Steuerbare Keimbildung der Kavitation von Plasmonische Gold-Nanopartikel für die Verbesserung der hohen Intensität konzentriert Ultraschallanwendungen

Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen im hochintensiven fokussierten Ultraschallfeld zu beantworten, wie z. B. kann Laser-Ultraschall-Nukleat-Kavitation verwendet werden, um zu führen, und auch HIFU-Krebsbehandlungen zu verbessern. Der Hauptvorteil dieser Technik ist, dass sie durch die Kombination von Nanopartikeln, HIFU und Laserbeleuchtung die Grenzen jeder dieser Modalitäten selbst überwinden kann. Herstellung von Phantomen, um die Keimmethode zu demonstrieren.

Beginnen Sie mit entionisiertem, entgasetem Raumtemperaturwasser in einem Glasbecher. Zusätzlich 40% Volumenvolumen Acrylamid/Bis-Acrylamid-Lösung vorbereiten. Fügen Sie die Lösung in das Wasser, gefolgt von einem Puffer, und Ammoniumpersulfat.

Platzieren Sie den Becher in einer Vakuumkammer, die sich auf einer magnetischen Rührplatte befindet. Einen 40 Millimeter langen magnetischen Rührstab PTFE in den Becher geben und bei mittlerer Geschwindigkeit umrühren. Langsam Rinderserum-Albumin-Pulver hinzufügen.

Schließen Sie anschließend die Vakuumkammer und starten Sie die Vakuumpumpe. Halten Sie das Zielvakuum aufrecht und rühren Sie 60 Minuten lang weiter. Lassen Sie als Nächstes das Vakuum los und arbeiten Sie mit der Lösung weiter.

Fügen Sie Nanopartikel für Phantome hinzu, die sie benötigen. Fügen Sie für alle Phantome den Katalysator hinzu. Nach fünf Minuten mischen, gießen Sie die Lösung in einzelne Formen und warten Sie 20 Minuten.

Dies ist ein Beispiel für ein Phantom, das gesetzt und aus der Form entfernt wurde. Es ist bereit, im Experiment zu verwenden. Sobald die Phantome gesetzt sind, lagern Sie die entoldten Phantome in einem luftdichten Behälter.

Um ein Ausrichtungs-Phantom zu erzeugen, beginnen Sie mit der Phantomlösung. Legen Sie den Becher und Rührstab in einer Vakuumkammer auf einem Magnetrührer. Beginnen Sie mit mittlerer Geschwindigkeit zu rühren, und pumpen Sie die Kammer in das Zielvakuum.

Nach dem Abrufen der Lösung 25 Milliliter in eine Form gießen und den Katalysator hinzufügen. Warten Sie 20 Minuten, bevor Sie ein Kugelmetallziel mit einem Millimeter in der Mitte des Phantoms platzieren. Dann gießen Sie weitere 25 Milliliter der Phantomlösung in die Form.

Fügen Sie den Katalysator hinzu und warten Sie weitere 20 Minuten. Wenn diese Einstellung festgelegt ist, ist das Ausrichtungs-Phantom einsatzbereit oder wird in einem luftdichten Behälter gelagert. Bereiten Sie die Einrichtung für das Experiment vor.

Dazu haben Sie einen Acryl-Wassertank mit 4,5 Literen entionisiertem, entgastiertem Wasser. An einem Ende des Tanks einen akustischen Absorber platzieren. Als nächstes richten Sie die Aufmerksamkeit auf den hochintensiven fokussierten Ultraschallwandler.

Montieren Sie es und es ist ein kodiertes Breitband-Hydrophon auf einer dreiachsigen Mikrometer-Stufe. Tauchen Sie den Messumformer und das Hydrophon vollständig in den Tank, um dem Absorber zu begegnen. Schließen Sie den Messumformer an eine Impedanz-Matching-Schaltung an, die es ermöglicht, ihn an seiner dritten Oberschwingung zu fahren.

Diese Schaltung ist direkt an den Ausgang eines HF-Leistungsverstärkers angeschlossen, der einen digitalen Funktionsgenerator als Eingang hat. Der Funktionsgenerator ist aus der Ferne programmiert. Erhalten Sie nach der Kalibrierung ein Ausrichtungs-Phantom, um die Einrichtung fortzusetzen.

Das Phantom sollte in einem 3D-gedruckten Halter sein und auf einer automatisierten 3D-Bühne montiert werden. Positionieren Sie das Phantom so, dass sich das magnetische Ziel an der ungefähren Brennspitze des Messumformers befindet. Verbinden Sie nun das Hydrophon direkt mit der Datenerfassungskarte.

Verwenden Sie den Messumformer und das Hydrophon, um das Ausrichtungsziel zu pulsieren. Senden Sie einen Burst von drei Mikrosekunden und 10-Zyklus- und -ausbrüchen, und zeigen Sie das erkannte Signal in Echtzeit auf dem Computer an. Passen Sie die Mikrometerstufe des Messumformers an, um die Flugzeit und die Signalamplitude zu ändern.

Das System wird ausgerichtet, sobald die Flugzeit 85 Mikrosekunden beträgt und die Signalamplitude maximiert wird. Als nächstes schließen Sie das Breitband-Hydrophon direkt an einen Fünf-Megahertz-Hochpassfilter an. Senden Sie das Signal über einen 40-Dezibel-Vorverstärker und dann an eine Datenerfassungskarte.

Richten Sie nun die Laserbeleuchtung für die Probe ein. Synchronisieren Sie einen 532 Nanometer Pulslaser mit dem Funktionsgenerator über einen digitalen TTL-Delay-Pulsgenerator. Verwenden Sie den Laser, um einen optischen parametrischen Oszillator zu pumpen.

Koppeln Sie seine Leistung im Phantom mit einem Zwei-Millimeter-Faserbündel. Montieren Sie diese Faser am Tank auf einer Mikrometer-Bühne. Positionieren Sie die Faser vor dem Phantom in einem Winkel von 45 Grad von der akustischen Achse.

Verwenden Sie für die Ausrichtung sichtbares Licht. Positionieren Sie den Strahl, um das Ausrichtungsziel in der Mitte eines 15-Millimeter-Laserflecks zu haben. Positionieren Sie schließlich ein digitales Mikroskop und eine weiße Lichtquelle auf den gegenüberliegenden Seiten des Wassertanks.

Montieren Sie das Mikroskop auf einer Mikrometer-Bühne. Positionieren Sie es so, dass das Ausrichtungsziel in seinem Sichtfeld im Fokus steht. Stellen Sie sicher, dass das richtige Phantom vorhanden ist.

In diesem Fall ersetzt das entsprechende Gewebe-Phantom das Ausrichtungs-Phantom. Optimieren Sie die Laserwellenlänge auf die Oberflächen-Plasmonresonanz des Nanopartikels. Stellen Sie am Steuerrechner den Messumformer so ein, dass ein 10-Zyklus-Burst erzeugt wird, und stellen Sie den Laserflumon ein.

Ziel der Brennpunkt des hochintensiven fokussierten Ultraschalls, der 10 Millimeter tief und an 13 einzigartigen Stellen in vertikaler Richtung um fünf Millimeter geplatzt ist. Stellen Sie sicher, dass ein Gewebe-Phantom im Tank vorhanden ist. Legen Sie dann mit der Software die Einfluss- und kontinuierlichen Wellenbelichtungsparameter fest.

Verwenden Sie das Mikroskop, um die thermische Läsionsbildung aufzuzeichnen, da der hochintensive fokussierte Ultraschall mit einem gewählten Spitzen-Unterdruck an einer Stelle gerichtet ist. Diese Daten sind Detektorspannung im Vergleich zu Zeit für kurze, hochintensive fokussierte Ultraschall-Exposition für verschiedene Phantome unter verschiedenen Bedingungen. In diesen Datensätzen wurden die Phantome auch laserbeleuchtet.

Ein Phantom hatte jedoch keine Nanostäbe und ein Phantom nicht. In diesen Datensätzen hatten beide Phantome Nanostäbe, aber eines war laserbeleuchtet und das andere nicht. Dies zeigt, dass Breitbandemissionen nur erkannt werden, wenn Nanopartikel, Ultraschall-Exposition und Laserbeleuchtung vorhanden sind.

Dieses Mikroskopvideo liefert ein Beispiel für die Bildung von thermischen und Kavitationsläsionen in einem Gel-Phantom mit Nanostäben, die hochintensiven fokussierten Ultraschall- und Laserbeleuchtungs- und Laserbeleuchtungausgesetzt sind. Beim Versuch dieses Verfahrens ist es wichtig, beim Umgang mit den Chemikalien nicht an geeignete persönliche Schutzausrüstung enden zu müssen und sicherzustellen, dass bei der Verwendung des Lasers ein korrekter Augenschutz verwendet wird. Nach ihrer Entwicklung könnte diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der hochintensiven fokussierten Ultraschalltherapie ebnen, um mit molekularzielreichen Nanopartikeln zu erforschen, um Krebsbehandlungen durch gezielte und schnelle thermische Ablationen zu verbessern.