Method Article

נוסחה ואפנון אקוסטי של ננו-טיפות פרפלואורוקרבון שעברו אידוי אופטי

DOI:

10.3791/62814

⸱

July 16th, 2021

 ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, Georgia Institute of Technology and Emory University, 2School of Electrical Engineering, Georgia Institute of Technology, 3Department of Biomedical Engineering and School of Electrical Engineering, Georgia Institute of Technology and Emory University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ננו-טיפות פרפלואורוקרבון המופעלות אופטית מראות הבטחה ביישומי הדמיה מחוץ למערכת כלי הדם. מאמר זה ידגים כיצד לסנתז חלקיקים אלה, להצליב פנטום פוליאקרילאמיד ולווסת את הטיפות באופן אקוסטי כדי לשפר את האות שלהם.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Microbubbles הם חומר ניגוד הדמיה הנפוץ ביותר באולטרסאונד. עם זאת, בשל גודלם, הם מוגבלים לתאי כלי הדם. מיקרו-בועות אלה יכולות להיות מרוכזות או מנוסחות כננו-טיפות פרפלואורוקרבון (PFCnDs) שהן קטנות מספיק כדי לחדור ואז להיות מופעלות אקוסטית באתר היעד. ניתן לשפר עוד יותר ננו-חלקיקים אלה על-ידי הכללת בולם אופטי כגון צבע אורגני אינפרה-אדום קרוב או ננו-חלקיקים (לדוגמה, ננו-חלקיקי נחושת גופרתית או ננו-חלקיקי זהב/ננו-רודים). ניתן לאדות PFCnDs המתויגים אופטית באמצעות הקרנת לייזר בתהליך המכונה אידוי טיפות אופטיות (ODV). תהליך הפעלה זה מאפשר שימוש בליבות פרפלואורוקרבון בנקודת רתיחה גבוהה, שלא ניתן לאדות אותן אקוסטית מתחת לסף האינדקס המכני המרבי להדמיית אבחון. ליבות גבוהות יותר של נקודות רתיחה גורמות לטיפות שיתעבו מחדש לאחר אידוי, וכתוצאה מכך "מהבהבות" PFCnDs שמייצרות ניגודיות לזמן קצר לאחר אידוי לפני שהן מתעבות בחזרה לצורת ננו-טיפות. ניתן לחזור על תהליך זה כדי לייצר ניגודיות לפי דרישה, מה שמאפשר הדמיה ללא רקע, ריבוי, רזולוציית-על ושיפור ניגודיות באמצעות אפנון אופטי ואקוסטי כאחד. מאמר זה ידגים כיצד לסנתז PFCnDs של מעטפת ליפידים הניתנים להפעלה אופטית תוך שימוש בסוניקציה של בדיקה, ליצור פנטומים פוליאקרילאמיד כדי לאפיין את הננו-טיפות, ולווסת אקוסטית את ה-PFCnDs לאחר ODV כדי לשפר את הניגודיות.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מיקרו-שבבים הם חומר הניגוד האולטרסאונד הנפוץ ביותר בשל תאימותם הביולוגית והאקוגניות המצוינת שלהם בהשוואה לרקמות רכות. זה הופך אותם לכלים חשובים להדמיית זרימת הדם, תיחום איברים ויישומים אחרים1. עם זאת, גודלם (1-10 מיקרומטר), מה שהופך אותם יוצאי דופן להדמיה בהתבסס על תדירות התהודה שלהם, מגביל את היישומים שלהם לכלי הדם2.

מגבלה זו הובילה לפיתוח PFCnDs, שהם ננו-אמולסיות המורכבות מחומר פעילי שטח העטופים סביב ליבת פרפלואורוקרבון נוזלית. ננו-חלקיקים אלה יכולים להיות מסונתזים בגדלים של עד 200 ננומטר והם מתוכננים לנצל את כלי הדם או הנקבוביות "דולפים" ואת הפנסטרציות הפתוחות הנמצאות בכלי הדם של הגידול. בעוד ששיבושים אלה תלויים בגידול, חדירות זו מאפשרת אקסטרווזיה של ננו-חלקיקים מ~200 ננומטר - 1.2 מיקרומטר בהתאם לגידול 3,4. בצורתם הראשונית, חלקיקים אלה מייצרים ניגודיות אולטרסאונד מועטה עד אפסית. עם אידוי - המושרה אקוסטית או אופטית - פאזת הליבה משתנה מנוזל לגז, מה שגורם לעלייה של פי שניים וחצי עד פי חמישה בקוטר 5,6,7 ויוצר ניגודיות פוטואקוסטית ואולטרסאונד. בעוד אידוי אקוסטי הוא שיטת ההפעלה הנפוצה ביותר, גישה זו יוצרת ממצאים אקוסטיים המגבילים את הדמיית האידוי. בנוסף, רוב הפרפלואורוקרבונים דורשים אולטרסאונד ממוקד עם אינדקס מכני מעבר לסף הבטיחות כדי לאדות8. זה הוביל לפיתוח של PFCnDs נקודת רתיחה נמוכה יותר, אשר ניתן לסנתז על ידי עיבוי microbubbles לתוך ננוטיפות9. עם זאת, טיפות אלה הן תנודתיות יותר וכפופות לאידוי ספונטני10.

אידוי טיפות אופטי (ODV), לעומת זאת, דורש תוספת של הדק אופטי כגון ננו-חלקיקים 11,12,13 או צבע 6,14,15 ויכול לאדות פרפלואורוקרבונים גבוהים יותר של נקודת רתיחה באמצעות פלואנציות בתוך מגבלת הבטיחות של ANSI 11. PFCnDs מסונתזים עם ליבות נקודת רתיחה גבוהות יותר הם יציבים יותר ויתעבו מחדש לאחר אידוי, מה שמאפשר הדמיה ללא רקע16, ריבוב 17 וסופר-רזולוציה18. אחת המגבלות העיקריות של טכניקות אלה היא העובדה כי PFCnDs נקודת רתיחה גבוהה הם אקוגניים לאחר אידוי למשך פרק זמן קצר בלבד, בקנה מידה שלאלפיות השנייה 19, והם קלושים יחסית. בעוד שניתן למתן בעיה זו באמצעות אידויים חוזרים ונשנים וממוצע, זיהוי והפרדה של אות טיפה נותר אתגר.

בהשראת היפוך הדופק, ניתן לשפר את משך הזמן והניגודיות על ידי שינוי השלב של דופק הדמיית האולטרסאונד19. על ידי הפעלת פולס הדמיית האולטרסאונד עם פאזה נדירה (n-pulse), הן משך הזמן והן הניגודיות של PFCnDs התאדה גדלים. לעומת זאת, הפעלת פולס הדמיית האולטרסאונד בשלב דחיסה (p-pulse), מביאה לניגודיות מופחתת ולקיצור משך הזמן. מאמר זה יתאר כיצד לסנתז ננו-טיפות פרפלואורוקרבון הניתנות להפעלה אופטית, פנטום פוליאקרילאמיד הנפוץ בהדמיה, ולהדגים שיפור ניגודיות ואורך חיים משופר של האות באמצעות אפנון אקוסטי.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. נוסחת ננו-טיפות פרפלואורוקרבון

  1. יש לשטוף בקבוקון בעל תחתית עגולה של 10 מ"ל עם כלורופורם ולשטוף מזרק זכוכית אטום לגז 10 מיקרון ו-1 מ"ל עם כלורופורם על ידי שאיפה חוזרת ונשנית של נפח המזרק המלא וגירושו בסך הכל שלוש פעמים.
    אזהרה: כלורופורם הוא נדיף ועלול להיות רעיל בשאיפה. כל עבודה עם ממס זה צריך להתבצע במכסה אדים.
  2. באמצעות המזרקים, יש להוסיף 200 μL של DSPE-mPEG2000 (25 מ"ג/מ"ל), 6.3 μL של 1,2-דיסטרויל-sn-גליצרו-3-פוספוכולין (DSPC, 25 מ"ג/מ"ל) ו-1 מ"ל של IR 1048 (1 מ"ג/מ"ל בכלורופורם) לתוך הבקבוקון בעל התחתית העגולה. זכרו לנקות את המזרקים בין השומנים/צבע כדי למנוע זיהום של המלאי.
    הערה: צבעי אינפרא אדום רגישים לאור, ויש לבצע את העבודה בתנאים עמומים או שיש לכסות צלוחיות בנייר אלומיניום.
  3. הסר את הממס באמצעות מאייד סיבובי. ודא כי השואב מותאם באיטיות ל -332 mbar כדי למנוע חבטות. לאחר 5 דקות, להפחית את הלחץ ל 42 mbar כדי להסיר את כל המים שאולי נכנסו לתמיסה.
    הערה: ניתן לאחסן את עוגת השומנים למשך הלילה בבקבוקון תחתון עגול מכוסה בפרפילם בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס.
  4. משהים את עוגת השומנים ב-1 מ"ל של תמיסת מלח חצובה בפוספט (PBS) וסוניקט או מערבולת בטמפרטורת החדר למשך 5 דקות או עד שכל עוגת השומנים מרחפת ומתמוססת בתמיסה. Sonicate במשך 2 דקות נוספות כדי הומוגניזציה של הפתרון.
  5. מעבירים את התמיסה לבקבוקון זכוכית של 7 מ"ל ומניחים את הבקבוקון בכלי זכוכית מלא בקרח כדי לאפשר לתמיסה להתקרר למשך 5 דקות לפני הוספת 50 מיקרוגרם של פרפלואורוהקסאן באמצעות מזרק זכוכית אטום לגז. זכור לשטוף את המזרק עם perfluorohexane לפני חלוקתו לתוך הבקבוקון.
  6. הניחו את בקבוקון הזכוכית המכיל את השומנים ואמבט הקרח במארז הבדיקה והטביעו את קצה הבדיקה מתחת למיניסקוס. ודא כי הצדדים של בדיקה sonicator לא לגעת בשפה של בקבוקון זכוכית.
  7. בדיקה sonicate את התערובת עם ההגדרות הבאות: משרעת 1, זמן תהליך: 20 שניות, Pulse-On: 1s, Pulse-off: 5s. לאחר מכן סוניקט בהגדרות הבאות: משרעת: 50, זמן תהליך: 5 שניות, הפעלה: 1 שניות, כיבוי דופק: 10 שניות.
  8. העבר את תמיסת הננו-טיפות לצינור צנטריפוגה של 1.5 מ"ל ולצנטריפוגה בגודל 300 x g למשך 3 דקות כדי להפריד בין הטיפות הגדולות יותר (>1 מיקרומטר) לבין הטיפות הקטנות יותר.
  9. השליכו את הכדור והעבירו את הסופרנטנט לצינור צנטריפוגה אחר של 1.5 מ"ל. שטפו את הסופר-נטנט על ידי צנטריפוגה בגודל 3000 x גרם למשך 5 דקות כדי לזרוק את כל הטיפות בתמיסה. יש להשעות את ה-PFCnDs ב-1 מ"ל של PBS על ידי העברת הכדור למעלה ולמטה ולאחר מכן לנתק את הכדור בסוניק אמבטיה למשך דקה אחת.
  10. מדוד את גודל הטיפות באמצעות פיזור אור דינמי (DLS). יש לדלל את ה-PFCnDs של המניה פי 100 (10 μL של מלאי PFCnD ב-990 μL של PBS) ולסוניק אמבטיה כדי לפזר את ה-PFCnDs לפני המדידה. תוצאות מייצגות מוצגות באיור 1.
  11. קבע את ריכוז ה-PFCnDs באמצעות מנתח המעקב אחר ננו-חלקיקים (ראו טבלת חומרים). דלל את PFCnDs פי 100-1000 כדי להבטיח מדידה מדויקת של הריכוז. הפרוטוקול מניב בדרך כלל טיפות בריכוז בסדר גודל של 1010 חלקיקים למ"ל.
  12. הכן 10 מ"ל של ג'ל צימוד אולטרסאונד בצינור צנטריפוגה של 50 מ"ל והוסף 1% (v/v) או 100 μL של PFCnDs כדי ליצור תמיסה של ~ 108 חלקיקים / מ"ל. מערבולת את הפתרון לערבב. צנטריפוגה את התערובת ב 4000 x גרם במשך 3 דקות כדי להסיר בועות.

2. הכנת פנטום פוליאקרילאמיד

  1. מי דגה על ידי מילוי בקבוק ואקום של 500 מ"ל ב-400 מ"ל של מים שעברו דה-יוניזציה, אוטמים בפקק גומי ומחברים את הבקבוקון לקו הוואקום. פתחו את קו הוואקום וטבלו את תחתית הבקבוקון בסוניק האמבטיה. סוניקט במשך 5 דקות או עד שלא נראית היווצרות בועת גז.
  2. הכינו תמיסת אמוניום פרסולפט (APS) של 10% על ידי המסת 500 מ"ג ב-5 מ"ל של מים נטולי גז. מערבבים בעדינות את התמיסה אם האמוניום פרסולפט אינו מתמוסס במלואו.
  3. בכוס של 400 מ"ל עם מוט ערבוב על צלחת ערבוב, הוסיפו 150 מ"ל של מים ללא גזים ו-50 מ"ל של תמיסת אקרילאמיד-ביסקרילאמיד של 40% (w/v) כדי ליצור 200 מ"ל של תמיסת אקרילאמיד-ביסקרילאמיד של 10%. ערבבו את התערובת ב-200 סל"ד כדי לאפשר ערבוב נכון מבלי ליצור בועות.
    אזהרה: אקרילאמיד הוא מסרטן, וכל העבודה צריכה להיעשות במכסה אדים עם כפפות, במיוחד אם עובדים עם אקרילאמיד בצורת אבקה.
  4. שקלו 400 מ"ג סיליקה והוסיפו אותה לתמיסת 10% אקרילאמיד-ביסקרילאמיד משלב 2.3 כדי ליצור 0.2% (w/v) של תמיסת סיליקה ואקרילאמיד.
    אזהרה: סיליקה בשאיפה עלולה להיות מסרטנת. כל העבודה כולל שקילה צריכה להתבצע במכסה אדים.
  5. הכינו תבנית מרובעת בגודל 58 מ"מ x 58 מ"מ x 78 מ"מ עם הכללה גלילית על ידי חיתוך קצות פיפטה להעברת פלסטיק ותמיכה בה בתבנית עם סרט מעבדה. ראו איור 2.
  6. הוסף 2 מ"ל של תמיסת APS של 10% לכוס כדי ליצור ריכוז סופי של 0.1% APS והוסף 250 μL של טטרה-מתילאתילנדיאמין (TEMED) לתמיסת הפנטום. אפשרו לתמיסה לערבב לזמן קצר (פחות מדקה).
  7. במהירות לשפוך את הפתרון לתוך התבנית, תוך הקפדה לא להכניס בועות אוויר לתוך הפתרון. הפתרון צריך להתפלמר תוך 10 דקות. הסר את הפנטום על ידי הפעלת הקצה השטוח של מרית מעבדה סביב קצה התבנית והיפוך התבנית.
    הערה: ניתן לעשות שימוש חוזר בפנטומים אלה מספר פעמים ויש לטבול אותם במים ולאחסן אותם בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס.

3. הדמיית ננו-טיפות פרפלואורוקרבון

  1. הפעל וחמם את מערכת הלייזר הפועמת למשך ~ 20 דקות בהתאם להוראות היצרן. ודא כי צרור הסיבים האופטיים מחובר כראוי ליציאת הלייזר ושתי הרגליים ממוקמות כראוי בתוך מחזיק צרור הסיבים.
  2. הפעל את מערכת הדמיית האולטרסאונד, חבר את מתמר הדמיית המערך (L11-4v) למערכת ותקן את המתמר בתוך המחזיק כדי ליישר את מישור ההדמיה שלו עם חתך לייזר.
  3. הגדר את תדירות חזרות הדופק של מערכת הלייזר ל-10 הרץ והצב מד הספק בקצה צרור הסיבים כדי למדוד אנרגיה. כוונן את השהיית מתג q עד שהשטף המשוער הוא 70 mJ/cm2.
    התראה: יש ללבוש משקפיים מתאימים בעת הפעלת הלייזר ווילונות לייזר חייבים להקיף את החלל.
  4. מלאו בחזרה את אחד הערוצים בפנטום הפוליאקרילאמיד בתערובת ג'ל אולטרסאונד/PFCnD באמצעות מזרק קצה פלסטיק של 1 מ"ל. מכסים בנדיבות את החלק העליון של הערוץ בג'ל אולטרסאונד ומסירים את כל הבועות עם מזרק קצה פלסטיק של 1 מ"ל. הניחו את פנטום הפוליאקרילאמיד מתחת למתמר ולצרור הסיבים, כפי שמוצג באיור 3.
  5. השתמש בפלטפורמת ההדמיה המשולבת של אולטרסאונד לייזר וגמישות (CLUE) המבוססת על התוכנה20 כדי לצלם PFCnD המסונכרן עם הפעלה אופטית. שנה את הפרמטרים הכלליים המוגדרים על-ידי המשתמש במבנה Param לצורך הדמיה: הגדר עומק התחלה/סיום ל-0/40 מ"מ, תדר מרכז ל-6.9MHz ושם מתמר ל-'L11-4v'.
  6. הגדר RunCase חדש ותכנן רצף מודולים להפעלה/עיבוי אופטי חוזר והדמיית US של PFHnDs. זה נעשה על ידי רישום מודולים מוגדרים מראש כגון הדמיה מהירה במיוחד (mUF), לייזר חיצוני (mExtLaser) ו- idle (mIdle).
    1. חזור על ערכת הרצף mExtLaser-mIdle-mUF-mExtLaser-mUF פעמיים כדי לקבל נתוני הדמיה של n-פולס ו-p-pulse.
      הערה: מודול mExtLaser הראשון בכל רצף מוגדר כלייזר בושה על ידי הגדרת ExtLaser.Enable to 0 וה- 'mIdle' כלול כדי למזער את הזמן בין תמונות ארה"ב ברקע לבין תמונות n/p-pulse US לאחר הפעלת הלייזר.
  7. הגדר פרמטרים של מודול עבור כל מודול הממוקם ברצף המודולים של מקרה ההפעלה הנוכחי. גש לכל פרמטר מודול לפי אינדקס המתאים לסדר שלו ברצף המודולים. מודולים יבצעו פעולות מוגדרות מראש עם פרמטרים מודול מוגדר המשתמש כאן.
    1. הגדר את ExtLaser.QSdelay במודולי לייזר חיצוניים לערך של השהיית מתג Q לייזר המכוונת בשלב 3.3, במיקרו-שניות. מודול זה ממתין ליציאת ההדק של פנס ההבזק של מערכת הלייזר ומייצר הדק Q-switch לאחר ההשהיה שצוין ב - QSdelay.
    2. במודול הדמיה מהיר במיוחד, הגדר את Resource.numFrame ל- 100, הגדר את SeqControl.PRI ל- 200 (μs), והגדר את TW.polarity ל- 1 עבור P-pulse ו- -1 עבור N-pulse (ראה איור 4 עבור צורת הפולס המתאימה). מודול זה ישדר גל מישורי מהיר במיוחד של 0 מעלות עם סוג פולס שצוין ב- TW.polarity.
      1. השג חלון הדמיית צמצם מלא ברוחב 38.8 מ"מ עבור מספר המסגרות ב - Resource.numFrame, מרווח החזרה על הדופק של SeqControl.PRI, ולאחר מכן שמור נתונים לעיבוד לא מקוון.
    3. הגדר SeqControl.lastPRI_Module במודול סרק למשך הזמן שבין פולסי לייזר (100 אלפיות השנייה) שהופחת על-ידי השהיית מתג Q, זמן איסוף נתוני הדמיה (20 אלפיות השנייה) ומרווח של 20 מיקרו-שניות לתנועת האות. מודול זה שומר את המערכת במצב 'ללא פעולה' למשך הזמן SeqControl.lastPRI_Module כדי למלא את פער הזמן בין סוף איסוף נתוני ההדמיה לבין עירור פולס הלייזר הבא.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ניסוח מוצלח והפרדה צנטריפוגלית של PFCnDs אמורים להניב טיפות בקוטר של 200-300 ננומטר (איור 1A). טיפות מופרדות בצורה לא נכונה עשויות להראות פסגות קטנות סביב 1 מיקרומטר. פתרונות אלה יכולים לעבור ניקוי נוסף כדי לפרק את הטיפות הגדולות יותר. גודל הטיפות יגדל עם הזמן עקב התלכדות ו/או דיפוזיה בתהליך המכונה הבשלת אוסטוולד21,22 (איור 1B).

אפנון אקוסטי של הטיפות על ידי מניפולציה של דופק ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

סוניקציה של בדיקה היא שיטה פשוטה יחסית וקלה ללמידה לייצור PFCnDs. ישנם כמה צעדים שבהם יש לנקוט בזהירות. כאשר מטפלים בכלורופורם, זה הכרחי כי פיפטה עקירה חיובית או מזרקי זכוכית משמש, כפי שהוא נדיף יהיה "לדלוף" מן פיפטות תזוזה אוויר סטנדרטי. יתר על כן, אם משתמשים בתזוזה חיובית, ודא כי קצה מתאים משמש כלורופורם ימיס את רוב קצוות הפלסטיק, אשר יכול להחדיר מזהמים לתוך התמיסה. פיפטה עקירה חיובית או מזרק זכוכית מומלץ גם עבור perfluorohexane, כפי שהוא גם נדיף צפוף יותר מאשר מים. בדרך כלל, ניתן להפחית את ההשפעות האישיות של תנודתיות ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

העבודה נתמכה בחלקה על ידי הקרן לחקר סרטן השד תחת מענק BCRF-20-043.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
אמוניום פרסולפט (APS)VWR97064-592
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC)Avanti Polar Lipids850365CLipids, ניתן לרכוש אותם תלויים בכלורופורם או בצורת אבקה. לאחסון לטווח הארוך, צורת האבקה היא הטובה ביותר, אך כלורופורם הוא פרקטי יותר.
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(פוליאתילן גליקול)-2000] (מלח אמוניום) (DSPE-PEG)Avanti Polar Lipids880120CLipids, ניתן לרכוש אותם תלויים בכלורופורם או בצורת אבקה. לאחסון לטווח הארוך, צורת האבקה היא הטובה ביותר, אך כלורופורם הוא פרקטי יותר.
אקרילאמיד : תמיסת ביסקרילאמיד (19:1) 40% (w/v), OmniPur®VWREM-1300תמיסת אקרילאמיד, ריכוז נמוך יותר / אבקה
IR-1048Sigma405175צבע אינפרא אדום
L11-4vVerasonics-אולטרסאונדמתמר מערך ליניארי
מיקרוטיפ 1/8 "Qsonica LLC4418מיקרוטיפ לסוניקטור בדיקה
N, N, N′, N ′ -Tetramethylethylenediamine (TEMED)VWR97064-902משמש לפילמור פוליאקרילאמיד על ידי יצירת רדיקלים חופשיים בנוכחות אמוניום פרסולפט
נובה IIאופיר-ספיריקון7Z01550מד כוח לייזר
פרפלואורוהקסאןפלואורומדAPF-60Mפרפלואורוקרבון
פוספט חוצץ מלח (PBS) טבליותVWR97062-732טבליות המשמשות לייצור PBS
Q500Qsonica LLCQ500-110סוניקטור בדיקה
סיליקה ג'לסיגמא-אולדריץ'2885002-25 μ m גודל חלקיקים
Tempest 30מחקר גל חדש-מערכת לייזר פועמת
Vantage 128Verasonics-מערכת הדמיית אולטרסאונד מחקרית
Zetasizer Nano ZSMalvern Instruments Ltd-מבצעת מדידות גודל המבוססות על פיזור אור דינמי
נוזלי

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Schutt, E. G., Klein, D. H., Mattrey, R. M., Riess, J. G. Injectable microbubbles as contrast agents for diagnostic ultrasound imaging: the key role of perfluorochemicals. Angewandte Chemie International Edition. 42 (28), 3218-3235 (2003).
  2. Lee, H., et al. Microbubbles used for contrast enhanced ultrasound and theragnosis: a review of principles to applications. Biomedical Engineering Letters. 7 (2), 59-69 (2017).
  3. Hobbs, S. K., et al. Regulation of transport pathways in tumor vessels: Role of tumor type and microenvironment. Proceedings of the National Academy of Sciences. 95 (8), 4607-4612 (1998).
  4. Ishida, O., Maruyama, K., Sasaki, K., Iwatsuru, M. Size-dependent extravasation and interstitial localization of polyethyleneglycol liposomes in solid tumor-bearing mice. International Journal of Pharmaceutics. 190 (1), 49-56 (1999).
  5. Wong, Z. Z., Kripfgans, O. D., Qamar, A., Fowlkes, J. B., Bull, J. L. Bubble evolution in acoustic droplet vaporization at physiological temperature via ultra-high speed imaging. Soft Matter. 7 (8), 4009(2011).
  6. Yu, J., Chen, X., Villanueva, F. S., Kim, K. Vaporization and recondensation dynamics of indocyanine green-loaded perfluoropentane droplets irradiated by a short pulse laser. Applied Physics Letters. 109 (24), 243701(2016).
  7. Kripfgans, O. D., Fowlkes, J. B., Miller, D. L., Eldevik, O. P., Carson, P. L. Acoustic droplet vaporization for therapeutic and diagnostic applications. Ultrasound in Medicine & Biology. 26 (7), 1177-1189 (2000).
  8. Aliabouzar, M., Kumar, K. N., Sarkar, K. Acoustic vaporization threshold of lipid-coated perfluoropentane droplets. The Journal of the Acoustical Society of America. 143 (4), 2001-2012 (2018).
  9. Sheeran, P. S., Luois, S., Dayton, P. A., Matsunaga, T. O. Formulation and acoustic studies of a new phase-shift agent for diagnostic and therapeutic ultrasound. Langmuir. 27 (17), 10412-10420 (2011).
  10. Sheeran, P. S., Luois, S. H., Mullin, L. B., Matsunaga, T. O., Dayton, P. A. Design of ultrasonically-activatable nanoparticles using low boiling point perfluorocarbons. Biomaterials. 33 (11), 3262-3269 (2012).
  11. Wilson, K., Homan, K., Emelianov, S. Biomedical photoacoustics beyond thermal expansion using triggered nanodroplet vaporization for contrast-enhanced imaging. Nature Communications. 3 (1), 618(2012).
  12. Strohm, E., Rui, M., Gorelikov, I., Matsuura, N., Kolios, M. Vaporization of perfluorocarbon droplets using optical irradiation. Biomedical Optics Express. 2 (6), 1432(2011).
  13. Wei, C., et al. Laser-induced cavitation in nanoemulsion with gold nanospheres for blood clot disruption: in vitro results. Optics Letters. 39 (9), 2599(2014).
  14. Hannah, A., Luke, G., Wilson, K., Homan, K., Emelianov, S. Indocyanine green-loaded photoacoustic nanodroplets: Dual contrast nanoconstructs for enhanced photoacoustic and ultrasound imaging. ACS Nano. 8 (1), 250-259 (2014).
  15. Lajoinie, G., et al. Ultrafast vapourization dynamics of laser-activated polymeric microcapsules. Nature Communications. 5 (1), 3671(2014).
  16. Hannah, A. S., Luke, G. P., Emelianov, S. Y. Blinking phase-change nanocapsules enable background-free ultrasound imaging. Theranostics. 6 (11), 1866-1876 (2016).
  17. Santiesteban, D. Y., Hallam, K. A., Yarmoska, S. K., Emelianov, S. Y. Color-coded perfluorocarbon nanodroplets for multiplexed ultrasound and photoacoustic imaging. Nano Research. 12 (4), 741-747 (2019).
  18. Luke, G. P., Hannah, A. S., Emelianov, S. Y. Super-resolution ultrasound imaging in vivo with transient laser-activated nanodroplets. Nano Letters. 16 (4), 2556-2559 (2016).
  19. Zhu, Y. I., Yoon, H., Zhao, A. X., Emelianov, S. Y. Leveraging the imaging transmit pulse to manipulate phase-change nanodroplets for contrast-enhanced ultrasound. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 66 (4), 692-700 (2019).
  20. Yoon, H., Zhu, Y. I., Yarmoska, S. K., Emelianov, S. Y. Design and demonstration of a configurable imaging platform for combined laser, ultrasound, and elasticity imaging. IEEE Transactions on Medical Imaging. 38 (7), 1622-1632 (2019).
  21. Taylor, P. Ostwald ripening in emulsions. Advances in Colloid and Interface Science. 75 (2), 107-163 (1998).
  22. Freire, M. G., Dias, A. M. A., Coelho, M. A. Z., Coutinho, J. A. P., Marrucho, I. M. Aging mechanisms of perfluorocarbon emulsions using image analysis. Journal of Colloid and Interface Science. 286 (1), 224-232 (2005).
  23. Yarmoska, S. K., Yoon, H., Emelianov, S. Y. Lipid shell composition plays a critical role in the stable size reduction of perfluorocarbon nanodroplets. Ultrasound in Medicine & Biology. 45 (6), 1489-1499 (2019).
  24. Sheeran, P. S., et al. Decafluorobutane as a phase-change contrast agent for low-energy extravascular ultrasonic imaging. Ultrasound in Medicine & Biology. 37 (9), 1518-1530 (2011).
  25. Lin, S., et al. Optically and acoustically triggerable sub-micron phase-change contrast agents for enhanced photoacoustic and ultrasound imaging. Photoacoustics. 6, 26-36 (2017).
  26. Sheeran, P. S., et al. Methods of generating submicrometer phase-shift perfluorocarbon droplets for applications in medical ultrasonography. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 64 (1), 252-263 (2017).
  27. Shui, L., vanden Berg, A., Eijkel, J. C. T. Scalable attoliter monodisperse droplet formation using multiphase nano-microfluidics. Microfluidics and Nanofluidics. 11 (1), 87-92 (2011).
  28. Jeong, W. -C., et al. Controlled generation of submicron emulsion droplets via highly stable tip-streaming mode in microfluidic devices. Lab on a Chip. 12 (8), 1446(2012).
  29. Xu, X., et al. Microfluidic production of nanoscale perfluorocarbon droplets as liquid contrast agents for ultrasound imaging. Lab on a Chip. 17 (20), 3504-3513 (2017).
  30. Song, R., Peng, C., Xu, X., Zou, R., Yao, S. Facile fabrication of uniform nanoscale perfluorocarbon droplets as ultrasound contrast agents. Microfluidics and Nanofluidics. 23 (1), 12(2019).
  31. Liedtke, S., Wissing, S., Müller, R. H., Mäder, K. Influence of high-pressure homogenisation equipment on nanodispersions characteristics. International Journal of Pharmaceutics. 196 (2), 183-185 (2000).
  32. Reznik, N., Williams, R., Burns, P. N. Investigation of vaporized submicron perfluorocarbon droplets as an ultrasound contrast agent. Ultrasound in Medicine & Biology. 37 (8), 1271-1279 (2011).
  33. Grapentin, C., Barnert, S., Schubert, R. Monitoring the stability of perfluorocarbon nanoemulsions by cryo-TEM image analysis and dynamic light scattering. Plos One. 10 (6), 0130674(2015).
  34. de Gracia Lux, C., et al. Novel method for the formation of monodisperse superheated perfluorocarbon nanodroplets as activatable ultrasound contrast agents. RSC Advances. 7 (77), 48561-48568 (2017).
  35. Zell, K., Sperl, J. I., Vogel, M. W., Niessner, R., Haisch, C. Acoustical properties of selected tissue phantom materials for ultrasound imaging. Physics in Medicine and Biology. 52 (20), 475-484 (2007).
  36. Hariri, A., et al. Polyacrylamide hydrogel phantoms for performance evaluation of multispectral photoacoustic imaging systems. Photoacoustics. 22, 100245(2021).
  37. Denisin, A. K., Pruitt, B. L. Tuning the range of polyacrylamide gel stiffness for mechanobiology applications. ACS Applied Materials & Interfaces. 8 (34), 21893-21902 (2016).
  38. Rajagopal, S., Sadhoo, N., Zeqiri, B. Reference characterisation of sound speed and attenuation of the iec agar-based tissue-mimicking material up to a frequency of 60 MHz. Ultrasound in Medicine & Biology. 41 (1), 317-333 (2015).
  39. Madsen, E. L., Zagzebski, J. A., Banjavie, R. A., Jutila, R. E. Tissue mimicking materials for ultrasound phantoms. Medical Physics. 5 (5), 391-394 (1978).
  40. Kharine, A., et al. Poly(vinyl alcohol) gels for use as tissue phantoms in photoacoustic mammography. Physics in Medicine and Biology. 48 (3), 357-370 (2003).
  41. Kim, H., Chang, J. H. Multimodal photoacoustic imaging as a tool for sentinel lymph node identification and biopsy guidance. Biomedical Engineering Letters. 8 (2), 183-191 (2018).
  42. Zhou, Y., et al. Magnetic nanoparticle-promoted droplet vaporization for in vivo stimuli-responsive cancer theranostics. NPG Asia Materials. 8 (9), 313(2016).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Perfluorocarbon NanodropletsOptical Droplet VaporizationAcoustic ModulationUltrasound Contrast AgentsLipid Shell NanodropletsProbe SonicationDynamic Light ScatteringPolyacrylamide PhantomCentrifugal SeparationOstwald Ripening

Related Articles