Name: Formulierung und akustische Modulation von optisch verdampften Perfluorcarbon-Nanotröpfchen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-07-16T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 44 s
Description: Lernen Sie die Herstellung und akustische Modulation von optisch verdampften Perfluorcarbon-Nanotröpfchen für verbesserte Ultraschallbildgebung. Diese Methode erfordert keine zusätzliche Ausrüstung und ist auf programmierbaren Ultraschallsystemen durchführbar.

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Die Arbeit wurde teilweise von der Breast Cancer Research Foundation im Rahmen des Zuschusses BCRF-20-043 unterstützt.

1. Perfluorkohlenstoff-Nanotröpfchen-Formulierung
<ol><li>Spülen Sie einen 10-ml-Rundkolben mit Chloroform aus und waschen Sie eine gasdichte 10-μL- und 1-ml-Glasspritze mit Chloroform aus, indem Sie das gesamte Spritzenvolumen wiederholt absaugen und insgesamt dreimal ausstoßen. ACHTUNG: Chloroform ist flüchtig und kann beim Einatmen giftig sein. Alle Arbeiten mit diesem Lösungsmittel sollten in einem Abzug durchgeführt werden.</li>
	<li>Mit den Spritzen werden 200 μL DSPE-mPEG2000 (25 mg/ml), 6,3 μL 1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholin (DSPC, 25 mg/ml) und 1 ml IR 1048 (1 mg/ml in Chloroform) in den Rundkolben gegeben. Denken Sie daran, die Spritzen zwischen Lipiden / Farbstoffen zu reinigen, um eine Kontamination des Stoffes zu vermeiden. HINWEIS: Infrarotfarbstoffe sind lichtempfindlich und die Arbeit sollte unter schlechten Bedingungen durchgeführt werden oder Kolben sollten mit Aluminiumfolie bedeckt sein.</li>
	<li>Entfernen Sie das Lösungsmittel mit einem Rotationsverdampfer. Stellen Sie sicher, dass das Vakuum langsam auf 332 mbar eingestellt wird, um Stöße zu vermeiden. Reduzieren Sie nach 5 Minuten den Druck auf 42 mbar, um eventuell in die Lösung eingedrungenes Wasser zu entfernen. HINWEIS: Der Lipidkuchen kann über Nacht in einem runden Bodenkolben gelagert werden, der mit Parafilm bedeckt ist, bei 4 °C.</li>
	<li>Suspendieren Sie den Lipidkuchen in 1 ml phosphatgepufferter Kochsalzlösung (PBS) und beschallen oder wirbeln Sie bei Raumtemperatur für 5 min oder bis der gesamte Lipidkuchen suspendiert und in der Lösung gelöst wurde. Beschallen Sie für weitere 2 Minuten, um die Lösung zu homogenisieren.</li>
	<li>Die Lösung wird in eine Durchstechflasche aus 7-ml-Glas gegeben und die Durchstechflasche in eine mit Eis gefüllte Glasschale gegeben, damit die Lösung 5 Minuten lang abkühlen kann, bevor 50 μl Perfluorhexan mit einer gasdichten Glasspritze hinzugefügt werden. Denken Sie daran, die Spritze mit Perfluorhexan auszuspülen, bevor Sie sie in die Durchstechflasche geben.</li>
	<li>Legen Sie die Durchstechflasche aus Glas mit den Lipiden und dem Eisbad in das Sondenbeschallgehäuse und tauchen Sie die Sondenspitze unter den Miniskus. Stellen Sie sicher, dass die Seiten der Ultraschallsonde den Rand der Durchstechflasche aus Glas nicht berühren.</li>
	<li>Sonde beschallen Sie die Mischung mit den folgenden Einstellungen: Amplitude 1, Prozesszeit: 20 s, Pulse-On: 1s, Pulse-off: 5s. Dann beschallen Sie mit den folgenden Einstellungen: Amplitude: 50, Prozesszeit: 5 s, Pulse-on: 1 s, Pulse-off: 10 s.</li>
	<li>Die Nanotröpfchenlösung wird in ein 1,5-ml-Zentrifugenröhrchen überführt und 3 min lang bei 300 x g zentrifugiert, um die größeren Tröpfchen (>1 μm) von kleineren Tröpfchen zu trennen.</li>
	<li>Entsorgen Sie das Pellet und geben Sie den Überstand in ein anderes 1,5-ml-Zentrifugenröhrchen. Waschen Sie den Überstand durch Zentrifugieren bei 3000 x g für 5 Minuten, um alle Tröpfchen in Lösung zu pelletieren. Resuspendieren Sie die PFCnDs in 1 ml PBS, indem Sie das Pellet auf und ab pipettieren und dann in einem Badesonikator für 1 Minute beschallen.</li>
	<li>Messen Sie die Größe der Tröpfchen mit dynamischer Lichtstreuung (DLS). Verdünnen Sie die PFCnD-Bestände um das 100-fache (10 μL PFCnD-Bestand in 990 μL PBS) und baden Sie Ultraschall, um die PFCnDs vor der Messung zu dispergieren. Repräsentative Ergebnisse sind in Abbildung 1 dargestellt.</li>
	<li>Bestimmen Sie die Konzentration der PFCnDs mit dem Nanopartikel-Tracking-Analysator (siehe Materialtabelle). Verdünnen Sie die PFCnDs um das 100- bis 1000-fache, um eine genaue Messung der Konzentration zu gewährleisten. Das Protokoll liefert typischerweise Tröpfchen in einer Konzentration in der Größenordnung von 1010 Partikeln / ml.</li>
	<li>Bereiten Sie 10 ml Ultraschall-Kopplungsgel in einem 50-ml-Zentrifugenröhrchen vor und fügen Sie 1% (v / v) oder 100 μL PFCnDs hinzu, um eine Lösung von ~ 108 Partikeln / ml herzustellen. Wirbeln Sie die zu mischende Lösung. Zentrifugieren Sie die Mischung bei 4000 x g für 3 min, um Blasen zu entfernen.</li>
</ol>2. Polyacrylamid-Phantompräparation
<ol><li>Entgasen Sie Wasser, indem Sie einen 500-ml-Isolierkolben mit 400 ml entionisiertem Wasser füllen, mit einem Gummikorken verschließen und den Kolben an die Vakuumleitung anschließen. Öffnen Sie die Vakuumleitung und tauchen Sie den Boden des Kolbens in den Badsonikator. 5 min beschallen oder bis keine Gasblasenbildung sichtbar ist.</li>
	<li>Bereiten Sie 10% ige Ammoniumpersulfat (APS) -Lösung durch Auflösen von 500 mg in 5 ml entgastem Wasser vor. Schwenken Sie die Lösung vorsichtig, wenn sich das Ammoniumpersulfat nicht vollständig auflöst.</li>
	<li>In einem 400-ml-Becherglas mit einem Rührbalken auf einer Rührplatte werden 150 ml entgastes Wasser und 50 ml 40% (w/v) Acrylamid-Bisacrylamid-Lösung zu 200 mL 10%iger Acrylamid-Bisacrylamid-Lösung gegeben. Rühren Sie die Mischung bei 200 U/min, um das richtige Mischen ohne Blasen zu ermöglichen. ACHTUNG: Acrylamid ist ein Karzinogen, und alle Arbeiten sollten in einem Abzug mit Handschuhen durchgeführt werden, insbesondere wenn mit Acrylamid in Pulverform gearbeitet wird.</li>
	<li>400 mg Kieselsäure werden abgewogen und zu der 10%igen Acrylamid-Bisacrylamid-Lösung aus Schritt 2.3 gegeben, um eine 0,2 %(w/v) Siliciumdioxid- und Acrylamidlösung zu bilden. VORSICHT: Kieselsäure kann beim Einatmen krebserregend sein. Alle Arbeiten, einschließlich des Wiegens, sollten in einem Abzug durchgeführt werden.</li>
	<li>Bereiten Sie eine 58 mm x 58 mm x 78 mm große quadratische Form mit zylindrischem Einschluss vor, indem Sie die Spitzen einer Kunststofftransferpipette abschneiden und mit Laborband in der Form abstützen. Siehe Abbildung 2.</li>
	<li>2 ml 10%ige APS-Lösung in das Becherglas geben, um eine Endkonzentration von 0,1% APS zu erhalten, und 250 μL Tetramethylethylendiamin (TEMED) in die Phantomlösung geben. Lassen Sie die Lösung kurz umrühren (weniger als eine Minute).</li>
	<li>Gießen Sie die Lösung schnell in die Form und achten Sie darauf, keine Luftblasen in die Lösung einzuführen. Die Lösung sollte innerhalb von 10 min polymerisieren. Entfernen Sie das Phantom, indem Sie das flache Ende eines Laborspatels um den Rand der Form laufen lassen und die Form umkehren. HINWEIS: Diese Phantome können mehrfach wiederverwendet werden und sollten in Wasser getaucht und bei 4°C gelagert werden.</li>
</ol>3. Perfluorkohlenstoff-Nanotröpfchen-Bildgebung
<ol><li>Schalten Sie das gepulste Lasersystem ein und erwärmen Sie es für ~20 Minuten gemäß den Anweisungen des Herstellers. Stellen Sie sicher, dass das faseroptische Bündel ordnungsgemäß mit dem Laserausgang verbunden ist und die beiden Beine ordnungsgemäß im Faserbündelhalter platziert sind.</li>
	<li>Schalten Sie das Ultraschallbildgebungssystem ein, schließen Sie den Array-Bildgebungswandler (L11-4v) an das System an und befestigen Sie den Schallkopf in der Halterung, um seine Bildebene mit dem Laserquerschnitt auszurichten.</li>
	<li>Stellen Sie die Pulswiederholfrequenz des Lasersystems auf 10 Hz ein und platzieren Sie ein Powermeter am Ende des Faserbündels, um die Energie zu messen. Stellen Sie die Q-Switch-Verzögerung ein, bis die geschätzte Fluenz 70 mJ/cm2 beträgt. ACHTUNG: Beim Abfeuern des Lasers muss eine geeignete Brille getragen werden und Laservorhänge müssen den Raum umschließen.</li>
	<li>Verfüllung eines der Kanäle im Polyacrylamidphantom mit dem Ultraschallgel/PFCnD-Gemisch mit einer 1-ml-Kunststoff-Sliptip-Spritze. Bedecken Sie die Oberseite des Kanals großzügig mit Ultraschallgel und entfernen Sie alle Blasen mit einer 1-ml-Kunststoffspritze. Platzieren Sie das Polyacrylamidphantom unter dem Wandler und dem Faserbündel, wie in Abbildung 3 dargestellt.</li>
	<li>Verwenden Sie die kombinierte Laserultraschall- und Elastizitätsplattform (CLUE), die auf der Software20 basiert, um PFCnD synchronisiert mit optischer Aktivierung abzubilden. Ändern Sie die allgemeinen benutzerdefinierten Parameter in der Param-Struktur für die Bildgebung: Stellen Sie die Start-/Endtiefe auf 0/40 mm, die Mittenfrequenz auf 6,9 MHz und den Wandlernamen auf "L11-4v" ein.</li>
	<li>Definieren Sie einen neuen RunCase und entwerfen Sie eine Modulsequenz für wiederholte optische Aktivierung/Rekondensation und US-Bildgebung von PFHnDs. Dies geschieht durch die Auflistung vordefinierter Module wie Ultrafast Imaging (mUF), externer Laser (mExtLaser) und Idle (mIdle).<ol><li>Wiederholen Sie den Sequenzsatz mExtLaser-mIdle-mUF-mExtLaser-mUF zweimal, um sowohl n-Puls- als auch p-Puls-Bilddaten zu erfassen. HINWEIS: Das erste mExtLaser-Modul in jeder Sequenz wird als Scheinlaser eingestellt, indem ExtLaser.Enable auf 0 gesetzt wird, und der 'mIdle' ist enthalten, um die Zeit zwischen US-Hintergrundbildern und den n/p-Puls-US-Bildern nach Laseraktivierung zu minimieren.</li>
	</ol></li>
	<li>Legen Sie Modulparameter für jedes Modul fest, das in der Modulsequenz des aktuellen Ausführungsfalls platziert wird. Greifen Sie auf jeden Modulparameter über einen Index zu, der seiner Reihenfolge in der Modulreihenfolge entspricht. Module führen vordefinierte Operationen mit Modulparametern aus, die hier vom Benutzer festgelegt werden.<ol><li>Stellen Sie ExtLaser.QSdelay in externen Lasermodulen auf den Wert der in Schritt 3.3 abgestimmten Laser-Q-Switch-Verzögerung in Mikrosekunden ein. Dieses Modul wartet auf den Blitzlampenauslöser des Lasersystems und erzeugt den Q-Switch-Trigger nach der in QSdelay angegebenen Verzögerung.</li>
		<li>Legen Sie im ultraschnellen Bildgebungsmodul Resource.numFrame auf 100, SeqControl.PRI auf 200 (μs) und TW.polarity auf 1 für P-Puls und -1 für N-Puls fest (siehe Abbildung 4 für die entsprechende Pulsform). Dieses Modul sendet ultraschnelle 0-Grad-Planarwellen mit dem in TW.polarity angegebenen Pulstyp.<ol><li>Erfassen Sie ein Bildfenster mit voller Blende von 38,8 mm Breite für die Anzahl der Frames in Resource.numFrame, das Pulswiederholungsintervall von SeqControl.PRI und speichern Sie dann Daten für die Offline-Verarbeitung.</li>
		</ol></li>
		<li>Stellen Sie SeqControl.lastPRI_Module im Leerlaufmodul auf die Zeitspanne zwischen den Laserpulsen (100 ms) ein, subtrahiert durch Q-Switch-Verzögerung, Bilddatenerfassungszeit (20 ms) und einen Spielraum von 20 μs für die Übertragung des Signals. Dieses Modul hält das System für die Zeit im Zustand "Kein Betrieb", SeqControl.lastPRI_Module die Zeitlücke zwischen dem Ende der Bilddatenerfassung und der nächsten Laserpulsanregung zu schließen.</li>
	</ol></li>
</ol>

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</ol>

Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Die Sondenbeschallung ist eine relativ einfache und leicht zu erlernende Methode zur Herstellung von PFCnDs. Es gibt ein paar Schritte, bei denen Vorsicht geboten ist. Beim Umgang mit Chloroform ist es unerlässlich, dass eine Verdrängerpipette oder Glasspritzen verwendet werden, da diese flüchtig ist und aus Standard-Luftverdrängerpipetten "ausläuft". Wenn Sie eine positive Verschiebung verwenden, stellen Sie außerdem sicher, dass eine geeignete Spitze verwendet wird, da Chloroform die meisten Kunststoffspitzen auflöst, ...

Mikrobläschen sind aufgrund ihrer Biokompatibilität und ausgezeichneten Echogenität im Vergleich zu Weichteilen das am weitesten verbreitete Ultraschallkontrastmittel. Dies macht sie zu wertvollen Werkzeugen zur Visualisierung des Blutflusses, der Organabgrenzung und anderer Anwendungen1. Ihre Größe (1-10 μm), die sie aufgrund ihrer Resonanzfrequenz für die Bildgebung außergewöhnlich macht, beschränkt ihre Anwendungen jedoch auf das Gefäßsystem2.
Diese Einschränkung hat zur Entwicklung von PFCnDs geführt, bei denen es sich um Nanoemulsionen handelt, die aus einem Tensid bestehen, das um einen flüssigen Perfluorkohlenstoffkern herum eingeschlossen ist. Diese Nanopartikel können in Größen von nur 200 nm synthetisiert werden und sind so konzipiert, dass sie "undichte" Gefäße oder Poren und offene Fensteröffnungen in Tumorgefäßen nutzen. Während diese Störungen tumorabhängig sind, ermöglicht diese Permeabilität eine Extravasation von Nanopartikeln von ~200 nm - 1,2 μm je nach Tumor 3,4. In ihrer Ausgangsform erzeugen diese Partikel wenig bis gar keinen Ultraschallkontrast. Nach der Verdampfung - akustisch oder optisch induziert - wechselt die Kernphase von flüssig zu gasförmig, wodurch eine zweieinhalb- bis fünffache Vergrößerung des Durchmessersum 5,6,7 induziert wird und ein photoakustischer und Ultraschallkontrast erzeugt wird. Während die akustische Verdampfung die gebräuchlichste Aktivierungsmethode ist, erzeugt dieser Ansatz akustische Artefakte, die die Abbildung der Verdampfung einschränken. Darüber hinaus benötigen die meisten Perfluorkohlenwasserstoffe fokussierten Ultraschall mit einem mechanischen Index jenseits der Sicherheitsschwelle, um zu verdampfen8. Dies hat zur Entwicklung von PFCnDs mit niedrigerem Siedepunkt geführt, die durch Kondensieren von Mikrobläschen zu Nanotröpfchen synthetisiert werden können9. Diese Tröpfchen sind jedoch flüchtiger und unterliegen einer spontanen Verdampfung10.
Die optische Tröpfchenverdampfung (ODV) hingegen erfordert die Zugabe eines optischen Triggers wie Nanopartikel 11,12,13 oder Farbstoff 6,14,15 und kann Perfluorkohlenwasserstoffe mit höherem Siedepunkt unter Verwendung von Fluenzen innerhalb der ANSI-Sicherheitsgrenze 11 verdampfen. PFCnDs, die mit Kernen mit höherem Siedepunkt synthetisiert werden, sind stabiler und kondensieren nach der Verdampfung wieder, was eine hintergrundfreie Bildgebung16, Multiplexing 17 und eine Superauflösung18 ermöglicht. Eine der Haupteinschränkungen dieser Techniken ist die Tatsache, dass PFCnDs mit hohem Siedepunkt nach der Verdampfung nur für einen kurzen Zeitraum auf der Skala vonMillisekunden 19 echogen sind und relativ schwach sind. Während dieses Problem durch wiederholte Verdampfungen und Mittelwertbildung gemildert werden kann, bleibt die Erkennung und Trennung des Tröpfchensignals eine Herausforderung.
Inspiriert von der Pulsinversion können Dauer und Kontrast durch Modifizierung der Phase des Ultraschallbildpulses19 erhöht werden. Durch den Start des Ultraschall-Bildgebungspulses mit einer Verdünnungsphase (n-Puls) erhöht sich sowohl die Dauer als auch der Kontrast der verdampften PFCnDs. Im Gegensatz dazu führt das Starten des Ultraschallbildpulses mit einer Kompressionsphase (p-Puls) zu einem reduzierten Kontrast und einer kürzeren Dauer. Dieser Artikel beschreibt, wie optisch triggerbare Perfluorcarbon-Nanotröpfchen, Polyacrylamid-Phantome, die üblicherweise in der Bildgebung verwendet werden, synthetisiert werden können, und demonstriert Kontrastverstärkung und verbesserte Signallanglebigkeit durch akustische Modulation.

<table><tbody><tr><td>Ammoniumpersulfat (APS)</td><td>VWR</td><td>97064-592</td><td></td></tr><tr><td>1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholin (DSPC)</td><td>Avanti Polare Lipide</td><td>850365C</td><td>Lipide, diese können in Chloroform oder in Pulverform suspendiert erworben werden. Für die Langzeitlagerung ist die Pulverform am besten, aber Chloroform ist praktischer.</td></tr><tr><td>1,2-Distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamin-N-[methoxy(polyethylenglykol)-2000] (Ammoniumsalz) (DSPE-PEG)</td><td>Avanti Polare Lipide</td><td>880120C</td><td>Lipide, diese können in Chloroform oder in Pulverform suspendiert erworben werden. Für die Langzeitlagerung ist die Pulverform am besten, aber Chloroform ist praktischer.</td></tr><tr><td>Acrylamid : Bisacrylamid-Lösung (19:1) 40% (w/v), OmniPur&reg;</td><td>VWR</td><td>EM-1300</td><td>Acrylamidlösung, niedrigere Konzentration/ Pulver</td></tr><tr><td>IR-1048</td><td>Sigma</td><td>405175</td><td>Infrarotfarbstoff</td></tr><tr><td>L11-4v</td><td>Verasonics-Ultraschall</td> <td>Linearer Array-Wandler</td><td></td></tr> <tr><td>Mikrospitze 1/8"</td><td>Qsonica LLC</td><td>4418</td><td>Mikrospitze für Sonden-Ultraschallgerät</td></tr><tr><td>N, N, N&prime;, N&prime; -Tetramethylethylendiamin (TEMED)</td><td>VWR</td><td>97064-902</td><td>Wird verwendet, um Polyacrylamid durch Bildung von freien Radikalen in Gegenwart von Ammoniumpersulfat zu polymerisieren</td></tr><tr><td>Nova II</td><td>Ophir-Spiricon</td><td>7Z01550</td><td>Laserleistungsmesser</td></tr><tr><td>Perfluorhexan</td><td>Fluoromed</td><td>APF-60M</td><td>Perfluorkohlenstoffflüssigkeit</td></tr><tr><td>Phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS) Tabletten</td><td>VWR</td><td>97062-732</td><td>Tabletten zur Herstellung von PBS</td></tr><tr><td>Q500</td><td>Qsonica LLC</td><td>Q500-110</td><td>Sonden-Ultraschallgerät</td></tr><tr><td>Kieselgel</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>288500</td><td>2-25 &mu; m Partikelgröße</td></tr><tr><td>Tempest 30</td><td>New Wave</td><td></td> <td>Research-Gepulstes Lasersystem</td></tr><tr><td>Vantage 128</td><td>Verasonics-Forschungs-Ultraschallbildgebungssystem</td><td></td><td></td></tr> <tr><td>Zetasizer Nano ZS</td><td>Malvern Instruments Ltd-Führt</td><td></td> <td>Größenmessungen auf der Grundlage dynamischer Lichtstreuung durch</td></tr></tbody></table>

formulierung und akustische modulation von optisch verdampften perfluorcarbon-nanotröpfchen

Formulation and Acoustic Modulation of Optically Vaporized Perfluorocarbon Nanodroplets

Mikrobläschen sind das am häufigsten verwendete bildgebende Kontrastmittel im Ultraschall. Aufgrund ihrer Größe sind sie jedoch auf Gefäßkompartimente beschränkt. Diese Mikrobläschen können kondensiert oder als Perfluorkohlenstoff-Nanotröpfchen (PFCnDs) formuliert werden, die klein genug sind, um zu extravasieren und dann akustisch an der Zielstelle ausgelöst zu werden. Diese Nanopartikel können durch die Aufnahme eines optischen Absorbers wie organischer Farbstoff im nahen Infrarot oder Nanopartikel (z. B. Kupfersulfid-Nanopartikel oder Goldnanopartikel / Nanostäbchen) weiter verbessert werden. Optisch markierte PFCnDs können durch Laserbestrahlung in einem Prozess verdampft werden, der als optische Tröpfchenverdampfung (ODV) bekannt ist. Dieser Aktivierungsprozess ermöglicht die Verwendung von Perfluorkohlenstoffkernen mit hohem Siedepunkt, die unter der maximalen mechanischen Indexschwelle für die diagnostische Bildgebung nicht akustisch verdampft werden können. Kerne mit höherem Siedepunkt führen zu Tröpfchen, die nach der Verdampfung wieder kondensieren, was zu "blinkenden" PFCnDs führt, die nach der Verdampfung kurz Kontrast erzeugen, bevor sie wieder in Nanotröpfchenform kondensieren. Dieser Vorgang kann wiederholt werden, um bei Bedarf Kontrast zu erzeugen, was eine hintergrundfreie Bildgebung, Multiplexing, Superauflösung und Kontrastverstärkung durch optische und akustische Modulation ermöglicht. Dieser Artikel zeigt, wie optisch triggerbare PFCnDs mit Lipidhülle unter Verwendung von Sondenbeschallung synthetisiert, Polyacrylamidphantome zur Charakterisierung der Nanotröpfchen erzeugt und die PFCnDs nach ODV akustisch moduliert werden, um den Kontrast zu verbessern.

Eine erfolgreiche Formulierung und zentrifugale Trennung der PFCnDs sollte Tröpfchen mit einem Durchmesser von 200-300 nm ergeben (Abbildung 1A). Unsachgemäß getrennte Tröpfchen können kleine Peaks um 1 μm aufweisen. Diese Lösungen können weiter beschallt werden, um die größeren Tröpfchen aufzubrechen. Die Größe der Tröpfchen nimmt im Laufe der Zeit aufgrund von Koaleszenz und/oder Diffusion in einem Prozess zu, der als Ostwaldreifung bekannt ist21,22<sup c...

Optisch aktivierte Perfluorcarbon-Nanotröpfchen sind vielversprechend in bildgebenden Anwendungen außerhalb des Gefäßsystems. Dieser Artikel zeigt, wie diese Partikel synthetisiert, Polyacrylamidphantome vernetzt und die Tröpfchen akustisch moduliert werden, um ihr Signal zu verstärken.

Formulierung und akustische Modulation von optisch verdampften Perfluorcarbon-Nanotröpfchen

Microbubbles are the most commonly used imaging contrast agent in ultrasound. However, due to their size, they are limited to vascular compartments. These ...

Dieses Protokoll ermöglicht eine einfache und schnelle Synthese von optisch verdampften Perfluorcarbon-Nanotröpfchen und bietet eine Methode zur Verbesserung der Leistung dieser Partikel. Die Personenversion ermöglicht die Verbesserung des Kontrasts, indem zuerst die Phase der Ultraschallbildgebung manipuliert wird. Es erfordert keine zusätzliche Ausrüstung und kann auf jedem programmierbaren Ultraschallsystem durchgeführt werden.Beginnen Sie mit dem Spülen eines 10-Milliliter-Rundkolbens mit Chloroform und waschen Sie eine 10 Mikroliter und einen Milliliter gasdichte Glasspritze mit Chloroform aus, indem Sie das gesamte Spritzenvolumen wiederholt absaugen und insgesamt dreimal ausstoßen. Mit den Spritzen werden 200 Mikroliter 25 Milligramm pro Milliliter DSPE-mPEG-2000, acht Mikroliter 10 Milligramm pro Milliliter DSPC und ein Milliliter ein Milligramm pro Milliliter IR-1048 in den runden Bodenkolben gegeben. Denken Sie daran, die Spritzen zwischen Lipiden oder Farbstoff zu reinigen, um eine Kontamination in der Brühe zu vermeiden.Entfernen Sie das Lösungsmittel mit einem Rotationsverdampfer. Stellen Sie sicher, dass das Vakuum langsam auf 332 Millibar eingestellt wird, um Stöße zu vermeiden. Reduzieren Sie nach fünf Minuten den Druck auf 42 Millibar, um eventuell in die Lösung eingedrungenes Wasser zu entfernen.Suspendieren Sie den Lipidkuchen in einem Milliliter PBS und beschallen oder wirbeln Sie fünf Minuten lang bei Raumtemperatur oder bis der gesamte Lipidkuchen suspendiert und in der Lösung aufgelöst wurde. Die Lösung in eine Durchstechflasche aus Sieben-Milliliter-Glas geben und die Durchstechflasche in eine mit Eis gefüllte Glasschale geben, damit die Lösung fünf Minuten lang abkühlen kann. Spülen Sie eine gasdichte Glasspritze mit Perfluorhexan aus.Dann geben Sie 50 Mikroliter Perfluorhexan mit der Spritze in die Durchstechflasche. Sonde beschallen Sie die Mischung mit der Amplitude auf eins, der Prozesszeit auf 20 Sekunden, dem Impuls auf eine Sekunde und dem Impuls auf fünf Sekunden. Ändern Sie dann die Einstellungen wie im Textmanuskript erwähnt und beschallen Sie die Mischung erneut.Die Nano-Tröpfchenlösung wird in ein 1,5-Milliliter-Zentrifugenröhrchen überführt und drei Minuten lang bei 300 g zentrifugiert, um die größeren Tröpfchen, die mehr als einen Mikrometer groß sind, von den kleineren Tröpfchen zu trennen. Das Pellet wird entsorgt und der Überstand in ein anderes 1,5-Milliliter-Zentrifugenröhrchen überführt. Waschen Sie den Überstand durch Zentrifugieren bei 3.000 g für fünf Minuten, um alle Tröpfchen in der Lösung zu pelletieren.Suspendieren Sie die PFCnDs in einem Milliliter PBS, indem Sie das Pellet auf und ab pipettieren und dann eine Minute lang in einem Badesonikater beschallen. Verdünnen Sie die PFCnDs um das 100-fache, indem Sie 10 Mikroliter PFCnD-Material zu 990 Mikrolitern PBS und Badschall hinzufügen, um die PFCnDs zu dispergieren, bevor sie ihre Größe messen. Messen Sie die Größe der Tröpfchen mit dynamischer Lichtstreuung.Entgasen Sie Wasser, indem Sie einen 500-Milliliter-Isolierkolben mit 400 Milliliter entionisiertem Wasser füllen, mit einem Gummikorken verschließen und den Kolben an die Vakuumleitung anschließen. Öffnen Sie die Vakuumleitung und tauchen Sie den Boden des Kolbens in den Badsonikater. Fünf Minuten lang nuktieren oder bis keine Gasblasenbildung mehr sichtbar ist.Bereiten Sie 10% Ammonium pro Sulfatlösung vor, indem Sie 500 Milligramm in fünf Milliliter entgastem Wasser auflösen. Schwenken Sie die Lösung vorsichtig, wenn sich das Ammoniumpersulfat nicht vollständig auflöst. In einem 400-Milliliter-Becher mit einem Rührbalken auf einer Rührplatte werden 150 Milliliter entgastes Wasser und 50 Milliliter 40-Acrylamid-Bisacrylamid-Lösung zu 200 Milliliter 10%iger Acrylamid-Bisacrylamid-Lösung hinzugefügt.Rühren Sie die Mischung bei 200 U/min, um eine ordnungsgemäße Mischung ohne Blasen zu ermöglichen. Wiegen Sie 400 Milligramm Kieselsäure aus und fügen Sie es der 10% igen Acrylamid-Bisacrylamid-Lösung hinzu, um eine 0,2% ige Siliciumdioxid- und Acrylamidlösung zu bilden. Bereiten Sie eine quadratische Form mit zylindrischem Einschluss vor, indem Sie die Spitzen von einer Kunststofftransferpipette abschneiden und mit Laborband in der Form abstützen.Zwei Milliliter 10%ige Ammoniumpersulfatlösung in das Becherglas geben, um eine Endkonzentration von 0,1% zu erhalten, und 250 Mikroliter TEMED in die Phantomlösung geben. Lassen Sie die Lösung weniger als eine Minute rühren. Gießen Sie die Lösung schnell in die Form und achten Sie darauf, keine Luftblasen in die Lösung einzuführen.Die Lösung sollte innerhalb von 10 Minuten polymerisieren. Entfernen Sie das Phantom, indem Sie das flache Ende eines Laborspatels um den Rand der Form laufen lassen und die Form umkehren. Schalten Sie das gepulste Lasersystem ein und erwärmen Sie es ca. 20 Minuten lang gemäß den Anweisungen des Herstellers.Stellen Sie sicher, dass das faseroptische Bündel ordnungsgemäß mit dem Laserausgang verbunden ist und die beiden Beine ordnungsgemäß im Faserbündelhalter platziert sind. Schließen Sie nach dem Einschalten des Ultraschallbildgebungssystems den Array-Bildwandler an das System an und befestigen Sie den Schallkopf im Halter, um seine Bildebene mit dem Laserquerschnitt auszurichten. Stellen Sie die Pulswiederholfrequenz des Lasersystems auf 10 Hertz ein und platzieren Sie einen Leistungsmesser am Ende des Faserbündels, um die Energie zu messen.Stellen Sie die Q-Schaltverzögerung ein, bis die geschätzte Fluenz 70 Milijoule pro Quadratzentimeter beträgt. Verfüllung eines der Kanäle im Polyacrylamidphantom mit dem Ultraschallgel und der PFCnD-Mischung mit einer Ein-Milliliter-Kunststoff-Slip-Tip-Spritze. Decken Sie die Oberseite des Kanals großzügig mit Ultraschallgel ab und entfernen Sie alle Blasen mit einer Ein-Milliliter-Kunststoff-Slip-Tip-Spritze.Platzieren Sie schließlich das Polyacrylamidphantom unter dem Schallkopf und dem Faserbündel. Die erfolgreiche Formulierung und zentrifugale Trennung der PFCnDs liefert Tröpfchen mit einem Durchmesser von etwa 200 bis 300 Nanometern. Die Größe der Tröpfchen nimmt im Laufe der Zeit aufgrund von Koaleszenzierung und Diffusion in einem Prozess zu, der als Ostwaldreifung bekannt ist.Der Kontrast zum Einschluss für den Endpuls war etwa 3,2-mal größer, das ist eine Verbesserung von 220% als der P-Puls. Die reflexionsarme Fläche wurde für jedes Bild berechnet und um die reflexionsarme Fläche des ersten Frames normalisiert und dann an ein exponentielles Zerfallsmodell angepasst. Die charakteristische Abklingzeit des normalisierten hyperechoarmen Bereichs war in der N-Puls-Bildgebung bis zu 3,5-mal länger als im P-Puls.Die differentiellen B-Mode-Bildrahmen wurden rechtzeitig für jede N-Puls- und P-Puls-Bildgebung aufgezeichnet. Eines der wichtigsten Dinge ist, die Lipide am Boden des Kolbens auszustoßen, um sicherzustellen, dass sie richtig in den Lipidkuchen eingearbeitet werden.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Droplet-based mikrofluidischen Plattformen sind vielversprechende Kandidaten für einen hohen Durchsatz Experimente, da sie in der Lage, Picoliter, Selbst-compartmentalized Schiffe kostengünstig erzeugen bei kHz Preise sind. Durch die Integration mit schnellen, empfindlichen und hoch aufgelöste Fluoreszenz-spektroskopischen Methoden kann die große Mengen von Informationen in diesen Systemen erzeugt effizient extrahiert werden können, genutzt und verwertet werden.

Fluoreszenz-Nachweisverfahren für Mikrofluidik-Tropfen-Plattformen

Phase-shift Nanoemulsionen (PSNE) kann verdampft mit hoher Intensität fokussierter Ultraschall, um lokale Erwärmung und zur Verbesserung thermischen Ablation von Tumoren sein. In diesem Bericht wird die Herstellung von stabilen PSNE mit einer engen Größenverteilung beschrieben. Darüber hinaus wird der Einfluss des verdampften PSNE auf Ultraschall-vermittelte Ablation im Gewebe-ähnlichen Phantomen demonstriert.

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Hierin die Verfahren für die plasmaunterstützte chemische Dampfabscheidung von Perfluoralkane auf mikroporöse Materialien, wie metallorganischen Gerüst ihrer Stabilität und Hydrophobie zu verbessern, beschrieben. Ferner ist Durchbruch Testen Milligramm-Mengen von Proben im Detail beschrieben.

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Ein Protokoll für die Herstellung von hohlen Polymerpartikel und Mikrokapseln durch radikalische Polymerisation mit Emulsionen bestehend aus Styrol, Perfluoro -n-Oktan und wässrige SDS (Natrium Dodecylsulfate) Lösung präsentiert.

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Wir schaffen hier ein Verfahren zur Beschichtung der Oberfläche eine akustische Oberflächenwellen (SAW) Gerät mit amorphen Teflon-Film um die Zerstäubung Effizienz für Anwendung zu einer olfaktorischen Anzeige erforderlich.

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