מאמר שיטה

תדירות ערבוב סורק זיהוי מגנטי הדמית חלקיקים מגנטיים בדגימות מישורים

9.3K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/53869

⸱

9 ביוני 2016

 ,  ,  ,  ,  , 
1Advanced Vision System Research Section, Electronics & Telecommunication Research Institute (ETRI), 2Intelligent Cognitive Technology Research Department, Electronics & Telecommunication Research Institute (ETRI), 3Peter Grünberg Institute (PGI-8), Forschungszentrum Jülich

במאמר זה

סיכום

סורק הדמית חלקיקים מגנטיים בדגימות מישוריים פותח באמצעות תדר מישוריים ערבוב טכניקת זיהוי מגנטי. תגובת מוצר intermodulation המגנטית מן המגנטיזציה הקוי nonhysteretic של החלקיקים נרשמה עם עירור שתי בתדירות. ניתן להשתמש בו כדי לצלם תמונות 2D של דגימות ביולוגיות דקות.

תקציר

ההתקנה של תדר מישוריים ערבוב האיתור מגנטי (p-FMMD) סורק לביצוע הדמית חלקיקים מגנטי (MPI) של דגימות שטוחות מוצגת. זה מורכב משני ראשי מדידה מגנטיים משני צידי המדגם רכוב על הרגליים של תמיכה בצורת פרסה. המדגם חשוף מקומי לשדה עירור מגנטי מורכב שני תדרים שונים, מרכיב חזק בסביבות 77 kHz ושדה חלש 61 רץ. מאפייני המגנטיזציה הקויים של חלקיקים פאראמגנטי להצמיח דור התוצרים אינטר-מודולציה. רכיב הסכום-תדר נבחר של אירוע השדה מגנטי בתדר הגבוה ונמוך על החלקיקים הקויים המגנטי מוקלט על ידי אלקטרוניקת demodulation. בניגוד סורק MPI קונבנציונלי, p-FMMD אינו מחייב את היישום של שדה מגנטי חזק המדגם כולו בגלל הערבוב של שני התדרים מתרחש באופן מקומי. לפיכך, ממדים לרוחב של המדגם הם רקמוגבל על ידי מגוון הסריקה התומכת. עם זאת, גובה המדגם קובע את הרזולוציה המרחבית. בשנת ההגדרה הנוכחית הוא מוגבל ל -2 מ"מ. כדוגמאות, אנו מציגים שתי תמונות 20 מ"מ × 25 מ"מ p-FMMD רכשה ממדגמים עם 1 מיקרומטר חלקיקים בקוטר מגהמיט במטריצה ​​silanol ועם חלקיקים מגנטיט 50 ננומטר במטריצה ​​aminosilane. התוצאות מראות כי סורק MPI רומן יכול להיות מיושם על ניתוח של דגימות ביולוגיות דקות למטרות אבחון רפואיות.

מבוא

חלקיקים מגנטיים (MNP) מצאו יישומים נפוצים בביולוגיה מולקולרית ברפואה, כלומר, מניפולציה של ביומולקולות ותאי יחיד 1, תיוג סלקטיבי גופים היעד לגילוי, 2, 3 עבור אפנון הכרומטין, 4 ו לבידוד mRNA וטיפול בסרטן . 5 בשל המאפיינים פאראמגנטי שלהם, הם שימושיים במיוחד עבור דימות רפואי. הם יכולים לשמש, למשל, כמו סוכני ניגודיות או קליעים נותבים עבור דימות תהודה מגנטית (MRI) או הדמיה רגישה ששימוש במכשיר קוונטיים הפרעת מוליכים (SQUID) גלאי. 2, 6 החלקיקים פאראמגנטי להניב ניגודיות טובה לרקמות השונות של האדם הגוף אשר לדיאלוגים או פאראמגנטיים. 7 לפיכך, חלקיקים יכול לשמש בנוחות לרכוש תמונות רפואיות של חלקי גוף האדם עם רזולוציה מרחבית טובה יחסית ורגישות. 8

טכניקת אוהל "> הדמית החלקיקים המגנטיים (MPI) הוצגה על ידי Gleich ו Weizenecker 9 עושה שימוש הליניאריות של המגנטיזציה של החלקיקים. באפס או הטיה יש שדה מגנטי חלשה, התגובה של MNP כדי עירור AC של f התדירות הוא חזק בשל הרגישות הגדולה שלהם. בפרט, המגנטיזציה הקוי של החלקיקים מולידה דור הרמוניות n · f, עם n = 2, 3, 4 ... בשעת הטית שדה מגנטית גבוהה, התגובה ההרמונית נחלשה בגלל החלקיקים רוויים מגנטיים. ב טכניקת MPI, המדגם הוא ממוגנט לחלוטין למעט קו שדה ללא (FFL) או נקודה חינם-שדה (FFP). רק חלקיקים הנמצאים בסמוך לקו זה או נקודה תתרום התגובה הקוית של המדגם. עם תנועה של FFP ותעסוקה של סלילי מקלט מתאימים, Gleich ו Weizenecker רכשו תמונות MPI עם רזולוציה מרחבית של 1 מ"מ.

כדילקבל מידע על הפריסה המרחבית של MNP, שתי שיטות מועסקות בדרך כלל, התנועה המכאנית של החיישן ביחס המדגם, או תנועה של FFL / FFP באמצעות אלקטרומגנטים. 2, 3 במקרה האחרון, טכניקות שחזור תמונה כמו-מרחב הרמוני MPI 3 או X-שטח 10 MPI, 11, 12 נדרשים. הרזולוציה המרחבית של MPI נקבעת על פי מאפייני פיתול של סלילי עירור וגילוי וכן על ידי המאפיינים של שיפוע השדה המגנטי. זה מאפשר אלגוריתמים שחזור תמונה לקבל החלטה השתפרה במהלך הרזולוציה המקורית, אשר נקבעה על ידי גודל ומרחק של סלילי הטנדר כמו גם על ידי חלוקת השדה המגנטית נשלטת על ידי משוואות מקסוול.

סורק MPI בדרך כלל מורכב של מגנט חזק עבור magnetizing המדגם כולו, מערכת סליל לשליטה על היגוי FFL או FFP ברחבי הדוגמא, excitatio בתדירות גבוההמערכת סליל n, ומערכת סליל זיהוי עבור להרים את התגובה הקוית מן המדגם. FFL / FFP מועבר באופן רציף דרך נפח הדגימה תוך התגובה ההרמונית מאזור מדגם בלתי רווי זה נרשם. על מנת למנוע את הבעיה של התאמת הדגימה לתוך הסורק, סורק MPI חד צדדי הודגם על ידי Grafe et al. 13, עם זאת על חשבון ביצועים מופחתים. התוצאות הטובות ביותר מושגות אם המדגם הוא מוקף מגנטים וסלילים. בגלל המדגם צריך להיות ממוגנט כולי פרט באזור FFL / FFP, הטכניקה דורשת יחסית מגנטים גדולים וחזקים עם קירור מים, מה שמוביל מערכת MPI מגושמת וכבדה למדי.

הגישה שלנו מבוססת על תדר ערבוב בעיקול המגנטיזציה שאינו ליניארי של חלקיקים פאראמגנטי. 14 כאשר-paramagnets סופר נחשפים לשדות מגנטיים שני תדרים שונים (f 1 ו- f </ em> 2), תדרי סכום מייצג שילוב מטר ליניארי · f 1 + n · f 2 (עם מ 'מספרים שלמים, n) נוצר. היא הוצגה כי הופעתו של רכיבים אלה הוא מאוד ספציפיות כדי הליניאריות של עקומת המגנטיזציה של חלקיקים. 15 במילים אחרות, כאשר המדגם MNP חשוף בו זמנית לשדה מגנטי נהיגה בתדר f 2 ושדה חיטוט בתדר f 1, חלקיקים ליצור שדה בתגובה בתדר f 1 + 2 · f 2. תדירות סכום זה לא תהיה קיים בלי המדגם המגנטי קוי, ולכן וספציפיות גבוהות מאוד. קראנו בשיטה זו "תדר ערבוב זיהוי מגנטי" (FMMD). זה אומת באופן ניסיוני כי טכניקת מניב טווח דינמי של יותר מארבעה סדרי הגודל בריכוז חלקיקים. 14

בניגוד המכשור MPI טיפוסי, תדירות מישוריים ערבוב זיהוי מגנטי (p-FMMD) הגישה אינה דורשת כדי למגנט מדגם קרוב לרוויה כי הדור של f רכיב התדר סכום 1 + 2 · f 2 הם מקסימום באפס שדה הטיה סטטי. 14 לכן, צורך מגנטים חזקים ומגושמים מקלה. למעשה, את הממדים החיצוניים של ראש המדידה הם רק 77 מ"מ × 68 מ"מ × 29 מ"מ. לשם השוואה, setups MPI הוא בדרך כלל מטר בגודל. 7 החסרון, לעומת זאת, הוא כי הטכניקה מוגבלת דגימות מישוריים עם עובי מרבי של 2 מ"מ ההגדרה הנוכחית. המדגם יש לסריקה יחסית לראש מדידה דו-צדדית. מחדש בנייה המאפשרת דגימות עבות אפשרית, אך להיסחר ב להפסד של רזולוציה מרחבית.

בהתבסס על טכניקת FMMD זה, אנו מציגים סוג מיוחד של MPI detecטור עבור דגימות מישוריים, הסורק שנקרא "תדר מישוריים ערבוב זיהוי מגנטי" (p-FMMD). העיקרון פורסם לאחרונה. 17 בעבודה זו, אנו מתמקדים על המתודולוגיה של הטכניקה ופרוטוקולים נוכחיים כיצד להגדיר סורק כזה וכיצד לבצע סריקות. הוכח כי MPI ניתן ליישם למטרות רפואיות אבחנתיות כגון הדמית לב וכלי דם או סרטן. 16, 18, ​​19 לכן אנו מאמינים כי סורק MPI החדש יכול לשמש עבור מגוון רחב של יישומים פוטנציאליים, למשל, למדידת חלקיקים מגנטיים הפצה בחתכי רקמה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

1. עיצוב ראש מדידה Planar FMMD

  1. בחר ערכת סליל על ראש המדידה. בחר תצורה פי איור 1, מורכב סלילי טנדר שני מעל שתיים בתחתית המדגם בתוך (-, +, +, -) רצף, עם המדגם יושב במרכז בין הסלילים שני (+). השלט מציין את הכיוון של סלילה, כלומר, (+) עבור כיוון השעון (-) עבור השעון. לפיכך, את הרגישות של סלילי הטנדר הופכת כמעט הומוגנית ברחבי העובי המדגם.
    1. מניח את סלילי העירור כך האות המושרית ישירות סלילי הטנדר מבטלת על מנת למנוע הרוויה של המגבר קדם ולהשיג רגישות מירבית המדגם. תצורות אחרות אשר עונים כללי עיצוב בסיסיים אלה ניתן המציאו.
  2. ציין את עובי הדגימה המירבית. הנה, להשתמש 2 מ"מ.
    1. בחר את הקוטר והאורך של סלילי הטנדר דומה t הדגימה המירביתhickness. הנה, בקוטר פנימי של 2 מ"מ נבחר, אשר מניב בקוטר ממוצע של 3.7 מ"מ עבור הגובה בפיתולים של 1.7 מ"מ. רוחב הסליל הוא 4 מ"מ.
    2. בחר את קוטר התיל ומספר בפיתולים של סלילי הטנדר כזה כי העכבה הכוללת של כל סלילי הטנדר כ תואמת את עכבת הכניסה של המגבר קדם. מצב זה מטיל מגבלות על תדירות זיהוי. במקרה של מגבר מבצעי עם עכבת קלט אופטימלית של 1,100 Ω, כל סלילי הטנדר הארבעה יש 600 בפיתולים של dia 0.08 מ"מ. חוט נחושת מצופה אמייל, מניב התנגדות טורית ohmic סך של 95.3 Ω ו השראות סך של 1.9 MH, אשר נותן 919 עכבה Ω.
  3. הכן את סלילי עירור בתדירות גבוהה 17 כאלה שהשדה המגנטי על מיקום המדגם אידיאלי מסתכם לסך של כ 0.5 MT. למשל, אם את הרדיוס הפנימי של הסליל הוא 3.8 מ"מ והרוחב הוא 8.5 מ"מ, רוח 476 בפיתולים בקוטר 0.1 מ"מ w כַּעַס. כאן, בשדה של 0.4 מ"ת מושגת f 1 = 76,550 הרץ.
  4. הכן את סלילי עירור בתדירות נמוכה 17 כאלה שהשדה המגנטי על המיקום של המדגם הוא כ -5 מטרים. למשל, אם את הרדיוס הפנימי של הסליל הוא 5 מ"מ והרוחב הוא 8.5 מ"מ, רוח 2,000 בפיתולים של חוט בקוטר 0.12 מ"מ. ההתקנה הניבו כ -5 mT ב f 2 = 61 הרץ.

figure-protocol-1
ציור סכמטי באיור 1. של p-FMMD הגדרה. שני ראשי המדידה מחוברים באופן אלקטרוני זה לזה. המדגם מושם במרחב בין הראשים. סלילי איתור (+) למדוד את האות המדגמת, סלילי איתור פצע לדלפק (-) לשמש התייחסות לבטל את השדה הישיר מן סלילי עירור בתדירות גבוהה. Amp - מגבר קדם, x - מערבל, LPF - מסנן מעביר נמוכים, DAQ - רכישת נתונים.Target = "_ blank"> לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

2. לבנות ראש המדידה

  1. לבנות את p-FMMD כך שתי מערכות סלילי עירור וגילוי מחוברות מעל ומתחת המדגם. כל קבוצה של סלילי מורכבת סליל נהג בתדר נמוך, סליל עירור בתדירות גבוהה, וכן סליל זיהוי הפרש הכולל שני סלילי טנדר פצע oppositely בתצורת gradiometer צירית.
    1. אפשר עבור כוונון של לפחות ביחס סליל עירור אחד לסליל זיהוי ההפרש כדי להיות מסוגל לאזן אינדוקציה ישירה של עירור בתדירות גבוהה לתוך הסליל זיהוי. למשל, לעלות על סליל העירור על חוט המאפשר תנועה יחסית של סליל העירור מול סליל זיהוי. תרשים סכמטי של p-FMMD מוצג באיור 1. איור 2 מתאר ציור טכני ותצלום של ההתקנה. מְפוֹרָטהפרמטרים של סלילי מפורטים בטבלה 1.
  2. הר סטי הסליל מעל ומתחת המדגם על תמיכה נוקשה, עם אורינטציה קואקסיאליים, ראו איורים 1 ו -2. ודא כי שני סטים סליל לא לרטוט ביחס אחד לשני.
  3. התאם את איזון בתדירות גבוהה של הראש המדידה על ידי יישום הנוכחי עירור בתדירות גבוהה כדי להגדיר את סליל עירור בהתאמה, שינוי המיקום היחסי ביניהם, ובמקביל מדידת האות זוהה בתדר זה על סט סליל זיהוי, תוך שימוש בציוד כגון אוסצילוסקופ או מגבר נעילה.
    1. התאם את המתח ישירות מושרה נמוך כמו כמה במיליוולט, כלומר, יותר מ-פי 1,000 דיכוי האינדוקציה ישירה. קבע את הגבול של כוונון על ידי התבוננות פאזה בין נוכחי עירור מתח מזוהה. לכל הפחות, את המתח המושרה הוא 90 ° שלב שהוסט כמו להשוותד אינדוקציה ישירה.

figure-protocol-2
איור 2. ציור טכני ותמונת ראש p-FMMD. בחתכים לאורך במישור האנכי (למעלה משמאל) מישור אופקי (משמאל למטה) מוצגים כמו גם תצלום של ראש מדידה נפתח לפני סליל מתפתל. 1 - תמיכת אלומיניום, 2 - סליל לשעבר סליל זיהוי, 3 - הליכי סליל לשעבר סליל עירור אשר ניתן להעביר למעלה / למטה על ידי סיבוב, 4 - צלחות תמיכה מדגמת, 5 - מכסי אלומיניום, 6 - מדגם תמיכת פקק, 7 - פקק בכיוון x, 8 - פקק בכיוון y. 6 - 8 יוסרו לסריקה. הגודל של ראש p-FMMD הוא 77 מ"מ × 68 מ"מ × 29 מ"מ. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

3. הגדרת מדידה אלקטרוניקה

  1. הגדר את exciסעיף tation, מורכב של שני מתנדים וכוח המגברים הוא סליל נהג בתדירות נמוך סליל עירור בתדירות גבוהה.
    1. הגדרת סעיף הנהג בתדירות נמוכה, המהווה מתנד ומגבר כוח עבור בתדר נמוך f 2. חשב את הכוח של המגבר כך שהוא מספק הזרם הנדרש כדי להפיק את השדה של כ 5 mT בסליל הנהג. הנה, להשתמש הסינתזה הדיגיטלית ישירה (DDS) שבב כמו מתנד לתכנות. להעסיק מאגר במהירות גבוהה כמו מגבר כוח.
    2. הגדרת סעיף עירור בתדירות גבוהה, המהווה מתנד ומגבר כוח עבור בתדירות גבוהה ו 1. הגדר את מגבר הכח כזה כי הוא מספק את הנוכחי הנדרש כדי להפיק את השדה של כ 0.5 mT בסליל העירור. השתמש שבב DDS וכרית במהירות גבוהה כמו מתנד ומגבר כוח, בהתאמה.
  2. גדר בקטע האיתור, מורכב preamplifier, מערבל ראשון demodulate מתדירות הגבוהה f 1, מגבר ביניים ולסנן, מערבל שני demodulate מ פעמי התדירות הנמוכה 2 · f 2, ונהג לסנן פלט סופי. לחלופין, להשתמש בשני מגברי נעילה ליישם אלקטרוניקת זיהוי.
    1. הגדר את במת המגבר קדם. בחר את המגבר המבצעי הקלט (OP), בהתחשב העכבה של סליל איתור מוצר רוחב פס רווח. בצע את ההליך אופטימיזציה רעש, תוך לקיחה בחשבון את הרעש מתח המצוין ורעש הנוכחי של OP, כמוסבר Ref. 10. בחרו מגבר מבצעי במהירות גבוהה רעש נמוך עם הגברה של כ -100 בשלב הראשון. השלב הבא הוא לא ביקורתי, אך ראה כי אות המוצא נשארת בטווח המתח, כלומר, לא מעוותת בשל עומס יתר. הנה, להשתמש מגבר מבצעי קלט JFET רעש נמוך עם הגברת 4.3 פי.
    2. הגדרת fבשלב demodulation irst, הכפלת האות מוגבר עם תדירות גבוהה ו 1. השתמש שבב מכפיל אנלוגי הפניה משבב DDS שני נפרד כדי להגשים שלב מתכווננת עבור demodulation. לחלופין, השתמש מגבר נעילה כמו מגבר קדם (3.2.1), ומפענח הראשון (3.2.2) ו גנרטור בתדירות גבוהה (3.1.2).
    3. הגדר את במת הגברה וסינון הביניים. ליישם מסנן נמוך לעבור כך תדר האות ב -2 · f 2 עובר באין מפריע בעוד רכיבי תדר גבוה הכנים במקרה f 1 ו -2 · f 1 מודחק ביעילות. בחר הגברת ביניים מתאימה, למשל על ידי בחירת שני מגברים אופרטיביים למטרות כלליות עם הגברה כוללת של כ 100.
    4. הגדר את במת demodulation השני, הכפלת האות המסונן מוגבר עם פעמי התדירות הנמוכה 2 · f 2. להשתמששבב מכפיל אנלוגי הפניה משבב DDS נפרד רביעי כדי להגשים שלב מתכווננת עבור demodulation. לחלופין, השתמש מגבר נעילה מסוגל demodulation הרמוני השני כמו מגבר ביניים (3.2.3), ומפענח השני בבית השני הרמוני (3.2.4) ו גנרטור בתדר נמוך (3.1.1).
    5. הגדר את במת הגברה וסינון הסופית. ליישם מסנן נמוך לעבור כך תדר האות בתדר הסריקה עובר באין מפריע בעוד רכיבי תדר גבוה הכנים במקרה 4 · f 2 מודחקים ביעילות. בחר הגברה סופית מתאימה, בהתחשב בטווח מתח תפוקה הרצוי. השתמש בשני מגברים אופרטיביים למטרות כלליות עם הגברה כוללת של כ 10.

4. הגדרת סורק 2D

  1. הר סורק 2D כך שמטוס התנועה הוא בניצב לציר של הסליל.
  2. לשלוט סורק 2D and סינכרוני acquiring מתח המוצא מן אלקטרוניקת המדידה על מנת לקבל תמונת 2D של אות FMMD של המדגם מישוריים בעזרת סקריפט תוצרת בית הכתוב Python שפת תכנות.

5. מכינים לדוגמא

  1. השתמש חלקיקי מגנטיט בקטרים ​​של 50 ננומטר ו -100 חלקיקים ננומטר מגהמיט בקוטר של 1 מיקרומטר מהם ריכוז הוא 25.0 מ"ג / מ"ל. לשטוף את הפתרון על ידי המסת החלקיקים המגנטיים במים, תוך הפרדתם באמצעות מגנט ולהשאיר את המים. חזור על התהליך שלוש פעמים. לדלל את הפתרון החלקיקים המגנטיים כדי עשירית עם מים מזוקקים.
  2. הכינו דגימות גלולה נייר בקוטר 2.0 מ"מ על ידי ניקוב פיסות נייר סופג הקליטה באמצעות אגרוף ביופסיה. משרה אותם בתמיסת חרוז מגנטית של ריכוזים שונים במשך 30 שניות ולתת להם להתייבש באוויר. הנה, להשתמש בריכוז של 0.04, 0.2, 1, 5, ו -25 מ"ג / מ"ל ​​של 100 חלקיקים בגודל ננו-מטר.
  3. כן מדגם באמצעות nitrocellulosקרום דואר של מ"מ גודל 2.0 × 18.0 מ"מ. משרה את הממברנה עם פתרון החלקיקים בקוטר החי 1 מיקרומטר. הכין דגימה אחת על ידי השריית הקרום שווה, ועוד אחד על ידי ביצוע מפל ריכוזים. עושה זאת על ידי השריית הקצוות של הקרום בתמיסה חרוזה עם ריכוז שונה, וכתוצאה מכך מפל הריכוזים (איור 5).
  4. כן מדגם ב צינור קפילרי 10 נפחי μl, קוטר חיצוני 400 מיקרומטר, אורך 40 מ"מ. מלא את צינור נימים עם פתרון חלקיקים בקוטר חי 50 ננומטר. הכן microtube השני עם 20x פתרון מדולל (לערבב 100 μl של פתרון חי עם 1.9 מ"ל מים).

6. בצעו 2D FMMD סריקה

  1. אזור סריקה בחר פי ממדים מישוריים × b של המדגם. הזן את הערכים בתוכנת הסריקה.
  2. בחר בכיוון דריכה. בדרך כלל, התקופה הקצרה מבין שני הממדים מישוריים, נכנה אותו ב , ייבחר דריכה בכיוון כי הדורש צעדים פחות ולכן פחות שלבי אצת האטה.
  3. מהירות סריקה בחר נ, תוך התחשבות אות הפחתה בשל סינון נמוך לעבור, ראה דיון. כוונו את מהירות לערך בין 1 ו -7 מ"מ / sec. הזן את הערך בתוכנת הסריקה.
  4. ב דריכה מרחק Δ בחר, תוך לקיחה בחשבון כי זה לא צריך להיות קטן בהרבה ברזולוציה מרחבית השגה, ואת t זמן הסריקה הכולל אשר יהיה לפחות t = A / V · b / Δ ב +1). הזן את מרחק הדריכה בתוכנה.
  5. הר מדגם בסורק 2D. קנה על צלחת הפלסטיק באמצעות נייר דבק.

figure-protocol-3
איור 3. תמונה של התקנת מדידת p-FMMD. המדגם מודבק עם דבק על מוביל הפלסטיק מתרגש המנועבשלב (משמאל). ואז המדגם נסרק בראש p-FMMD (מימין). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

  1. בצע את הסריקה על ידי לחיצה על כפתור התחל. הסריקות של דמויות 5 ו -6 כיסוי מ"מ 20.0 (ציר x) × 25.0 מ"מ (ציר y) לאזור, קרי שישה 25 מ"מ אורך עקבות נסרקו לאורך ציר y, עם 4.0 צעדים מ"מ בכיוון x, במהירות הבמה של 1.0 מ"מ / שניה. זה מסתכם זמן סריקה של כ -2 דקות.

figure-protocol-4
איור 4. ממשק משתמש גרפי של תוכנת הסריקה. פרמטרי הסריקה מוזנים כאן. המדידה המופעל על-ידי לחיצה על הכפתור האדום.

עיבוד תמונה 7.

  1. המר את הנתונים הגולמיים כדי טופס מטריקס באמצעות homemadתסריט דואר בפייתון. התחבר את הנתונים הגולמיים של הסריקה כולו יחד עם ערכים נוספים בקובץ בפורמט ערכים מופרדים בפסיקים 2 עמודות (CSV). העמודה הנוספת מצביעה על לכידת הנתונים המתאימים במהלך תנועת הדריכה. מגזרי סקריפט בעמודת הנתונים הגולמית בכל שינוי של ערך עמודה הנוסף ומסירים את פלחי נתונים במהלך צעידת תנועה. זה גם בונה את מטריקס כתוצאה ידי הצבת פרקים רצופים הנותרים לתוך שורות או עמודות של מטריצה ​​וכותב המטריצה ​​לקובץ בפורמט CSV.
    הערה: תמונות p-FMMD של מחקר זה נוצרות באמצעות סקריפט פייתון. פונקצית pyplot.contour ופונקצית pyplot.imshow מספריית matplotlib פיתון משמשות במצטבר עבור הכנת הקווים המתאר ואת צבעי רקע, בהתאמה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

ציור 5a מציג את התפלגות רגישות המחושבת של סליל זיהוי פעמי הפרש הפנימי כפונקציה של x קואורדינטות y במישור המדגם. זה חושב בגישה הפוכה על ידי קביעת סופרפוזיציה של השדות המגנטיים בכל הנקודות (x, y) במישור המרכזי שנוצר על ידי כל סלילי זיהוי הארבעה. בכיוון הפוך, זה מקובע את הרגישות של סליל זיהוי על מומנט מגנטי בכל הנקודות הללו. החישוב נעשה על ידי קירוב הסלילים כמו סלילי ארוך של גובה זניח. לפיכך, חלוקת ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

שיטת המדידה מנצלת את הליניאריות של עקומת המגנטיזציה של החלקיקים פאראמגנטי. ראש המדידה דו-הצדדי חל בו זמנית בשני תחומי עירור מגנטיים בתדר שונה המדגם, תדר נמוך (ו 2) מרכיב לנהוג חלקיקים לתוך רוויה מגנטית בתדר גבוה (ו 1) שדה חללי כדי למדוד את התגובה המגנטית הקוית . בפרט, הן ההרמוניות של שדות האירוע, מ '· f 1 ו- n · f 2, ותדרים לסיכום, m · f 1 + n...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

עבודה זו נתמכה על ידי R & ICT תוכנית ד 'של MSIP / IITP, הרפובליקה של קוריאה (גרנט No: B0132-15-1001, פיתוח מערכת הדמיה הבא).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
חלקיקים מגנטיים "SiMAG Silanol"Chemicell (http://www.chemicell.com)1101-5פיזור מימי של חלקיקי סיליקה מגנטיים, מגמיט, קוטר 1  ומיקרו; m
ננו-חלקיקים מגנטיים "fluidMAG-Amine"Chemicell (http://www.chemicell.com)4121-5פיזור מימי של ננו-חלקיקים מגנטיים, מגנטיט, קוטר 50  ננומטר
מיקרוטיוב 10 ומיקרו; lHirschmann Laborgerä TE (http://www.hirschmann-laborgeraete.de/?sc_lang=en)כרך 10 ומיקרו; l, קוטר חיצוני 400  ומיקרו; m, אורך 40 מ"מ
ממברנת ניטרוצלולוזה Biodyne BThermo Scientific (http://www.thermoscientific.com)77016ממברנת ניילון Biodyne B, 0.45  ומיקרו; מ', 8  שבב DDS ס"מ x 12 ס"מ
AD9834Analog Devices (http://www.analog.com)AD9834הספק mW 20, V 2.3 עד V 5.5, V 75  מגבר תפעולי DDS שלם
MHz AD829Analog Devices (http://www.analog.com)AD829מגבר הפעלה וידאו במהירות גבוהה, רעש נמוך
מכפיל אנלוגי MPY634Texas Instruments (http://www.ti.com)MPY634מכפיל אנלוגי מדויק ברוחב פס רחב
BUF634Texas Instruments (http://www.ti.com)BUF634250  מגבר תפעולי מאגר מהיר mA
OPA627Texas Instruments (http://www.ti.com)OPA627מגברים תפעוליים מדויקים במהירות גבוהה Difet(R)
מגבר תפעולי TL072Texas Instruments (http://www.ti.com)TL072מגבר תפעולי כפול עם רעש נמוך JFET כניסת מגבר נעילה לשימוש כללי
SR830Stanford Instruments (http://www.thinksrs.com)SR830100 קילו-הרץ DSP נעילת מגבר
XYZ שלב ממונעSciencetown, אינצ'און, קוריאה (http://mkmsll.en.ec21.com/)
מגב חדר נקיSeoul Semitech Co (http://www.seoulsemi.com)CF-909ממד 2.0 מ"מ ופעמים; 18  מ"מ

מקורות

  1. Tseng, P., Judy, J. W., Di Carlo, D. Magnetic nanoparticle-mediated massively parallel mechanical modulation of single-cell behavior. Nat meth. 9 (11), 1113-1119 (2012).
  2. Borgert, J., et al. Fundamentals and applications of magnetic particle imaging. J. Cardiovasc. Comput. Tomogr. 6 (3), 149-153 (2012).
  3. Buzug, T. M., et al. Magnetic particle imaging: introduction to imaging and hardware realization. Z. Med. Phys. 22 (4), 323-334 (2012).
  4. Kanger, J. S., Subramaniam, V., van Driel, R. Intracellular manipulation of chromatin using magnetic nanoparticles. Chromosome Res. 16 (3), 511-522 (2008).
  5. Magnetic Nanoparticles: From Fabrication to Clinical Applications. Thanh, N. T. K. , CRC press. Boca Raton. ISBN: 978=1439869321 (2012).
  6. Saritas, E. U., et al. Magnetic Particle Imaging (MPI) for NMR and MRI researchers. J. Magn. Reson. 229 (4), 116-126 (2012).
  7. Goodwill, P. W., et al. X-space MPI: magnetic nanoparticles for safe medical imaging. Adv. Mater. 24 (28), 3870-3877 (2012).
  8. Yim, H., Seo, S., Na, K. MRI Contrast Agent-Based Multifunctional Materials: Diagnosis and Therapy. J Nanomat. 2011 (2011), (2011).
  9. Gleich, B., Weizenecker, J. Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles. Nature. 435 (7046), 1214-1217 (2005).
  10. Rahmer, J., Weizenecker, J., Gleich, B., Borgert, J. Analysis of a 3-D system function measured for magnetic particle imaging. IEEE Trans. Med. Imaging. 31 (6), 1289-1299 (2012).
  11. Goodwill, P. W., Conolly, S. M. Multidimensional x-space magnetic particle imaging. IEEE Trans. Med. Imaging. 30 (9), 1581-1590 (2011).
  12. Goodwill, P. W., Konkle, J. J., Zheng, B., Saritas, E. U., Conolly, S. M. Projection x-space magnetic particle imaging. IEEE Trans. Med. Imaging. 31 (5), 1076-1085 (2012).
  13. Gräfe, K., et al. An Application Scenario for Single-Sided Magnetic Particle Imaging. Biomed. Tech. 57, Suppl. 1 (2012).
  14. Krause, H. -J., et al. Magnetic particle detection by frequency mixing for immunoassay applications. J. Magn. Magn. Mater. 311 (1), 436-444 (2007).
  15. Meyer, M. H. F., et al. Francisella tularensis detection using magnetic labels and a magnetic biosensor based on frequency mixing. J. Magn. Magn. Mater. 311 (1), 259-263 (2007).
  16. Finas, D., et al. Detection and distribution of superparamagnetic nanoparticles in lymphatic tissue in a breast cancer model for magnetic particle imaging. Biomed. Tech. 57, Suppl. 1 (2012).
  17. Hong, H., Lim, J., Choi, C. -J., Shin, S. -W., Krause, H. -J. Magnetic particle imaging with a planar frequency mixing magnetic detection scanner. Rev. Sci. Instr. 85 (1), 013705(2014).
  18. Haegele, J., et al. Toward cardiovascular interventions guided by magnetic particle imaging: First instrument characterization. Magn. Reson. Med. 69 (6), 1761-1767 (2012).
  19. Haegele, J., et al. Magnetic particle imaging: visualization of instruments for cardiovascular intervention. Radiology. 265 (3), 933-938 (2012).
  20. Goodwill, P. W., Lu, K., Zheng, B., Conolly, S. M. An x-space magnetic particle imaging scanner. Rev. Sci. Instrum. 83 (3), 033708(2012).
  21. Lampe, J., et al. Fast reconstruction in magnetic particle imaging. Phys. Med. Biol. 57 (4), 1113-1134 (2012).
  22. Yim, H., Seo, S., Na, K. MRI Contrast Agent-Based Multifunctional Materials: Diagnosis and Therapy. J Nanomat. 2011 (2011), (2011).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

מאמרים קשורים