Nucleación controlable de la cavitación de la plasmónica nanopartículas de oro para aumentar la intensidad alta enfocada ultrasonido aplicaciones

Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo de ultrasonido centrado en la alta intensidad, como puede la cavitación nucleada por ultrasonido láser se puede utilizar para guiar, y también mejorar los tratamientos contra el cáncer HIFU. La principal ventaja de esta técnica es que a través de la combinación de nanopartículas, HIFU e iluminación láser, puede superar las limitaciones de cada una de estas modalidades por sí mismos. Fabricar fantasmas para demostrar el método de nucleación.

Comience con agua des-ionizada, desgasificado y a temperatura ambiente en un vaso de precipitados de vidrio. Además, preparar una solución de acrilamida/bis-acrilamida del 40% de peso en volumen. Añadir la solución al agua, seguido de un tampón, y persulfato de amonio.

Coloque el vaso de precipitados dentro de una cámara de vacío situada sobre una placa de agitador magnético. Agregue una barra de agitación magnética de PTFE de 40 milímetros de largo al vaso de precipitados y revuelva a velocidad media. Añadir lentamente polvo de albúmina sérica bovina.

Cuando haya terminado, cierre la cámara de vacío e inicie la bomba de vacío. Mantenga el vacío objetivo y continúe revolviendo durante 60 minutos. A continuación, suelte el vacío y continúe trabajando con la solución.

Agregue nanopartículas para fantasmas que las requieran. Para todos los fantasmas, agregue el catalizador. Después de cinco minutos de mezcla, vierta la solución en moldes individuales y espere 20 minutos.

Este es un ejemplo de un fantasma que se establece y se elimina del molde. Está listo para usar en el experimento. Una vez que los fantasmas estén establecidos, guarde los fantasmas desmoldeados en un recipiente hermético.

Para producir un fantasma de alineación, comience con la solución fantasma. Coloque el vaso de precipitados y revuelva la barra en una cámara de vacío sobre un agitador magnético. Comience a agitar a velocidad media y bombee la cámara hasta el vacío objetivo.

Después de recuperar la solución, vierta 25 mililitros en un molde y agregue el catalizador. Espere 20 minutos antes de colocar un objetivo de metal esférico de un milímetro en el centro del fantasma. Luego, vierta otros 25 mililitros de la solución fantasma en el molde.

Agregue el catalizador y espere otros 20 minutos. Cuando se establece, el fantasma de alineación está listo para su uso o almacenamiento en un contenedor hermético. Prepare la configuración para el experimento.

Para ello, tenga un tanque de agua acrílica con 4,5 litros de agua desoxizada y desgasizada. En un extremo del tanque, coloque un absorbedor acústico. A continuación, preste atención al transductor de ultrasonido enfocado de alta intensidad.

Montarlo y es co-alineado hidrófono de banda ancha en una etapa de micrómetro de tres ejes. Sumerja completamente el transductor y el hidrófono en el tanque para hacer frente al absorbedor. Conecte el transductor a un circuito de coincidencia de impedancia que le permitirá ser conducido en su tercer armónico.

Este circuito está conectado directamente a la salida de un amplificador de potencia RF, que tiene un generador de función digital como su entrada. El generador de funciones se programa de forma remota. Después de la calibración, obtenga un fantasma de alineación para continuar la configuración.

El fantasma debe estar en un soporte impreso en 3D y montado en una etapa 3D automatizada. Coloque el fantasma de modo que el objetivo magnético esté en el pico focal aproximado del transductor. Ahora, conecte el hidrófono directamente a la tarjeta de adquisición de datos.

Utilice el transductor y el hidrófono para controlar el ecolocalización del objetivo de alineación. Envíe una ráfaga de tres microsegundos y 10 ciclos y vea la señal detectada en tiempo real en el ordenador. Ajuste la etapa del micrómetro del transductor para cambiar la hora de vuelo y la amplitud de la señal.

El sistema se alinea una vez que el tiempo de vuelo es de 85 microsegundos y se maximiza la amplitud de la señal. A continuación, conecte el hidrófono de banda ancha directamente a un filtro de paso alto de cinco megahercios. Envíe la señal a través de un preamplificador de 40 decibelios y, a continuación, a una tarjeta de adquisición de datos.

Ahora, configure la iluminación láser para la muestra. Sincronice un láser de pulso de 532 nanómetros con el generador de funciones mediante un generador de pulsos de retardo digital TTL. Utilice el láser para bombear un oscilador paramétrico óptico.

Acoplar su salida en el fantasma con un haz de fibra de dos milímetros. En el tanque, monte esta fibra en una etapa de micrómetros. Coloque la fibra delante del fantasma en un ángulo de 45 grados desde el eje acústico.

Para la alineación, utilice luz visible. Coloque el haz para que el objetivo de alineación tenga el objetivo de alineación en el centro de un punto láser de 15 milímetros. Por último, coloque un microscopio digital y una fuente de luz blanca en lados opuestos del tanque de agua.

Monte el microscopio en una etapa de micrómetro. Colótrelo para que el objetivo de alineación se enfoque en su campo de visión. Asegúrese de que el fantasma correcto esté en su lugar.

En este caso, el fantasma de tejido apropiado reemplaza el fantasma de alineación. Ajuste la longitud de onda del láser con la resonancia del plasmón superficial de la nanopartícula. En el ordenador de control, configure el transductor para producir una ráfaga de 10 ciclos y para ajustar la fluidez del láser.

Apunte al pico focal de la ráfaga de ultrasonido focal de alta intensidad de 10 milímetros de profundidad y a 13 ubicaciones únicas en la dirección vertical espaciadas por cinco milímetros. Asegúrese de que un fantasma de tejido esté en su lugar en el tanque. A continuación, con el software, establezca los parámetros de fluencia y exposición continua a ondas.

Utilice el microscopio para registrar la formación de lesiones térmicas, ya que el ultrasonido enfocado de alta intensidad con una presión negativa máxima elegida se dirige a un solo lugar. Estos datos son voltaje detector en comparación con el tiempo para la exposición de ultrasonidos focalizada de corta y alta intensidad para diferentes fantasmas en diferentes condiciones. En estos conjuntos de datos, los fantasmas también estaban expuestos a la iluminación láser.

Sin embargo, un fantasma no tenía nanorods y un fantasma lo hizo. En estos conjuntos de datos, ambos fantasmas tenían nanorods, pero uno estaba expuesto a la iluminación láser y el otro fantasma no. Esto demuestra que las emisiones de banda ancha se detectan solo cuando las nanopartículas, la exposición a ultrasonidos y la iluminación láser están presentes.

Este video del microscopio proporciona un ejemplo de la formación de lesiones térmicas y de cavitación en un fantasma de gel con nanorods expuestos a ultrasonidos y iluminación láser enfocados de alta intensidad. Al intentar este procedimiento, es importante recordar usar un equipo de protección personal adecuado al manipular los productos químicos y asegurarse de que se utiliza una protección ocular correcta cuando se utiliza el láser. Después de su desarrollo, esta técnica podría allanar el camino para que los investigadores en el campo de la terapia de ultrasonido de alta intensidad enfocada explorar el uso de nanopartículas moleculares dirigidas para mejorar los tratamientos oncológicos a través de ablaciones térmicas dirigidas y rápidas.