y.

Y. Hayasaki, M. Itoh, T. Yatagai, and N. Nishida, Opt. Rev. 6, 24 (1999).

He, H.

H. He, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 42, 217 (1995).
[CrossRef]

Heckenberg, N. R.

H. He, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 42, 217 (1995).
[CrossRef]

Hoffmann, A.

K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
[CrossRef]

Holmlin, R. E.

R. E. Holmlin, M. Schiavoni, C. Y. Chen, S. P. Smith, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 3503 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Horste, G. M. Z.

K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
[CrossRef]

Itoh, M.

Y. Hayasaki, M. Itoh, T. Yatagai, and N. Nishida, Opt. Rev. 6, 24 (1999).

Kibar, O.

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

Kitamura, N.

Koshioka, M.

Liesener, J.

J. Liesener, M. Reicherter, T. Haist, and H. J. Tiziani, Opt. Commun. 185, 77 (2000).

MacDonald, M. P.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Artl, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[PubMed]

Marr, D. W. M.

C. Mio, T. Gong, A. Terray, and D. W. M. Marr, Rev. Sci. Instrum. 71, 2196 (2000).
[CrossRef]

Masuhara, H.

Mio, C.

C. Mio, T. Gong, A. Terray, and D. W. M. Marr, Rev. Sci. Instrum. 71, 2196 (2000).
[CrossRef]

Misawa, H.

Mogensen, P. C.

J. Glückstad and P. C. Mogensen, Appl. Opt. 40, 268 (2001).

J. Glückstad and P. C. Mogensen, Opt. Commun. 173, 169 (2000).

P. C. Mogensen and J. Glückstad, Opt. Commun. 175, 75 (2000).

Monajembashi, S.

K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
[CrossRef]

Nishida, N.

Y. Hayasaki, M. Itoh, T. Yatagai, and N. Nishida, Opt. Rev. 6, 24 (1999).

Ozkan, C.

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

Ozkan, M.

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

Paterson, L.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Artl, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[PubMed]

Pilarczyk, G.

K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
[CrossRef]

Prentiss, M. G.

R. E. Holmlin, M. Schiavoni, C. Y. Chen, S. P. Smith, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 3503 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Reicherter, M.

J. Liesener, M. Reicherter, T. Haist, and H. J. Tiziani, Opt. Commun. 185, 77 (2000).

M. Reicherter, T. Haist, E. U. Wagemann, and H. J. Tiziani, Opt. Lett. 24, 608 (1999).

Rubinsztein-Dunlop, H.

H. He, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 42, 217 (1995).
[CrossRef]

Sanchez, M.

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

Sasaki, K.

Schafer, B.

K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
[CrossRef]

Schiavoni, M.

R. E. Holmlin, M. Schiavoni, C. Y. Chen, S. P. Smith, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 3503 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Sheets, S. A.

E. R. Dufresne, G. C. Spalding, M. T. Dearing, S. A. Sheets, and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 72, 1810 (2001).

Sibbett, W.

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Artl, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[PubMed]

Smith, S. P.

R. E. Holmlin, M. Schiavoni, C. Y. Chen, S. P. Smith, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 3503 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Spalding, G. C.

E. R. Dufresne, G. C. Spalding, M. T. Dearing, S. A. Sheets, and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 72, 1810 (2001).

Svoboda, K.

K. Svoboda and S. M. Block, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247 (1994).
[CrossRef]

Swartzlander, G. A.

Terray, A.

C. Mio, T. Gong, A. Terray, and D. W. M. Marr, Rev. Sci. Instrum. 71, 2196 (2000).
[CrossRef]

Tiziani, H. J.

J. Liesener, M. Reicherter, T. Haist, and H. J. Tiziani, Opt. Commun. 185, 77 (2000).

M. Reicherter, T. Haist, E. U. Wagemann, and H. J. Tiziani, Opt. Lett. 24, 608 (1999).

Uhl, V.

K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
[CrossRef]

Wagemann, E. U.

Wang, M.

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

Wen, P.

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

Whitesides, G. M.

R. E. Holmlin, M. Schiavoni, C. Y. Chen, S. P. Smith, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 3503 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Yatagai, T.

Y. Hayasaki, M. Itoh, T. Yatagai, and N. Nishida, Opt. Rev. 6, 24 (1999).

Angew. Chem. Int. Ed. Engl. (1)

R. E. Holmlin, M. Schiavoni, C. Y. Chen, S. P. Smith, M. G. Prentiss, and G. M. Whitesides, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 39, 3503 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. (1)

K. Svoboda and S. M. Block, Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 23, 247 (1994).
[CrossRef]

Appl. Opt. (2)

J. Microsc. (Oxford) (1)

K. O. Greulich, G. Pilarczyk, A. Hoffmann, G. M. Z. Horste, B. Schafer, V. Uhl, and S. Monajembashi, J. Microsc. (Oxford) 198, 182 (2000).
[CrossRef]

J. Mod. Opt. (1)

H. He, N. R. Heckenberg, and H. Rubinsztein-Dunlop, J. Mod. Opt. 42, 217 (1995).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Opt. Commun. (3)

J. Liesener, M. Reicherter, T. Haist, and H. J. Tiziani, Opt. Commun. 185, 77 (2000).

J. Glückstad and P. C. Mogensen, Opt. Commun. 173, 169 (2000).

P. C. Mogensen and J. Glückstad, Opt. Commun. 175, 75 (2000).

Opt. Lett. (3)

Opt. Rev. (1)

Y. Hayasaki, M. Itoh, T. Yatagai, and N. Nishida, Opt. Rev. 6, 24 (1999).

Proc. SPIE (1)

M. Wang, M. Ozkan, E. Ata, P. Wen, M. Sanchez, C. Ozkan, O. Kibar, and S. Esener, Proc. SPIE 4260, 68 (2001).
[CrossRef]

Rev. Sci. Instrum. (3)

C. Mio, T. Gong, A. Terray, and D. W. M. Marr, Rev. Sci. Instrum. 71, 2196 (2000).
[CrossRef]

E. R. Dufresne and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 69, 1974 (1998).

E. R. Dufresne, G. C. Spalding, M. T. Dearing, S. A. Sheets, and D. G. Grier, Rev. Sci. Instrum. 72, 1810 (2001).

Science (1)

L. Paterson, M. P. MacDonald, J. Artl, W. Sibbett, P. E. Bryant, and K. Dholakia, Science 292, 912 (2001).
[PubMed]

Other (1)

J. Glückstad, “Phase contrast imaging,” U.S. patent6,011,874 (January4, 2000).

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (3)

Fig. 1
Fig. 1

Schematic diagram of the experimental setup for a multiple-beam phase-contrast-based-optical tweezer system.

Fig. 2
Fig. 2

Images of the intensity pattern generated by the phase-contrast filter system from the fixed phase mask. (a) Intensity pattern in the first image plane, which is one focal length after lens L2; (b) tweezer plane intensity pattern used for trapping.

Fig. 3
Fig. 3

Image sequence showing the trapping of four 1µm-sized polystyrene beads in a structured four-beam optical trap. The entire field of view is 14 µm×12 µm.

Metrics