高強度を強化するため金ナノ粒子プラズモニックからキャビテーションの制御可能な核集中超音波アプリケーション

この方法は、レーザー超音波有核キャビテーションがガイドに使用されるなど、高強度に焦点を当てた超音波分野の主要な質問に答え、またHIFU癌治療を強化するのに役立ちます。この技術の主な利点は、ナノ粒子、HIFU、およびレーザー照明の組み合わせを通じて、これらのモダリティの限界を克服できることです。核形成方法を実証するファントムを製造する。

ガラスビーカーの脱イオン、脱ガス、室温の水から始めます。また、40%重量の体積アクリルアミド/ビスアクリルアミド溶液を調製します。水に溶液を加え、次に緩衝液と過硫酸アンモニウムを加える。

ビーカーを磁気攪拌機板に置いた真空チャンバーの中に置きます。長さ40ミリメートルのPTFE磁気攪拌バーをビーカーに加え、中速でかき混ぜます。ゆっくりと牛血清アルブミンパウダーを追加します。

完了したら、真空チャンバーを閉じて真空ポンプを開始します。ターゲットの真空を維持し、60分間攪拌を続けます。次に、真空を放出し、溶液の処理を続けます。

それらを必要とするファントムのためのナノ粒子を追加します。すべてのファントムに対して、触媒を加えます。5分間混合した後、溶液を個々の金型に注ぎ、20分間待ちます。

これは、鋳型からセットされ、取り除かれたファントムの例です。実験で使用する準備ができました。ファントムがセットされたら、気密容器に集まったファントムを保管してください。

アライメントファントムを生成するには、ファントム溶液から始めます。ビーカーを置き、磁気スターラーの真空チャンバーにバーをかき混ぜます。中速で撹拌を開始し、チャンバーをターゲット真空にポンプで送ります。

溶液を取り出した後、25ミリリットルを型に注ぎ、触媒を加えます。ファントムの中央に1ミリメートルの球状金属ターゲットを配置する前に20分待ちます。次に、別の25ミリリットルのファントム溶液を金型に注ぎます。

触媒を加え、さらに20分待ちます。設定すると、アライメントファントムは、気密容器に使用または保管する準備ができています。実験のセットアップを準備します。

このためには、4.5リットルの脱イオン、脱ガス水を含むアクリル水タンクを持っています。タンクの一端に、吸音剤を設置します。次に、高強度焦点超音波トランスデューサに注意を向ける。

それをマウントし、それは3軸マイクロメートルの段階で同一位置付け広帯域ハイドロフォンです。タンク内のトランスデューサとハイドロフォンを完全に沈め、吸収器に向かいます。トランスデューサをインピーダンスマッチング回路に接続し、3番目の高調波で駆動できるようにします。

この回路は、デジタル機能発生器を入力とするRFパワーアンプの出力に直接接続されています。関数ジェネレーターはリモートでプログラムされます。キャリブレーション後、アライメントファントムを取得して設定を続けます。

ファントムは3Dプリントホルダーに入っており、自動化された3Dステージに取り付ける必要があります。磁気ターゲットがトランスデューサの近似焦点ピークになるようにファントムを配置します。ハイドロフォンをデータ取得カードに直接接続します。

トランスデューサとハイドロフォンを使用して、アライメントターゲットをエコー位置にエコーします。3 マイクロ秒、10 サイクルバーストを送信し、検出された信号をコンピュータ上でリアルタイムで表示します。トランスデューサのマイクロメータステージを調整して、飛行時間と信号振幅を変更します。

システムは飛行時間が85マイクロ秒で信号振幅が最大になると整列される。次に、ブロードバンドハイドロフォンを5メガヘルツハイパスフィルタに直接接続します。40 デシベルプリアンプを介して信号を送信し、次にデータ取得カードに送信します。

次に、サンプルのレーザー照明を設定します。TTLデジタル遅延パルス発生器によって機能発生器と532ナノメートルのパルスレーザーを同期させます。レーザーを使用して、光パラメトリック発振器をポンプで送り出します。

ファントムの出力を2ミリメートルの繊維束と組み合わせる。タンクで、マイクロメータのステージにこのファイバーを取り付けてください。光ファイバを音響軸から 45 度の角度でファントムの前に配置します。

整列するには、可視光を使用します。15ミリメートルレーザースポットの中心に位置合わせターゲットを持つビームを配置します。最後に、水槽の反対側にデジタル顕微鏡と白色光源を置きます。

マイクロメートルの段階で顕微鏡を取り付ける。位置を設定して、位置を合わせの対象に合わせ、その視野にフォーカスを合わせます。正しいファントムが設置されていることを確認します。

この場合、適切な組織ファントムは、アライメントファントムを置き換える。ナノ粒子の表面プラズモン共鳴にレーザー波長を調整します。制御コンピュータで、トランスデューサを10サイクルバーストを生成し、レーザーフルエンスを設定するように設定します。

高強度焦点超音波バーストの焦点ピークをターゲットに焦点を当てた超音波バースト10ミリメートル深さ、5ミリメートル間隔の垂直方向に13ユニークな位置で。タンク内に組織ファントムが設置されていることを確認します。次に、ソフトウェアで、フルエンスと連続波露光パラメータを設定します。

選択したピーク陰圧を有する高強度焦点超音波が1箇所に向けられているので、顕微鏡を使用して熱病変形成を記録する。これらのデータは、異なる条件下で異なるファントムのための短い、高強度の焦点を当てた超音波暴露のための検出器電圧対時間である。これらのデータセットでは、ファントムもレーザー照明にさらされた。

しかし、1つのファントムはナノロッドを持っていなかったし、1つのファントムはそうした。これらのデータセットでは、両方のファントムはナノロッドを持っていたが、1つはレーザー照明にさらされ、もう1つはレーザー照明にさらされなかった。これは、ナノ粒子、超音波暴露、レーザー照明がすべて存在する場合にのみ、ブロードバンド放出が検出されることを示しています。

この顕微鏡ビデオは、高強度焦点化超音波およびレーザー照明にさらされたナノロッドを有するゲルファントムにおける熱およびキャビテーション病変の形成の例を提供する。この手順を試みる間、化学物質を取り扱うときに適切な個人用保護具を着用し、レーザーを使用する際に正しい目の保護が使用されていることを確認することが重要です。その開発後、この技術は、高強度に焦点を当てた超音波療法の分野の研究者が、標的化された急速な熱アブレーションを通じて癌治療を強化するために分子標的ナノ粒子を使用して探求する道を開く可能性がある。