Method Article

صياغة وتعديل صوتي للقطرات النانوية المشبعة بالفلور الكربون المتبخرة بصريا

DOI:

10.3791/62814

⸱

July 16th, 2021

 ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology and Emory University, 2School of Electrical Engineering, Georgia Institute of Technology, 3Department of Biomedical Engineering and School of Electrical Engineering, Georgia Institute of Technology and Emory University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تظهر قطرات نانوية مشبعة بالفلور كربون منشطة بصريا واعدة في تطبيقات التصوير خارج نظام الأوعية الدموية. ستوضح هذه المقالة كيفية تجميع هذه الجسيمات ، وربط أشباح بولي أكريلاميد ، وتعديل القطرات صوتيا لتعزيز إشارتها.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الفقاعات الدقيقة هي عامل تباين التصوير الأكثر استخداما في الموجات فوق الصوتية. ومع ذلك ، نظرا لحجمها ، فهي تقتصر على مقصورات الأوعية الدموية. يمكن تكثيف هذه الفقاعات الدقيقة أو صياغتها على شكل قطرات نانوية مشبعة بالفلور الكربون (PFCnDs) صغيرة بما يكفي للتسرب ثم يتم تشغيلها صوتيا في الموقع المستهدف. يمكن تعزيز هذه الجسيمات النانوية بشكل أكبر من خلال تضمين ممتص بصري مثل الصبغة العضوية القريبة من الأشعة تحت الحمراء أو الجسيمات النانوية (على سبيل المثال ، جسيمات كبريتيد النحاس النانوية أو جسيمات الذهب النانوية / القضبان النانوية). يمكن تبخير PFCnDs الموسومة بصريا من خلال تشعيع الليزر في عملية تعرف باسم تبخير القطيرات الضوئية (ODV). تتيح عملية التنشيط هذه استخدام نوى مشبعة بالفلور كربون عالية نقطة الغليان ، والتي لا يمكن تبخيرها صوتيا تحت عتبة المؤشر الميكانيكي القصوى للتصوير التشخيصي. ينتج عن نوى نقطة الغليان الأعلى قطرات تتكثف بعد التبخير ، مما يؤدي إلى "وميض" PFCnDs التي تنتج تباينا لفترة وجيزة بعد التبخير قبل أن تتكثف مرة أخرى إلى شكل قطرات نانوية. يمكن تكرار هذه العملية لإنتاج تباين عند الطلب ، مما يسمح بالتصوير الحر للخلفية ، وتعدد الإرسال ، والدقة الفائقة ، وتحسين التباين من خلال كل من التعديل البصري والصوتي. ستوضح هذه المقالة كيفية توليف PFCnDs ذات القشرة الدهنية القابلة للتشغيل بصريا باستخدام صوتنة المسبار ، وإنشاء أشباح بولي أكريلاميد لتوصيف القطرات النانوية ، وتعديل PFCnDs صوتيا بعد ODV لتحسين التباين.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الفقاعات الدقيقة هي عامل التباين بالموجات فوق الصوتية الأكثر انتشارا نظرا لتوافقها الحيوي وصدى الصدى الممتاز مقارنة بالأنسجة الرخوة. هذا يجعلها أدوات قيمة لتصور تدفق الدم ، وتحديد الأعضاء ، وغيرها من التطبيقات1. ومع ذلك ، فإن حجمها (1-10 ميكرومتر) ، مما يجعلها استثنائية للتصوير بناء على تردد الرنين ، يقصر تطبيقاتها على الأوعية الدموية2.

وقد أدى هذا القيد إلى تطوير PFCnDs ، وهي مستحلبات نانوية تتكون من خافض للتوتر السطحي مغلفة حول قلب سائل من الكربون المشبع بالفلور. يمكن تصنيع هذه الجسيمات النانوية بأحجام صغيرة تصل إلى 200 نانومتر وهي مصممة للاستفادة من الأوعية الدموية أو المسام "المتسربة" و fenestrations المفتوحة الموجودة في الأوعية الدموية للورم. في حين أن هذه الاضطرابات تعتمد على الورم ، فإن هذه النفاذية تسمح بتسرب الجسيمات النانوية من ~ 200 نانومتر - 1.2 ميكرومتر اعتمادا على الورم 3,4. في شكلها الأولي ، تنتج هذه الجسيمات تباينا ضئيلا أو معدوما. عند التبخير - المستحث صوتيا أو بصريا - يتغير الطور الأساسي من السائل إلى الغاز ، مما يؤدي إلى زيادة قطرها بمقدار ضعفين ونصف إلى خمسة أضعاف في القطر5،6،7 وتوليد تباين ضوئي صوتي وموجات فوق صوتية. في حين أن التبخير الصوتي هو أكثر طرق التنشيط شيوعا ، فإن هذا النهج يخلق قطعا أثرية صوتية تحد من تصوير التبخير. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب معظم مركبات الكربون المشبعة بالفلور الموجات فوق الصوتية المركزة مع مؤشر ميكانيكي يتجاوز عتبة الأمان لتبخير8. وقد أدى ذلك إلى تطوير PFCnDs ذات نقطة غليان أقل ، والتي يمكن تصنيعها عن طريق تكثيف الفقاعات الدقيقة في قطرات نانوية9. ومع ذلك ، فإن هذه القطرات أكثر تقلبا وتخضع للتبخير التلقائي10.

من ناحية أخرى ، يتطلب تبخير القطيرات الضوئية (ODV) إضافة مشغل بصري مثل الجسيمات النانوية 11،12،13 أو الصبغة6،14،15 ويمكن أن يبخر مركبات الكربون المشبعة بالفلور ذات درجة الغليان الأعلى باستخدام fluences ضمن حد أمان ANSI 11. PFCnDs التي يتم تصنيعها مع نوى نقطة غليان أعلى أكثر استقرارا وستتكثف بعد التبخير ، مما يسمح بالتصوير الخالي من الخلفية16 ، وتعدد الإرسال17 ، والدقةالفائقة 18. أحد القيود الرئيسية لهذه التقنيات هو حقيقة أن PFCnDs ذات نقطة الغليان العالية تكون منشطة بعد التبخير لفترة زمنية قصيرة فقط ، على مقياس ميلي ثانية19 ، وهي باهتة نسبيا. في حين يمكن التخفيف من هذه المشكلة من خلال التبخير المتكرر والمتوسط ، فإن اكتشاف إشارة القطيرات وفصلها لا يزال يمثل تحديا.

بالاستلهام من انعكاس النبض ، يمكن تحسين المدة والتباين عن طريق تعديل مرحلة نبض التصوير بالموجات فوق الصوتية19. من خلال بدء نبض التصوير بالموجات فوق الصوتية بمرحلة التخلخل (n-pulse) ، تزداد مدة وتباين PFCnDs المتبخر. في المقابل ، يؤدي بدء نبض التصوير بالموجات فوق الصوتية بمرحلة ضغط (p-pulse) إلى تقليل التباين وأقصر في المدة. سوف تصف هذه المقالة كيفية توليف قطرات نانوية مشبعة بالفلور كربون قابلة للتشغيل بصريا ، وأشباح بولي أكريلاميد شائعة الاستخدام في التصوير ، وإظهار تعزيز التباين وتحسين طول عمر الإشارة من خلال التعديل الصوتي.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. صياغة قطرات نانوية مشبعة بالفلور الكربون

  1. اشطف قارورة مستديرة القاع سعة 10 مل بالكلوروفورم واغسل حقنة زجاجية محكمة الغلق بسعة 10 ميكرولتر و 1 مل بالكلوروفورم عن طريق استنشاق حجم المحقنة بالكامل بشكل متكرر وطردها لما مجموعه ثلاث مرات.
    تنبيه: الكلوروفورم متطاير ويمكن أن يكون ساما إذا تم استنشاقه. يجب تنفيذ جميع الأعمال مع هذا المذيب في غطاء الدخان.
  2. باستخدام المحاقن، أضف 200 ميكرولتر من DSPE-mPEG2000 (25 ملغم/مل)، 6.3 ميكرولتر من 1،2-ديستيرويل-سن-غليسيرو-3-فوسفوكولين (DSPC، 25 ملغم/مل) و1 مل من الأشعة تحت الحمراء 1048 (1 ملغم/مل في الكلوروفورم) في الدورق المستدير القاع. تذكر تنظيف المحاقن بين الدهون / الصبغة لمنع تلوث المخزون.
    ملاحظة: أصباغ الأشعة تحت الحمراء حساسة للضوء ، ويجب أن يتم العمل في ظروف معتمة أو يجب تغطية القوارير بورق الألمنيوم.
  3. قم بإزالة المذيب باستخدام مبخر دوار. تأكد من ضبط الفراغ ببطء على 332 ملي بار لمنع الارتطام. بعد 5 دقائق ، قلل الضغط إلى 42 ملي بار لإزالة أي ماء قد يكون دخل المحلول.
    ملاحظة: يمكن تخزين كعكة الدهون طوال الليل في دورق دائري القاع مغطى بالبارافيلم عند 4 درجات مئوية.
  4. كعكة الدهون في 1 مل من محلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS) و sonicate أو دوامة في درجة حرارة الغرفة لمدة 5 دقائق أو حتى يتم تعليق كل كعكة الدهون وإذابتها في المحلول. Sonicate لمدة 2 دقيقة إضافية لتجانس الحل.
  5. انقل المحلول إلى قنينة زجاجية سعة 7 مل وضع القارورة في طبق زجاجي مملوء بالثلج للسماح للمحلول بالتبريد لمدة 5 دقائق قبل إضافة 50 ميكرولتر من بيرفلورو هكسان باستخدام حقنة زجاجية محكمة الغلق. تذكر أن تشطف المحقنة بالبيرفلوروهكسان قبل توزيعها في القارورة.
  6. ضع القارورة الزجاجية التي تحتوي على الدهون وحمام الثلج في حاوية سونيكاتور المسبار واغمر طرف المسبار أسفل miniscus. تأكد من أن جوانب مسبار الصوتنة لا تلمس شفة القارورة الزجاجية.
  7. دقق في صوتنة الخليط بالإعدادات التالية: السعة 1 ، وقت العملية: 20 ثانية ، النبض على: 1 ثانية ، النبض الإيقاف: 5 ثوان. ثم صوتي في الإعدادات التالية: السعة: 50 ، وقت العملية: 5 ثانية ، نبض على: 1 ثانية ، نبض قبالة: 10 ثانية.
  8. انقل محلول القطرات النانوية إلى أنبوب طرد مركزي سعة 1.5 مل وأجهزة طرد مركزي بسرعة 300 × جم لمدة 3 دقائق لفصل القطرات الأكبر (>1 ميكرومتر) عن القطرات الأصغر.
  9. تخلص من الحبيبات وانقل المادة الطافية إلى أنبوب طرد مركزي آخر سعة 1.5 مل. اغسل المادة الطافية عن طريق الطرد المركزي عند 3000 × جم لمدة 5 دقائق لتكوير جميع القطرات في المحلول. أعد تعليق PFCnDs في 1 مل من PBS عن طريق سحب الحبيبات لأعلى ولأسفل ثم صوتنة في جهاز صوتي الحمام لمدة دقيقة واحدة.
  10. قم بقياس حجم القطرات باستخدام تشتت الضوء الديناميكي (DLS). تمييع PFCnDs الأسهم بمقدار 100 ضعف (10 ميكرولتر من مخزون PFCnD في 990 ميكرولتر من PBS) وسونيكات الحمام لتفريق PFCnDs قبل القياس. النتائج التمثيلية موضحة في الشكل 1.
  11. تحديد تركيز PFCnDs باستخدام محلل تتبع الجسيمات النانوية (انظر جدول المواد). قم بتخفيف PFCnDs بمقدار 100-1000 ضعف لضمان القياس الدقيق للتركيز. ينتج البروتوكول عادة قطرات بتركيز 1010 جسيمات / مل.
  12. قم بإعداد 10 مل من هلام اقتران الموجات فوق الصوتية في أنبوب طرد مركزي سعة 50 مل وأضف 1٪ (v / v) أو 100 ميكرولتر من PFCnDs لعمل محلول ~ 108 جسيمات / مل. دوامة الحل للخلط. جهاز طرد مركزي الخليط على 4000 × جم لمدة 3 دقائق لإزالة الفقاعات.

2. إعداد بولي أكريلاميد الوهمية

  1. قم بتفريغ الماء عن طريق ملء دورق فراغ سعة 500 مل ب 400 مل من الماء منزوع الأيونات ، وأغلقه بفلين مطاطي ، وقم بتوصيل القارورة بخط التفريغ. افتح خط الفراغ واغمر الجزء السفلي من القارورة في سونيكاتور الحمام. سونيك لمدة 5 دقائق أو حتى لا يكون تشكيل فقاعة الغاز مرئية.
  2. تحضير محلول بيرسلفات الأمونيوم 10٪ (APS) عن طريق إذابة 500 مجم في 5 مل من الماء المنزوع الغاز. حرك المحلول برفق إذا لم يذوب بيرسلفات الأمونيوم تماما.
  3. في دورق سعة 400 مل مع قضيب تقليب على لوح تقليب ، أضف 150 مل من الماء المنزوع الغازات و 50 مل من محلول الأكريلاميد - بيساكريلاميد 40٪ (وزن / فولت) لتشكيل 200 مل من محلول أكريلاميد - بيساكريلاميد 10٪. حرك الخليط عند 200 دورة في الدقيقة للسماح بالخلط المناسب دون إدخال فقاعات.
    تنبيه: مادة الأكريلاميد مادة مسرطنة ، ويجب أن يتم كل العمل في غطاء دخان مع قفازات ، خاصة إذا كان يعمل مع مادة الأكريلاميد في شكل مسحوق.
  4. قم بوزن 400 مجم من السيليكا وأضفها إلى محلول أكريلاميد بيساكريلاميد 10٪ من الخطوة 2.3 لتشكيل 0.2٪ (وزن / حجم) من محلول السيليكا والأكريلاميد.
    تنبيه: يمكن أن تكون السيليكا عند استنشاقها مادة مسرطنة. يجب تنفيذ جميع الأعمال بما في ذلك الوزن في غطاء الدخان.
  5. قم بإعداد قالب مربع 58 مم × 58 مم × 78 مم مع تضمين أسطواني عن طريق قطع أطراف من ماصة نقل بلاستيكية ودعمها في القالب بشريط مختبري. انظر الشكل 2.
  6. أضف 2 مل من محلول APS بنسبة 10٪ إلى الدورق للحصول على تركيز نهائي بنسبة 0.1٪ APS وأضف 250 ميكرولتر من رباعي ميثيل إيثيلين ديامين (TEMED) إلى المحلول الوهمي. اترك المحلول يحرك لفترة وجيزة (أقل من دقيقة).
  7. صب المحلول بسرعة في القالب ، مع الحرص على عدم إدخال فقاعات الهواء في المحلول. يجب أن يتبلمر المحلول في غضون 10 دقائق. قم بإزالة الشبح عن طريق تشغيل الطرف المسطح لملعقة المختبر حول حافة القالب وقلب القالب.
    ملاحظة: يمكن إعادة استخدام هذه الأشباح عدة مرات ويجب غمرها في الماء وتخزينها عند 4 درجات مئوية.

3. تصوير القطيرات النانوية المشبعة بالفلور

  1. قم بتشغيل وتسخين نظام الليزر النبضي لمدة ~ 20 دقيقة باتباع تعليمات الشركة المصنعة. تأكد من توصيل حزمة الألياف الضوئية بشكل صحيح بإخراج الليزر ووضع الساقين بشكل صحيح داخل حامل حزمة الألياف.
  2. قم بتشغيل نظام التصوير بالموجات فوق الصوتية ، وقم بتوصيل محول تصوير الصفيف (L11-4v) بالنظام وقم بإصلاح محول الطاقة داخل الحامل لمحاذاة مستوى التصوير الخاص به مع المقطع العرضي لليزر.
  3. اضبط تردد تكرار النبض لنظام الليزر على 10 هرتز وضع مقياس طاقة في نهاية حزمة الألياف لقياس الطاقة. اضبط تأخير مفتاح q حتى يكون الطلاقة المقدرة 70 مللي جول / سم2.
    تنبيه: يجب ارتداء النظارات المناسبة عند إطلاق الليزر ويجب أن تحيط ستائر الليزر بالمساحة.
  4. ردم إحدى القنوات في شبح بولي أكريلاميد بمزيج جل الموجات فوق الصوتية / PFCnD باستخدام حقنة بلاستيكية ذات طرف منزلق سعة 1 مل. قم بتغطية الجزء العلوي من القناة بحرية باستخدام هلام الموجات فوق الصوتية وإزالة أي فقاعات باستخدام حقنة بلاستيكية ذات طرف منزلق سعة 1 مل. ضع شبح بولي أكريلاميد أسفل محول الطاقة وحزمة الألياف كما هو موضح في الشكل 3.
  5. استخدم منصة التصوير بالموجات فوق الصوتية والمرونة بالليزر (CLUE) المدمجة استنادا إلى البرنامج20 لتصوير PFCnD المتزامن مع التنشيط البصري. قم بتغيير المعلمات العامة المعرفة من قبل المستخدم في بنية Param للتصوير: اضبط عمق البداية / النهاية على 0/40 مم ، وتردد المركز على 6.9 ميجا هرتز ، واسم محول الطاقة على "L11-4v".
  6. حدد RunCase جديدا وصمم تسلسل وحدة نمطية للتنشيط / التكثيف البصري المتكرر والتصوير الأمريكي ل PFHnDs. يتم ذلك عن طريق سرد الوحدات المحددة مسبقا مثل التصوير فائق السرعة (mUF) والليزر الخارجي (mExtLaser) والخمول (mIdle).
    1. كرر مجموعة التسلسل mExtLaser-mIdle-mUF-mExtLaser-mUF مرتين للحصول على بيانات تصوير n-pulse و p-pulse.
      ملاحظة: يتم تعيين وحدة mExtLaser الأولى في كل تسلسل كليزر زائف عن طريق تعيين ExtLaser.Enable إلى 0 ويتم تضمين "mIdle" لتقليل الوقت بين صور الولايات المتحدة الخلفية والصور الأمريكية n / p النبضية بعد تنشيط الليزر.
  7. قم بتعيين معلمات الوحدة النمطية لكل وحدة نمطية موضوعة في تسلسل الوحدة النمطية لحالة التشغيل الحالية. الوصول إلى كل معلمة وحدة نمطية عن طريق فهرس يتوافق مع ترتيبها في تسلسل الوحدة. ستقوم الوحدات بتنفيذ عمليات محددة مسبقا مع تعيين مستخدم معلمات الوحدة هنا.
    1. اضبط ExtLaser.QSdelay في وحدات الليزر الخارجية على قيمة تأخير مفتاح Q بالليزر الذي تم ضبطه في الخطوة 3.3 ، بالميكروثانية. تنتظر هذه الوحدة تشغيل مصباح يدوي لنظام الليزر وتولد مشغل Q-switch بعد التأخير المحدد في QSdelay.
    2. في وحدة التصوير فائقة السرعة ، اضبط Resource.numFrame على 100 ، واضبط SeqControl.PRI على 200 (μs) ، واضبط TW.polarity على 1 لنبض P و -1 لنبض N (انظر الشكل 4 لشكل النبضة المقابل). ستنقل هذه الوحدة موجة مستوية فائقة السرعة 0 درجة مع نوع النبض المحدد في TW.polarity.
      1. احصل على نافذة تصوير كاملة بعرض 38.8 مم لعدد الإطارات في Resource.numFrame ، وفاصل تكرار النبض ل SeqControl.PRI ، ثم احفظ البيانات للمعالجة خارج الخط.
    3. اضبط SeqControl.lastPRI_Module في وحدة الخمول على طول الفترة الزمنية بين نبضات الليزر (100 مللي ثانية) مطروحة بتأخير Q-switch ، ووقت الحصول على بيانات التصوير (20 مللي ثانية) ، وهامش 20 ميكرو ثانية لانتقال الإشارة. تحافظ هذه الوحدة على النظام في حالة "عدم التشغيل" للوقت في SeqControl.lastPRI_Module لملء الفجوة الزمنية بين نهاية الحصول على بيانات التصوير وإثارة نبضة الليزر التالية.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يجب أن ينتج عن الصياغة الناجحة والفصل بالطرد المركزي ل PFCnDs قطرات بحجم قطرها 200-300 نانومتر (الشكل 1 أ). قد تظهر القطرات المنفصلة بشكل غير صحيح قمم صغيرة حوالي 1 ميكرومتر. يمكن أن تكون هذه الحلول أكثر حمام صوتي لتفتيت قطرات أكبر. سيزداد حجم القطرات بمرور الوقت بسبب الاندماج و / أو الانتشار في عملية تعرف باسم نضج أوستوالد21,22 (الشكل 1 ب).

أدى التعديل الصوتي للقطرات عن طريق ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

صوتنة التحقيق هي طريقة بسيطة نسبيا وسهلة التعلم لتصنيع PFCnDs. هناك بعض الخطوات التي يجب توخي الحذر فيها. عند التعامل مع الكلوروفورم ، من الضروري استخدام ماصة الإزاحة الإيجابية أو المحاقن الزجاجية ، لأنها متقلبة وسوف "تتسرب" من ماصات إزاحة الهواء القياسية. علاوة على ذلك ، في حالة استخدام إزاحة إيجابية ، تأكد من استخدام طرف مناسب لأن الكلوروفورم سيذيب معظم الأطراف البلاستيكية ، والتي يمكن أن تدخل الملوثات في المحلول. يوصى أيضا باستخدام ماصة الإزاحة الإيجابية أو المحقنة الزجاجية للبيرفلوروهكسان ، لأنها متطايرة وأكثر كثافة ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم العمل جزئيا من قبل مؤسسة أبحاث سرطان الثدي بموجب منحة BCRF-20-043.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
بيرسولفات الأمونيوم (APS)VWR97064-592
1،2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC) AvantiPolar Lipids850365CLipids ، يمكن شراؤها معلقة في الكلوروفورم أو في شكل مسحوق. للتخزين طويل الأجل ، شكل المسحوق هو الأفضل ولكن الكلوروفورم أكثر عملية.
1،2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N- [ميثوكسي (بولي إيثيلين جلايكول) -2000] (ملح الأمونيوم) (DSPE-PEG) AvantiPolar Lipids880120CLipids ، يمكن شراؤها معلقة في الكلوروفورم أو في شكل مسحوق. للتخزين طويل الأجل ، شكل المسحوق هو الأفضل ولكن الكلوروفورم أكثر عملية.
أكريلاميد: محلول بيساكريلاميد (19: 1) 40٪ (وزن / حجم) ، OmniPur & reg ؛VWREM-1300، تركيز أقل / مسحوق
IR-1048سيجما405175صبغة الأشعة تحت الحمراء
L11-4vVerasonics-الموجاتفوق الصوتية محول صفيف خطي
Microtip 1/8 "Qsonica LLC4418microtip لمسبار سونيكاتور
N ، N ، N & Prime ؛ N & Prime ؛ -Tetramethylethylenediamine (TEMED)VWR97064-902تستخدم لبلمرة بولي أكريلاميد عن طريق تكوين الجذور الحرة في وجود بيرسلفات الأمونيوم
نوفا IIأوفير-سبيريكون7Z01550مقياس طاقة الليزر
بيرفلوروهكسان الفلورAPF-60Mسائل مشبع بالفلور كربون
أقراص محلول ملحي مخزن (PBS)VWR97062-732أقراص تستخدم في صنع PBS
Q500Qsonica LLCQ500-110مسبار سونيكاتور
هلام السيليكاسيجما ألدريتش2885002-25 & حجم الجسيمات
م العاصفة 30موجة جديدة للأبحاث-نظام الليزر النبضي
Vantage 128التصوير بالموجات فوق الصوتيةللأبحاث Verasonics
Zetasizer Nano ZSMalvern Instruments Ltd-يجعل قياسات الحجم بناء على تشتت الضوء الديناميكي
محلول أكريلاميد نظام

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Schutt, E. G., Klein, D. H., Mattrey, R. M., Riess, J. G. Injectable microbubbles as contrast agents for diagnostic ultrasound imaging: the key role of perfluorochemicals. Angewandte Chemie International Edition. 42 (28), 3218-3235 (2003).
  2. Lee, H., et al. Microbubbles used for contrast enhanced ultrasound and theragnosis: a review of principles to applications. Biomedical Engineering Letters. 7 (2), 59-69 (2017).
  3. Hobbs, S. K., et al. Regulation of transport pathways in tumor vessels: Role of tumor type and microenvironment. Proceedings of the National Academy of Sciences. 95 (8), 4607-4612 (1998).
  4. Ishida, O., Maruyama, K., Sasaki, K., Iwatsuru, M. Size-dependent extravasation and interstitial localization of polyethyleneglycol liposomes in solid tumor-bearing mice. International Journal of Pharmaceutics. 190 (1), 49-56 (1999).
  5. Wong, Z. Z., Kripfgans, O. D., Qamar, A., Fowlkes, J. B., Bull, J. L. Bubble evolution in acoustic droplet vaporization at physiological temperature via ultra-high speed imaging. Soft Matter. 7 (8), 4009(2011).
  6. Yu, J., Chen, X., Villanueva, F. S., Kim, K. Vaporization and recondensation dynamics of indocyanine green-loaded perfluoropentane droplets irradiated by a short pulse laser. Applied Physics Letters. 109 (24), 243701(2016).
  7. Kripfgans, O. D., Fowlkes, J. B., Miller, D. L., Eldevik, O. P., Carson, P. L. Acoustic droplet vaporization for therapeutic and diagnostic applications. Ultrasound in Medicine & Biology. 26 (7), 1177-1189 (2000).
  8. Aliabouzar, M., Kumar, K. N., Sarkar, K. Acoustic vaporization threshold of lipid-coated perfluoropentane droplets. The Journal of the Acoustical Society of America. 143 (4), 2001-2012 (2018).
  9. Sheeran, P. S., Luois, S., Dayton, P. A., Matsunaga, T. O. Formulation and acoustic studies of a new phase-shift agent for diagnostic and therapeutic ultrasound. Langmuir. 27 (17), 10412-10420 (2011).
  10. Sheeran, P. S., Luois, S. H., Mullin, L. B., Matsunaga, T. O., Dayton, P. A. Design of ultrasonically-activatable nanoparticles using low boiling point perfluorocarbons. Biomaterials. 33 (11), 3262-3269 (2012).
  11. Wilson, K., Homan, K., Emelianov, S. Biomedical photoacoustics beyond thermal expansion using triggered nanodroplet vaporization for contrast-enhanced imaging. Nature Communications. 3 (1), 618(2012).
  12. Strohm, E., Rui, M., Gorelikov, I., Matsuura, N., Kolios, M. Vaporization of perfluorocarbon droplets using optical irradiation. Biomedical Optics Express. 2 (6), 1432(2011).
  13. Wei, C., et al. Laser-induced cavitation in nanoemulsion with gold nanospheres for blood clot disruption: in vitro results. Optics Letters. 39 (9), 2599(2014).
  14. Hannah, A., Luke, G., Wilson, K., Homan, K., Emelianov, S. Indocyanine green-loaded photoacoustic nanodroplets: Dual contrast nanoconstructs for enhanced photoacoustic and ultrasound imaging. ACS Nano. 8 (1), 250-259 (2014).
  15. Lajoinie, G., et al. Ultrafast vapourization dynamics of laser-activated polymeric microcapsules. Nature Communications. 5 (1), 3671(2014).
  16. Hannah, A. S., Luke, G. P., Emelianov, S. Y. Blinking phase-change nanocapsules enable background-free ultrasound imaging. Theranostics. 6 (11), 1866-1876 (2016).
  17. Santiesteban, D. Y., Hallam, K. A., Yarmoska, S. K., Emelianov, S. Y. Color-coded perfluorocarbon nanodroplets for multiplexed ultrasound and photoacoustic imaging. Nano Research. 12 (4), 741-747 (2019).
  18. Luke, G. P., Hannah, A. S., Emelianov, S. Y. Super-resolution ultrasound imaging in vivo with transient laser-activated nanodroplets. Nano Letters. 16 (4), 2556-2559 (2016).
  19. Zhu, Y. I., Yoon, H., Zhao, A. X., Emelianov, S. Y. Leveraging the imaging transmit pulse to manipulate phase-change nanodroplets for contrast-enhanced ultrasound. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 66 (4), 692-700 (2019).
  20. Yoon, H., Zhu, Y. I., Yarmoska, S. K., Emelianov, S. Y. Design and demonstration of a configurable imaging platform for combined laser, ultrasound, and elasticity imaging. IEEE Transactions on Medical Imaging. 38 (7), 1622-1632 (2019).
  21. Taylor, P. Ostwald ripening in emulsions. Advances in Colloid and Interface Science. 75 (2), 107-163 (1998).
  22. Freire, M. G., Dias, A. M. A., Coelho, M. A. Z., Coutinho, J. A. P., Marrucho, I. M. Aging mechanisms of perfluorocarbon emulsions using image analysis. Journal of Colloid and Interface Science. 286 (1), 224-232 (2005).
  23. Yarmoska, S. K., Yoon, H., Emelianov, S. Y. Lipid shell composition plays a critical role in the stable size reduction of perfluorocarbon nanodroplets. Ultrasound in Medicine & Biology. 45 (6), 1489-1499 (2019).
  24. Sheeran, P. S., et al. Decafluorobutane as a phase-change contrast agent for low-energy extravascular ultrasonic imaging. Ultrasound in Medicine & Biology. 37 (9), 1518-1530 (2011).
  25. Lin, S., et al. Optically and acoustically triggerable sub-micron phase-change contrast agents for enhanced photoacoustic and ultrasound imaging. Photoacoustics. 6, 26-36 (2017).
  26. Sheeran, P. S., et al. Methods of generating submicrometer phase-shift perfluorocarbon droplets for applications in medical ultrasonography. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 64 (1), 252-263 (2017).
  27. Shui, L., vanden Berg, A., Eijkel, J. C. T. Scalable attoliter monodisperse droplet formation using multiphase nano-microfluidics. Microfluidics and Nanofluidics. 11 (1), 87-92 (2011).
  28. Jeong, W. -C., et al. Controlled generation of submicron emulsion droplets via highly stable tip-streaming mode in microfluidic devices. Lab on a Chip. 12 (8), 1446(2012).
  29. Xu, X., et al. Microfluidic production of nanoscale perfluorocarbon droplets as liquid contrast agents for ultrasound imaging. Lab on a Chip. 17 (20), 3504-3513 (2017).
  30. Song, R., Peng, C., Xu, X., Zou, R., Yao, S. Facile fabrication of uniform nanoscale perfluorocarbon droplets as ultrasound contrast agents. Microfluidics and Nanofluidics. 23 (1), 12(2019).
  31. Liedtke, S., Wissing, S., Müller, R. H., Mäder, K. Influence of high-pressure homogenisation equipment on nanodispersions characteristics. International Journal of Pharmaceutics. 196 (2), 183-185 (2000).
  32. Reznik, N., Williams, R., Burns, P. N. Investigation of vaporized submicron perfluorocarbon droplets as an ultrasound contrast agent. Ultrasound in Medicine & Biology. 37 (8), 1271-1279 (2011).
  33. Grapentin, C., Barnert, S., Schubert, R. Monitoring the stability of perfluorocarbon nanoemulsions by cryo-TEM image analysis and dynamic light scattering. Plos One. 10 (6), 0130674(2015).
  34. de Gracia Lux, C., et al. Novel method for the formation of monodisperse superheated perfluorocarbon nanodroplets as activatable ultrasound contrast agents. RSC Advances. 7 (77), 48561-48568 (2017).
  35. Zell, K., Sperl, J. I., Vogel, M. W., Niessner, R., Haisch, C. Acoustical properties of selected tissue phantom materials for ultrasound imaging. Physics in Medicine and Biology. 52 (20), 475-484 (2007).
  36. Hariri, A., et al. Polyacrylamide hydrogel phantoms for performance evaluation of multispectral photoacoustic imaging systems. Photoacoustics. 22, 100245(2021).
  37. Denisin, A. K., Pruitt, B. L. Tuning the range of polyacrylamide gel stiffness for mechanobiology applications. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (34), 21893-21902 (2016).
  38. Rajagopal, S., Sadhoo, N., Zeqiri, B. Reference characterisation of sound speed and attenuation of the iec agar-based tissue-mimicking material up to a frequency of 60 MHz. Ultrasound in Medicine & Biology. 41 (1), 317-333 (2015).
  39. Madsen, E. L., Zagzebski, J. A., Banjavie, R. A., Jutila, R. E. Tissue mimicking materials for ultrasound phantoms. Medical Physics. 5 (5), 391-394 (1978).
  40. Kharine, A., et al. Poly(vinyl alcohol) gels for use as tissue phantoms in photoacoustic mammography. Physics in Medicine and Biology. 48 (3), 357-370 (2003).
  41. Kim, H., Chang, J. H. Multimodal photoacoustic imaging as a tool for sentinel lymph node identification and biopsy guidance. Biomedical Engineering Letters. 8 (2), 183-191 (2018).
  42. Zhou, Y., et al. Magnetic nanoparticle-promoted droplet vaporization for in vivo stimuli-responsive cancer theranostics. NPG Asia Materials. 8 (9), 313(2016).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Perfluorocarbon NanodropletsOptical Droplet VaporizationAcoustic ModulationUltrasound Contrast AgentsLipid Shell NanodropletsProbe SonicationDynamic Light ScatteringPolyacrylamide PhantomCentrifugal SeparationOstwald Ripening

Related Articles