Nucleazione controllabile di cavitazione da nanoparticelle plasmoniche d'oro per l'aumento ad alta intensità focalizzato applicazioni ad ultrasuoni

Questo metodo può aiutare a rispondere a domande chiave nel campo degli ultrasuoni focalizzati ad alta intensità, come la cavitazione nucleata ad ultrasuoni laser può essere utilizzata per guidare e anche migliorare i trattamenti antitumorali HIFU. Il principale vantaggio di questa tecnica è che attraverso la combinazione di nanoparticelle, HIFU e illuminazione laser, può superare da solo i limiti di ciascuna di queste modalità. Produrre fantasmi per dimostrare il metodo di nucleazione.

Inizia con acqua de-ionizzata, de-gassata e a temperatura ambiente in un bicchiere. Inoltre, preparare il 40% di peso in volume acrilammide/bis-acrilammide soluzione. Aggiungere la soluzione all'acqua, seguita da un tampone, e persolfato di ammonio.

Posizionare il becher all'interno di una camera a vuoto situata su una piastra di agitazione magnetica. Aggiungere una barra di agitazione magnetica PTFE lunga 40 millimetri al becher e mescolare a media velocità. Aggiungere lentamente l'albumina del siero bovino in polvere.

Al termine, chiudere la camera a vuoto e avviare la pompa per vuoto. Mantenere il vuoto bersaglio e continuare a mescolare per 60 minuti. Quindi, rilasciare il vuoto e continuare a lavorare con la soluzione.

Aggiungere nanoparticelle per i fantasmi che le richiedono. Per tutti i fantasmi, aggiungere il catalizzatore. Dopo cinque minuti di miscelazione, versare la soluzione in singoli stampi e attendere 20 minuti.

Questo è un esempio di un fantasma che è impostato ed è stato rimosso dallo stampo. È pronto per l'uso nell'esperimento. Una volta impostati i fantasmi, conservare i fantasmi degradati in un contenitore ermetico.

Per produrre un fantasma di allineamento, iniziare con la soluzione fantasma. Posizionare il becher e mescolare la barra in una camera a vuoto su un agitatore magnetico. Iniziare a mescolare a media velocità e pompare la camera nel vuoto bersaglio.

Dopo aver recuperato la soluzione, versare 25 millilitri in uno stampo e aggiungere il catalizzatore. Attendere 20 minuti prima di posizionare un bersaglio metallico sferico di un millimetro al centro del fantasma. Quindi, versare altri 25 millilitri della soluzione fantasma nello stampo.

Aggiungere il catalizzatore e attendere altri 20 minuti. Se impostato, il fantasma di allineamento è pronto per l'uso o lo stoccaggio in un contenitore ermetico. Preparare la configurazione per l'esperimento.

Per questo, avere un serbatoio d'acqua acrilico con 4,5 litri di acqua deionizzata e de-gassata. Ad un'estremità del serbatoio, posizionare un assorbitore acustico. Quindi, rivolgete l'attenzione al trasduttore ad ultrasuoni focalizzato ad alta intensità.

Montalo ed è idrofono a banda larga co-allineato su uno stadio di micrometro a tre assi. Immergere completamente il trasduttore e l'idrofono nel serbatoio per affrontare l'assorbitore. Collegare il trasduttore a un circuito di corrispondenza dell'impedenza che gli permetterà di essere guidato alla sua terza armonica.

Questo circuito è collegato direttamente all'uscita di un amplificatore di potenza RF, che ha come ingresso un generatore di funzioni digitali. Il generatore di funzioni è programmato da remoto. Dopo la calibrazione, ottenere un phantom di allineamento per continuare la configurazione.

Il fantasma deve essere in un supporto stampato in 3D e montato su uno stadio 3D automatizzato. Posizionare il fantasma in modo che il bersaglio magnetico si trova al picco focale approssimativo del trasduttore. Ora, collega l'idrofono direttamente alla scheda di acquisizione dati.

Utilizzare il trasduttore e l'idrofono per pulsare l'ecolocalizzazione della destinazione di allineamento. Invia un burst di tre microsecondi e 10 cicli e visualizza il segnale rilevato in tempo reale sul computer. Regolare lo stadio del micrometro del trasduttore per modificare l'ora di volo e l'ampiezza del segnale.

Il sistema viene allineato una volta che il tempo di volo è di 85 microsecondi e l'ampiezza del segnale è massimizzata. Quindi, collegare l'idrofono a banda larga direttamente a un filtro passa-alto da cinque megahertz. Inviare il segnale tramite un preamplificatore da 40 decibel e quindi a una scheda di acquisizione dati.

Ora, imposta l'illuminazione laser per il campione. Sincronizza un laser a impulsi da 532 nanometri con il generatore di funzioni tramite un generatore di impulsi di ritardo digitale TTL. Utilizzare il laser per pompare un oscillatore parametrico ottico.

Accoppia la sua uscita nel fantasma con un fascio di fibre di due millimetri. Al serbatoio, montare questa fibra su uno stadio di micrometro. Posizionare la fibra davanti al fantasma con un angolo di 45 gradi rispetto all'asse acustico.

Per l'allineamento, utilizzare la luce visibile. Posizionare il fascio in modo che abbia il bersaglio di allineamento al centro di un punto laser di 15 millimetri. Infine, posizionare un microscopio digitale e una fonte di luce bianca sui lati opposti del serbatoio dell'acqua.

Montare il microscopio su uno stadio di micrometro. Posizionarlo in modo che l'obiettivo di allineamento sia a fuoco nel suo campo visivo. Assicurarsi che il fantasma corretto sia in posizione.

In questo caso, il fantasma tissutale appropriato sostituisce il fantasma di allineamento. Sintonizzare la lunghezza d'onda laser sulla risonanza plasmonica superficiale della nanoparticella. Al computer di controllo, impostare il trasduttore per produrre un'esplosione di 10 cicli e impostare la fluenza laser.

Indirizza il picco focale dell'ecografia focalizzata ad alta intensità a 10 millimetri di profondità e in 13 posizioni uniche nella direzione verticale distanziate di cinque millimetri. Assicurarsi che un fantasma tissutale sia in posizione nel serbatoio. Quindi, con il software, impostare i parametri di influenza e esposizione continua alle onde.

Utilizzare il microscopio per registrare la formazione di lesione termica poiché l'ecografia focalizzata ad alta intensità con una pressione negativa di picco scelta è diretta in un'unica posizione. Questi dati sono la tensione del rivelatore rispetto al tempo per un'esposizione ecografica breve e focalizzata ad alta intensità per diversi fantasmi in condizioni diverse. In questi set di dati, i fantasmi erano anche esposti all'illuminazione laser.

Tuttavia, un fantasma non aveva nanorodi e un fantasma sì. In questi set di dati, entrambi i fantasmi avevano nanorodi, ma uno era esposto all'illuminazione laser e l'altro fantasma no. Ciò dimostra che le emissioni di banda larga vengono rilevate solo quando sono presenti nanoparticelle, esposizione agli ultrasuoni e illuminazione laser.

Questo video al microscopio fornisce un esempio della formazione di lesioni termiche e di cavitazione in un fantasma gel con nanorodi esposti ad ultrasuoni focalizzati ad alta intensità e illuminazione laser. Durante il tentativo di questa procedura, è importante ricordare di indossare dispositivi di protezione individuale adatti durante la manipolazione delle sostanze chimiche e assicurarsi che quando si utilizza il laser si utilizzi una corretta protezione degli occhi. Dopo il suo sviluppo, questa tecnica potrebbe spianare la strada ai ricercatori nel campo della terapia ecografica focalizzata ad alta intensità per esplorare utilizzando nanoparticelle molecolari mirate per migliorare i trattamenti del cancro attraverso ablazioni termiche mirate e veloci.