Nucléation contrôlable de Cavitation de nanoparticules d’or plasmoniques pour renforcer la haute intensité porté Applications ultrasons

Cette méthode peut aider à répondre aux questions clés dans le domaine des ultrasons ciblés de haute intensité, comme peut l’échographie laser cavitation nucléée être utilisé pour guider, et aussi améliorer les traitements du cancer HIFU. Le principal avantage de cette technique est que grâce à la combinaison de nanoparticules, HIFU, et l’éclairage laser, il peut surmonter les limites de chacune de ces modalités par eux-mêmes. Fabriquez des fantômes pour démontrer la méthode de nucléation.

Commencez par de l’eau dé-ionisée, dé-gazée et à température ambiante dans un bécher en verre. En outre, préparer 40% de poids par volume acrylamide / bis-acrylamide solution. Ajouter la solution à l’eau, suivie d’un tampon, et le persulfate d’ammonium.

Placez le bécher à l’intérieur d’une chambre à vide située sur une plaque d’agitateur magnétique. Ajouter une barre magnétique d’agitation PTFE de 40 millimètres de long au bécher et remuer à vitesse moyenne. Ajouter lentement la poudre d’albumine de sérum bovin.

Une fois terminé, fermez la chambre à vide et démarrez la pompe à vide. Maintenir le vide cible et continuer à remuer pendant 60 minutes. Ensuite, relâchez le vide et continuez à travailler avec la solution.

Ajouter des nanoparticules pour les fantômes qui en ont besoin. Pour tous les fantômes, ajouter le catalyseur. Après cinq minutes de mélange, verser la solution dans des moules individuels et attendre 20 minutes.

Il s’agit d’un exemple d’un fantôme qui est réglé et a été retiré du moule. Il est prêt à l’emploi dans l’expérience. Une fois les fantômes réglés, conservez les fantômes démolés dans un contenant hermétique.

Pour produire un fantôme d’alignement, commencez par la solution fantôme. Placer le bécher et remuer la barre dans une chambre à vide sur un agitateur magnétique. Commencez à remuer à vitesse moyenne et pompez la chambre jusqu’au vide cible.

Après avoir récupéré la solution, verser 25 millilitres dans un moule et ajouter le catalyseur. Attendez 20 minutes avant de placer une cible métallique sphérique d’un millimètre au centre du fantôme. Puis, versez encore 25 millilitres de la solution fantôme dans le moule.

Ajouter le catalyseur et attendre encore 20 minutes. Lorsqu’il est réglé, le fantôme d’alignement est prêt à être utilisé ou entreposé dans un contenant hermétique. Préparez la configuration de l’expérience.

Pour cela, avoir un réservoir d’eau acrylique avec 4,5 litres d’eau dé-ionisée et dé-gazée. À une extrémité du réservoir, placez un absorbeur acoustique. Ensuite, tournez l’attention sur le transducteur d’ultrasons focalisée de haute intensité.

Montez-le et c’est l’hydrophone à large bande co-aligné sur une étape de micromètre à trois axes. Submergez complètement le transducteur et l’hydrophone dans le réservoir pour faire face à l’absorbeur. Connectez le transducteur à un circuit correspondant à l’impédance qui lui permettra d’être conduit à son troisième harmonique.

Ce circuit est relié directement à la sortie d’un amplificateur de puissance RF, qui a un générateur de fonction numérique comme son entrée. Le générateur de fonction est programmé à distance. Après étalonnage, obtenez un fantôme d’alignement pour continuer à mettre en place.

Le fantôme doit être dans un support imprimé 3D et monté sur une scène 3D automatisée. Placez le fantôme de sorte que la cible magnétique est au sommet focal approximatif du transducteur. Maintenant, connectez l’hydrophone directement à la carte d’acquisition de données.

Utilisez le transducteur et l’hydrophone pour faire écho à la cible d’alignement. Envoyez une rafale de trois microsecondes et de 10 cycles et affichez le signal détecté en temps réel sur l’ordinateur. Ajustez l’étage micromètre du transducteur pour modifier l’heure de vol et l’amplitude du signal.

Le système est aligné une fois que le temps de vol est de 85 microsecondes et que l’amplitude du signal est maximisée. Ensuite, connectez l’hydrophone à large bande directement à un filtre à passage élevé de cinq mégahertz. Envoyez le signal par un pré-amplificateur de 40 décibels, puis vers une carte d’acquisition de données.

Maintenant, installez l’éclairage laser pour l’échantillon. Synchronisez un laser à impulsions de 532 nanomètres avec le générateur de fonction par un générateur d’impulsions numériques TTL. Utilisez le laser pour pomper un oscillateur paramétrique optique.

Couplez sa sortie dans le fantôme avec un faisceau de fibres de deux millimètres. Au réservoir, monter cette fibre sur une scène de micromètre. Placez la fibre devant le fantôme à un angle de 45 degrés par rapport à l’axe acoustique.

Pour l’alignement, utilisez la lumière visible. Placez le faisceau pour avoir la cible d’alignement au centre d’une tache laser de 15 millimètres. Enfin, placez un microscope numérique et une source de lumière blanche sur les côtés opposés du réservoir d’eau.

Montez le microscope sur une scène de micromètre. Positionner pour que la cible d’alignement soit mise au point dans son champ de vision. Assurez-vous que le fantôme correct est en place.

Dans ce cas, le fantôme de tissu approprié remplace le fantôme d’alignement. Accordez la longueur d’onde laser à la résonance plasmon de surface de la nanoparticule. À l’ordinateur de commande, réglez le transducteur pour produire une rafale de 10 cycle, et pour régler la fluence laser.

Ciblez le pic focal de l’ultrason focalisé de haute intensité éclaté de 10 millimètres de profondeur et à 13 endroits uniques dans la direction verticale espacée de cinq millimètres. Assurez-vous qu’un fantôme tissulaire est en place dans le réservoir. Ensuite, avec le logiciel, définissez la fluence et les paramètres d’exposition continue aux ondes.

Utilisez le microscope pour enregistrer la formation de lésions thermiques car l’échographie focalisée de haute intensité avec une pression négative maximale choisie est dirigée à un seul endroit. Ces données sont la tension du détecteur par rapport au temps pour l’exposition à ultrasons focalisée de courte et haute intensité pour différents fantômes dans des conditions différentes. Dans ces ensembles de données, les fantômes ont également été exposés à l’éclairage laser.

Cependant, un fantôme n’avait pas de nanorods et un fantôme l’a fait. Dans ces ensembles de données, les deux fantômes avaient des nanorods, mais l’un a été exposé à l’éclairage laser et l’autre fantôme ne l’était pas. Cela démontre que les émissions à large bande ne sont détectées que lorsque les nanoparticules, l’exposition aux ultrasons et l’éclairage laser sont tous présents.

Cette vidéo au microscope fournit un exemple de la formation de lésions thermiques et de cavitation dans un fantôme gel avec des nanorods exposés à des ultrasons focalisés de haute intensité et l’illumination laser. Tout en essayant cette procédure, il est important de se rappeler de porter l’équipement approprié de protection individuelle lors de la manipulation des produits chimiques et de s’assurer qu’une protection oculaire correcte est utilisée lors de l’utilisation du laser. Après son développement, cette technique pourrait ouvrir la voie à des chercheurs dans le domaine de la thérapie par ultrasons ciblée de haute intensité pour explorer l’utilisation de nanoparticules moléculaires ciblées pour améliorer les traitements contre le cancer par des ablations thermiques ciblées et rapides.