형광 현미경과 초음파 자극에 초점을 맞춘 멀티플렉싱

요약

낮은-강도 펄스 초음파 자극 (LIPUS)은 높은 공간 및 시간적 해상도 생 또는 조작 셀의 비-침략 적 기계적 자극에 대 한 양식 적임 이다. 이 문서는 피 형광 현미경 LIPUS를 구현 하는 방법 및 원치 않는 기계적 유물을 방지 하기 위해 초음파 경로 따라 음향 임피던스 불일치를 최소화 하는 방법에 설명 합니다.

초록

집중 함으로써 부드러운 조직에 침투 하는 저 강도 초음파 펄스, LIPUS 원격으로 그리고 안전 하 게 신경 발포, 호르몬 분 비 및 유전으로 재설정 셀을 조작 하는 유망한 생물 의학 기술을 나타냅니다. 그러나,에 의해 의료 응용 프로그램에 대 한이 기술의 번역 방해 현재는 생물 메커니즘의 부족 및 대상 조직 감각 LIPUS에 응답. 이러한 메커니즘을 식별 하는 적당 한 접근 LIPUS와 함께에서 광학 바이오 센서를 사용 하 여 기본 신호 경로 결정 하는 것입니다. 그러나, LIPUS를 구현 하는 형광 현미경에 물리적 인터페이스를 반영 하 고, 흡수 하 고 청각 파의 굴절의 존재로 인해 원치 않는 기계적 유물을 발생할 수 있습니다. 이 문서 음향 경로 따라 물리적 인터페이스의 영향을 최소화 하면서 상용 직 립 피 형광 현미경에 LIPUS를 통합 하는 단계별 절차를 제공 합니다. 단일 요소 초음파 트랜스듀서를 운영 하 고 객관적인 초점으로 변환기의 초점 영역을가지고 간단한 절차를 설명 합니다. LIPUS 사용 하 여 칼슘 이미징 사용 하 여 측정 하는 교양된 인간 세포종 세포에서 칼슘 LIPUS 유도 과도의 예를 보여 줍니다.

서론

많은 질병 침략 적 의료 개입의 일종이 필요합니다. 이 절차는 자주 비싼, 위험, 회복 기간을 필요로 하 고 따라서 의료 시스템에 부담을 추가 합니다. 비-침략 적 치료 modalities 기존의 수술을 안전 하 고 더 싼 대안을 제공 하 가능성이 있다. 그러나, 현재 비-침략 적 접근 pharmacotherapy 또는 transcranial 자석 자극 등 종종 조직 침투, spatiotemporal 해상도 및 원치 않는 오프 대상 효과 간에 의해 제한 됩니다. 이러한 맥락에서 집중 된 초음파 구성 하는 생물 학적 기능을 조작 하는 잠재력을 가진 유망한 비-침략 적 기술 제한 대상에서 효과 높은 spatiotemporal 정확도와 조직 깊숙한.

집중 된 초음파 자극 정확한 위치에서 음향 에너지를 제공 구성 생물 깊숙한. 음향 펄스 매개 변수에 따라이 에너지는 다양 한 의료 사용을 할 수 있습니다. 예를 들어, 식품 및 의약품 안전 청은의 사용을 승인 고 강도 집중 초음파 (장내) 전립선 종양, 뇌 영역 떨림 발생, 자 궁 fibroids 및 통증을 일으키는 뼈 전이^{1 신경 엔딩의 열 제거에 대 한} . 장내 중재 microbubble 현상 또한 체계적으로 관리 치료²

프로토콜

1. 성장 어쿠스틱 투명 한 폴리에스터 필름에 셀

1. 수직 프레스-드릴을 사용 하 여 표준 35mm 문화 접시의 하단에 12 m m 구멍 크기를 드릴. 드릴을 천천히 이동 하 고 눈 보호를 착용. (그림 2) 외부 면에 매끄러운 표면을 만들려고 블레이드를 사용 하 여 접시의 바닥에 연결 된 플라스틱의 조각을 제거 합니다.
2. 해양 학년 에폭시 또는 접시의 외부 바닥 표면에 접착제의 얇은 층을 적용 합니다.
3. 접시의 외부 바닥 표면에 대 한 폴 리 에스테 (2.5 µ m 두께)의 영화를 놓고 에폭시/접착제 필름과 두꺼운 플라스틱 표면 사이 균등 하 게 확산 되도록 단단히 누르십시오. 평평한 표면 (그림 2)를 만들 손가락으로 원심 방식으로 영화를 가볍게 당깁니다.
4. 에폭시/접착제는 건조 때 짧게 린스 드라이 폴리에스터-아래 95% 에탄올과 접시와 접시 및 내부 배치 하 여 소독 강한 254 nm 자외선 여기 소스 아래 그것의 뚜껑의 표면. 기간 및 약 330 mJ cm^-2 미생물의 대부분의 종류의 완전 한 파괴에 대 한의 UV 복용량을 제공 하는 강도 조정 합니다. 이 에너지는 약 1000 µW cm^....

결과

그림 5 LIPUS 실험 칼슘 영상과 다중화의 예입니다. 세포종 세포 (A-172) 했다 EMPM 코팅 폴리에스터 필름에 (10% 세럼과 1% 항생제로 보충) 표준 문화 매체에 성장과 칼슘-민감한 형광 기자 Fluo-4와 incubated 오전. 셀은 10 배 집중 렌즈를 사용 하 여 백색 LED 광원으로 조명 그리고 몇 군데와 형광 빛 표준 GFP 필터 세트를 사용 하 여 수집 되었다. LIPUS 158 V 피크 대 피크 진폭, 0.1 ms 펄스 기간 및 10 ms 맥 박 반복 주파수 (즉, 1% 듀티 사이클)의 펄스 파형으로 4 MHz 트랜스듀서를 구동 하 여 수동으로 적용 되었다. 이러한 매개 변수를 해당_sppa 88 승 cm^-2 (190 W c m^-2의 진단도) 아래^{와 난}_spta = = 877 mW.......

토론

집중 된 초음파의 주요 장점은 비 접촉 spatio 시간적 고정밀 생물학 견본에 기계적 또는 열 에너지를 전달 하는 기능입니다. 기계적으로 자극 하기 위한 다른 기술을 일반적으로 고용 침략 물리적 프로브 (예를 들어, 셀 파고) 세포 또는 외국 개체 (예: 광학 족집게)와 높은 에너지 레이저 광선의 상호 작용을 요구 한다. 마그네틱 난방 생물 학적 샘플 내부 특정 공간 위치를 열 수 있습니다 하지만 외국 자성 나노 입자의 존재를 요구 한다. 다른 한편으로, 작은 샘플 (예를 들어, 셀 문화) 수성 매체에서의 정확한 비-침략 적 열 적외선을 사용 하 여 또는 여기^17,,1819전자 레인지.

많은 biophysicists 그들의 특정 응용 프로그램

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
작업량이 큰 직립 현미경	Thorlabs	CERNA
작업 볼륨이 큰 정립 현미경	Scientifica	SliceScope
광기계 구성 요소	Thorlabs	n/a
바늘 수중청음기	ONDA Corporation	HNP/C/R/A/T 시리즈 + AH/G 프리앰프
바늘 수중청음기	정밀 음향	해당 없음
광섬유 수중청음기	ONDA Corporation	HFO 시리즈
광섬유 수중청음기	해당 없음		오실로스코프
	Keysight Technology	DSOX2004A(4채널 70MHz)
함수 발생기	Keysight Technology	33500B(20MHz 단일 채널)
RF 전력 증폭기	전자 항행 산업 (ENI)	325LA, 525LA, 240L, 350L, A075, 2100L, 3100LA
RF 전력 증폭기	전자 및 혁신(E& I)
침수 초음파 트랜스듀서	올림푸	집속 침수 트랜스듀서
	저파 기기	HiFu 트랜스듀서 BII-76 시리즈
침수 초음파 트랜스듀서	정밀 음향	피에조 세라믹 또는 HiFu 트랜스듀서
침수 초음파 트랜스듀서	초음파-S-lab		HiFu 트랜스듀서
Matrigel	Corning	VWR 80094-330
Mylar 필름 2.5 미크론	Chemplex	CAT.NO:107

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