평면 샘플에 자석 입자 이미징에 대한 자기 인식 스캐너를 혼합 주파수
2016년 6월 9일
평면 샘플 자성 입자를 이미지화하는 스캐너는 자기 검출 기법 혼합 평탄한 주파수를 이용하여 개발되었다. 입자의 비선형 nonhysteretic 자화에서 자기 상호 변조 응답은 두 개의 주파수 대역 여기에 기록된다. 얇은 생물학적 시료의 2 차원 영상을 위해 사용될 수있다.
이 절차의 전반적인 목표는 2차원 혼합 자기 검출 스캔을 사용하여 나노 자성 입자가 포함된 얇은 생물학적 샘플을 분석하는 것입니다. 이 방법은 나노자성 입자를 레벨링 화합물로 사용하는 조직 절편 분석과 같은 생화학 및 의료 진단 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 나노 자성 입자 분포를 만날 수 있다는 것입니다.
시연은 임을윤 교수, 정재찬, 장지호 등 제 연구실의 세 명의 연구원입니다. p-FMMD 측정 헤드는 텍스트 프로토콜에 따라 설계되어야 합니다. 모든 배선 및 코일링 사양에 대한 세부 정보가 제공됩니다.
조립 및 설정은 텍스트 프로토콜에 자세히 설명되어 있습니다. 여기에는 고주파 밸런스 및 유도 전압의 조정이 포함됩니다. 다음으로, 여기 섹션, 저주파 및 고주파 드라이버 섹션 및 FMMD의 감지 섹션을 포함하는 측정 전자 장치가 설정됩니다.
그런 다음 프리 앰프, 첫 번째 복조기, 필터링 기능이있는 중간 증폭기, 두 번째 복조기 및 필터링 기능이있는 최종 증폭기가 모두 설정됩니다. 마지막으로, 2D 스캐너가 장착되고 컴퓨터 제어 장치와 인터페이스됩니다. 이 절차를 위해 직경이 50나노미터와 100나노미터인 자철광 입자와 1미크론 직경의 마그헤마이트 입자가 있어야 합니다.
입자 스톡 용액을 물로 씻고 자석을 사용하여 입자를 수집합니다. 물을 버리고 각각 두 번씩 더 씻으십시오. 그런 다음 증류수를 사용하여 입자를 밀리리터당 25mg 용액으로 희석합니다.
100 나노미터 입자 용액에서 밀리리터당 5, 1, 0.2 및 0.04 밀리그램의 농도에 대해 5배 희석 시리즈를 만듭니다. 다음으로, 생검 펀치를 사용하여 흡수성 압지 조각을 펀칭합니다. 그런 다음 종이 펀치를 다른 100나노미터 입자 용액에 30초 동안 담그십시오.
담근 후 종이 펀치를 자연 건조시킵니다. 다음으로, 2 x 18mm 크기의 니트로 셀룰로오스 조각을 잘라냅니다. 니트로셀룰로오스 1개를 희석되지 않은 1미크론 직경의 입자 용액에 10-15초 동안 담그고 가열하지 않은 공기를 사용하여 건조시킵니다.
다른 니트로셀룰로오스 조각을 농도가 다른 두 용액에 담궈 농도 구배를 만들고 다른 조각과 마찬가지로 건조시킵니다. 마지막으로, 모세관 작용을 사용하여 모세관 튜브에 30마이크로리터의 희석되지 않은 50나노미터 직경의 입자 용액을 로드합니다. 그런 다음 두 번째 모세관에 동일한 입자를 10배 희석한 20마이크로리터로 로드합니다.
스캔 방향은 두 평면 치수 중 더 짧아야 합니다. 팔레트의 눈금자 표시를 사용하여 시작점과 스캔 길이를 설정합니다. 스캔 소프트웨어에 이 값을 입력한 다음 스캔 오프셋을 달성 가능한 공간 해상도보다 약간 작게 설정합니다.
다음으로, 저역 통과 필터링으로 인해 발생하는 신호 감소를 고려하여 스캔 속도를 설정합니다. 초당 1에서 7밀리미터 사이의 값을 사용합니다. 이제 스테핑 거리를 설정합니다.
총 스캔 시간은 텍스트 프로토콜에 제공된 공식을 사용하여 계산됩니다. 스캔하기 전에 접착 테이프로 샘플을 고정합니다. 스캔을 위해 모션 제어 프로그램에 대한 NVD 파일을 생성합니다.
PMC 모션 제어 프로그램을 열고 NVD 파일을 로드합니다. 홈 버튼을 눌러 기계적 원점을 설정합니다. 모션 제어 프로그램을 닫고 스캐너 프로그램으로 돌아갑니다.
그런 다음 스캔을 실행합니다. 이러한 스캔을 위해 신호 강도는 마그네틱 비드 농도의 함수로 분석되었으며 스캔 속도는 분당 10mm였습니다. 비드 농도와 신호 사이에는 강한 상관관계가 발견되었습니다.
스캐닝 스테이지의 속도와 신호 강도 사이의 관계는 마그네틱 비드로 적신 종이 펠릿을 사용하여 확인했습니다. 더 낮은 스캔 속도에서 더 높은 신호를 얻었습니다. p-FMMD 스캔과 니트로셀룰로오스 멤브레인 샘플의 광학 이미지를 비교하면 MPI 스캐너로서 p-FMMD의 유용성을 명확하게 보여주었습니다.
스캔의 광범위함은 주로 측정 헤드의 감도 프로필 때문입니다. 마찬가지로, 서로 다른 자성 입자 농도로 채워진 두 개의 모세관을 p-FMMD로 촬영하고 스캔했습니다. 분명히, 20배의 농도 차이는 쉽게 구별됩니다.
이 비디오를 시청한 후에는 FMMD 기법을 사용하여 나노자성 입자가 포함된 10개의 샘플을 분석하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 약 1시간 안에 완료할 수 있습니다. 개발 후 이 기술은 생화학 및 의료 진단 분야의 연구자가 장기 시스템에서 특정 항체를 인용하는 나노자성 입자의 분포를 탐구할 수 있는 길을 열었습니다.
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개요
본 논문은 평면 주파수 혼합 자기 검출 방식을 채택한 새로운 스캐너를 사용하여 얇은 생물학적 시료를 이미징하는 방법을 제시합니다. 이 기술은 나노 자기 입자의 자기 상호변조 응답을 포착하여 2D 이미지를 생성할 수 있게 합니다.
주요 연구 구성 요소
과학 분야
- 생화학
- 의학적 진단
- 자기 영상 기술
배경
- 나노자성 입자는 조직 분석에서 레벨링 화합물로 사용될 수 있습니다.
- 입자 분포를 이해하는 것은 다양한 응용 분야에서 매우 중요합니다.
- 이 방법은 비침습적 이미징 기술을 제공합니다.
- 기존 방법들은 이러한 입자들의 분포를 효과적으로 포착하지 못했을 수 있습니다.
연구 목적
- 나노자기 입자를 포함하는 얇은 생물학적 시료를 분석하기 위함입니다.
- 생화학 및 의료 진단 분야의 이미징 기술을 개선하기 위함입니다.
- 평면 주파수 혼합 자기 검출법의 효과를 입증하기 위함입니다.
사용된 방법
- 2차원 혼합 자기 검출 스캔.
- 지정된 프로토콜에 따라 설계된 p-FMMD 측정 헤드의 사용.
- 정확한 측정을 위한 세부 배선 및 코일링 사양.
- 연구원 임을균, 정재찬, 창지호의 시연.
주요 결과
- 이 방법은 얇은 생물학적 시료의 2D 이미지를 성공적으로 캡처합니다.
- 나노자성 입자 분포 분석에서의 효과를 입증하였습니다.
- 조직 절편 분석에 대한 새로운 접근 방식을 제공합니다.
- 생화학 및 진단 분야의 다양한 영역에서 활용 가능성이 있습니다.
결론
- 평면 주파수 혼합 자기 검출 기술은 이미징에 효과적입니다.
- 이 방법은 나노자기 입자의 거동에 대한 이해를 높여줍니다.
- 이는 의료 진단 연구의 새로운 길을 열어줍니다.
자주 묻는 질문
산업적 관련성 요약
이 평면 주파수 혼합 자기 검출(p-FMMD) 스캐너는 얇은 생물학적 시료 내 나노자기 입자 분포의 비침습적 2D 이미징을 가능하게 하여, 초기 발굴 단계의 타겟 검증 및 분석법 개발을 지원합니다. 시료 전체의 자화 과정 없이 초상자성 입자로부터 상호변조 신호를 포착함으로써, 기전 연구의 예측 신뢰도를 높이고 생물학적 리스크 감소 기간을 단축하는 정량적 공간 데이터를 제공합니다. 이 방법은 자기 라벨의 정밀한 국소화가 리드 화합물 식별 파이프라인의 진행 여부(go/no-go) 결정에 중요한 정보를 제공하는 조직 절편 및 진단 시료 분석에 특히 유용합니다.
바이오제약 R&D에서의 전략적 응용
초기 발견 및 표적 검증
- 과학적 가치: 조직 절편 내 타겟 결합 또는 바이오마커 존재의 대리 지표로서 나노자성 입자 분포를 매핑함으로써 치료 가설의 검증을 가능하게 함.
- 운용적 가치: 경로 활성화 패턴을 명확히 하고 질환 관련 시스템에서 기능적 타겟 검증을 지원하는 라벨 기반 공간 판독 값을 제공함.
- 예측적 가치: 타겟 조절 분석의 신뢰도를 높이고 타겟 신뢰도 지표에 기반한 포트폴리오 분류를 돕는 정량적 이미징 결과물을 생성함.
스크리닝 및 어세이 개발
- 분석 준비도: 입자가 적재된 시료로부터 표준화되고 재현 가능한 2D 신호 맵을 생성하여, 나노자기 리포터 시스템에 대한 신뢰할 수 있는 화합물 스크리닝을 가능하게 합니다.
- 정량적 결과: 입자 농도와 상관관계가 있는 상호변조 생성물 진폭을 측정하여, 스크리닝 캠페인에서의 용량-반응 분석 및 히트(hit) 확인을 지원합니다.
- 플랫폼 확장성: 스캔 범위와 지지체 기하학적 구조에 의해서만 제한되는 시료 크기를 수용할 수 있어, 다양한 분석 형식과 모델 시스템에서 재사용이 가능합니다.
중개 및 전임상 연구
- 중개적 연속성: 조직 절편부터 전체 장기 적출물에 이르기까지 일관된 입자 분포 데이터를 제공함으로써 발견 단계와 전임상 워크플로우를 연결합니다.
- 바이오마커 정렬: 나노자성 입자가 표적 특이적 리간드와 결합될 때 중개적 바이오마커 검증을 지원하여, 영상 신호와 표적 발현 사이의 상관관계를 가능하게 합니다.
- 리스크 조정 기반 진전: ex vivo 질환 모델에서 표적 결합의 공간적 검증을 제공함으로써 리드 최적화 과정에서의 기전적 모호성을 줄여줍니다.
파이프라인 및 워크플로 통합
p-FMMD 방법은 초기 타겟 검증부터 리드 화합물 발굴 및 전임상 평가에 이르는 발견 연속체 과정에 적합하며, 워크플로우의 각 단계에서 나노자성 입자의 분포를 추적할 수 있는 재사용 가능한 이미징 기능을 제공합니다.
- 발견 생물학: 생물학적 시료 내에서 자기 라벨이 축적되는 위치를 시각화함으로써 가설 검증과 경로 규명을 지원하며, 표적 메커니즘 연구의 불확실성을 줄여줍니다.
- 스크리닝: 입자 분포 또는 표적 결합에 미치는 화합물의 효과를 비교할 수 있게 하는 정량 가능한 신호 출력을 통해 분석법의 표준화를 가능하게 합니다.
- 분석: 공간적 강도 측정 및 농도 의존적 판독값을 제공하여, 연구팀이 조건을 비교하고 표적 조절 효능을 평가하는 데 도움을 줍니다.
- 중개 연구: 적출된 조직이나 장기 절편에서 나노입자 기반 프로브를 평가할 때 이미징 연속성을 제공함으로써 전임상 검증과 연결됩니다.
- 기업 내 재사용: 여러 프로젝트에 적용 가능한 플랫폼 기술로 기능하여, 새로운 표적이나 질환 모델에 적용할 때 재검증의 필요성을 줄여줍니다.
운영 및 기업 영향
- 과학적 가치: 나노입자 분포의 직접적인 공간 시각화를 통해 메커니즘적 모호성을 줄임으로써 타겟 검증의 예측 신뢰도를 높입니다.
- 운영적 가치: 실행 시마다 일관된 상호 변조 신호를 생성하는 고정 여기 주파수 및 복조 프로토콜을 통해 재현성과 표준화를 보장합니다.
- 전략적 가치: 타겟 결합 이미징을 바탕으로 조기에 진행 여부(go/no-go)를 결정할 수 있게 하여, 위양성 리드 물질에 대한 투자를 줄이고 자본 효율성을 향상시킵니다.
- 포트폴리오 영향: 리드 물질 발굴 파이프라인의 진전 결정에 필요한 공간 데이터를 제공함으로써 위험 조정 우선순위 설정을 지원합니다.
실행 시 고려 사항
- 배선 및 코일링 사양에 상세히 기술된 자성 입자 처리, 신호 복조 및 2D 스캐닝 기기 설정에 관한 전문 지식이 필요합니다.
- 주파수 특정 여기원(77 kHz 및 61 Hz)과 합 주파수 상호변조 생성물을 분리할 수 있는 정밀 검출 전자 장비의 사용이 필요합니다.
- 신호 일관성을 보장하기 위해 입자 희석, 기판(예: 니트로셀룰로오스, 블로팅 페이퍼) 상의 고정 및 건조 절차를 포함한 시료 준비 프로토콜의 표준화가 필수적입니다.
- 공간 분해능이 시료 높이에 의해 제한되므로(현재 설정에서는 2 mm로 제한), 다양한 시료 두께에 따른 최적화 고려 사항이 수반됩니다.
- 신호 강도와 스캐닝 속도 간의 절충안 및 측정 헤드의 감도 프로파일이 이미지 광폭도에 미치는 영향과 같은 실질적인 제한 사항이 포함됩니다.
