June 26th, 2017
여기에는 생체 내 동일한 샘플 에서 심도 깊은 곳에서의 고해상도 이미징과 저해상도 깊은 조직 이미징이 가능한 스위칭 가능한 음향 해상도 (AR) 및 광학 해상도 (OR) 광 음향 현미경 (AR-OR-PAM) 시스템이 시연됩니다.
이 절차의 전반적인 목표는 생체 내 소동물 혈액 혈관 이미징을 위한 전환 가능한 음향 및 광학 해상도 광음향 현미경 시스템을 시연하는 것입니다. 광음향 현미경은 광학과 초음파를 결합하여 고해상도로 광학 경로를 넘어 이미징 깊이를 제공하는 빠르게 성장하는 생체 내 이미징 방식입니다. 현재 진행 중인 이 작업은 전환 가능한 음향 광학 해상도 사진 음향 현미경 시스템으로, 얕은 깊이에서 고해상도 이미징과 생체 내에서 동일한 샘플의 저해상도 심층 조직 이미징이 가능합니다.
제 연구실의 연구원인 Mohesh Moothanchery 박사와 제 연구실의 박사 과정 학생인 Arunima Sharma가 절차를 시연할 것입니다. 먼저, 다이오드 펌핑 고체 상태 Nd:YAG 레이저와 559 - 576 나노미터 범위의 절단 가능한 레이저에서 나노초의 조정 가능한 레이저 시스템을 구성합니다. ditunable 레이저를 570nan으로 설정합니다.
탱크 바닥에 7cm 폴리에틸렌 이미징 창이있는 아크릴 탱크를 광학 테이블에 장착하십시오. 이미징 스테이지를 이미징 창 아래의 광학 포스트에 고정합니다. 탱크 위에는 AR-OR-PAM 이미징 시스템이 들어있는 광학 케이지를 컴퓨터로 제어되는 3축 전동 변환 스테이지에 고정된 스위칭 플레이트에 장착합니다.
AR-PAM용 시스템을 구성하려면 전동 연속 회전 스테이지에 장착된 직각 프리즘을 사용하여 가변 중립 밀도 필터를 통해 빔을 25NA 파이버 커플러가 있는 다중 모드 파이버 케이블로 보냅니다. 광섬유 출력을 이미징 시스템의 XY 변환 스테이지에 연결합니다. 출력에서 25mm 떨어진 평면 볼록 렌즈를 통해 빔을 유도한 다음 원뿔형 렌즈를 통해 빔을 만들어 링 모양의 빔을 만듭니다.
트랜스듀서 출력에 장착된 음향 렌즈가 있는 50메가헤르츠 초음파 트랜스듀서 주위의 광학 콘덴서에 링 모양의 빔을 집중시킵니다. 다음으로, OR-PAM을 위한 시스템을 구성하려면 첫 번째 직각 프리즘을 90도 회전하여 조리개, 가변 중성 밀도 필터, 집광 렌즈 및 집광 렌즈에서 75mm 떨어진 곳에 설정된 핀홀을 통해 레이저 빔을 유도합니다. 1 NA 단일 모드 파이버 커플러와 단일 모드 파이버를 사용하여 빔을 이미징 시스템의 Z 변환 스테이지로 보냅니다.
광섬유 출력에서 50mm 떨어진 곳에 장착된 achromatic doublet lens를 통해 빔을 유도합니다. kinematic, controllable, elliptical mirror를 사용하여 빔을 lens tube의 두 번째 achromatic doublet lens로 전환합니다. 마름모꼴 프리즘의 실리콘 오일 층으로 분리된 직각 프리즘에 빔을 집중시키며, 여기에는 음향 렌즈와 OR-PAM 스캐닝 헤드를 형성하는 50메가헤르츠 초음파 변환기
가 있습니다.시스템 정렬을 시작하기 전에 아크릴 탱크에 가스가 제거된 물을 채우십시오. 그런 다음 3축 전동 스테이지를 사용하여 스캐닝 어셈블리를 탱크 위로 이동합니다. 두 시스템의 음향 렌즈가 물에 잠길 때까지 어셈블리를 내립니다.
레이저를 켭니다. 초음파 변환기를 두 개의 25데시벨 고정 이득 증폭기에 연결합니다. AR-PAM 스캐닝 헤드를 이미징 창 위에 놓습니다.
검은색 전기 테이프로 감싼 유리 슬라이드를 이미징 스테이지에 놓고 스테이지를 들어 올려 슬라이드가 이미징 창에 닿도록 합니다. 슬라이드에서 생성된 광음향 신호 진폭이 최대에 도달할 때까지 원뿔형 렌즈를 조정하여 광학 및 음향 렌즈가 컨포칼임을 나타냅니다. 그런 다음 OR-PAM 시스템으로 수동으로 전환합니다.
광학 및 음향 렌즈가 공초점이 될 때까지 achromatic doublet lens를 조정하며, 테이프로 덮인 슬라이드에서 photoacoustic signal amp를 최대화하여 표시됩니다. 각 시스템의 측면 해상도를 결정하려면 먼저 100나노미터 금 나노 입자의 묽은 용액 1ml를 커버 슬립에 물에 넣습니다. 이미징 스테이지에 슬라이드를 놓습니다.
나노 입자 용액이 이미징 창에 닿을 때까지 스테이지를 올립니다. 레이저와 스캐닝 헤드를 AR-PAM 시스템으로 전환합니다. AR-PAM 스캔을 위해 기기 소프트웨어를 구성하고 단일 래스터 스캔을 수행합니다.
OR-PAM 시스템에 대해 이 프로세스를 반복합니다. 그런 다음 슬라이드를 제거하고 알코올 면봉으로 이미징 창을 청소합니다. 수집된 영상에서 결정된 점 확산 함수를 가우스 곡선에 피팅합니다.
최대 절반에서의 전체 너비는 해당 스캐닝 시스템의 측면 해상도입니다. 다음으로, 조직의 최대 이미징 깊이를 결정하려면 먼저 검은색 테이프로 감싼 날카로운 금속판을 얕은 각도로 닭 조직의 작은 부분에 삽입합니다. 스캐너 헤드 아래의 물 탱크에 티슈를 놓습니다.
각 시스템에 대해 단일 B 스캔 이미지를 가져옵니다. 검은색 테이프를 더 이상 명확하게 식별할 수 없는 조직 표면 아래의 깊이를 측정합니다. 이미지를 촬영하기 전에 폴리에틸렌 이미징 창과 동물 이미징 스테이지가 모두 깨끗한지 확인합니다.
그런 다음 마우스를 마취한 후 이미징 절차를 위해 25g, 4주 된 암컷 마우스를 얻습니다. 제모 크림으로 귀 표면의 털을 제거합니다. 무균 안연고를 마우스의 눈에 바르면 건조함을 방지하고 산란된 레이저 빔을 차단할 수 있습니다.
이미징 스테이지에 마우스를 올려 놓고 이미징된 나에게 귀를 위치시키기 위한 플레이트가 있습니다. 맥박 산소 농도계로 마우스의 생리적 상태를 모니터링하십시오.amp쥐의 꼬리나 다리에 고정됩니다. 초음파 젤을 귀에 바르면 이미지를 얻을 수 있습니다.
이미징 스테이지를 천천히 올려 귀를 폴리에틸렌 이미징 창에 부드럽게 접촉시킵니다. 마우스 귀의 AR-PAM 및 OR-PAM 래스터 스캔을 획득하여 마우스의 생리적 상태를 전체적으로 모니터링합니다. 이미징 후 마우스가 완전히 회복되도록 합니다.
여기서 마우스의 혈액 혈관 시스템은 전환 가능한 AR-OR-PAM 시스템을 사용하여 생체 내에서 이미지화되었습니다. 45마이크로미터보다 두꺼운 혈관이 AR-PAM 이미지에서 명확하게 보였습니다. 약 5마이크로미터 너비의 단일 모세혈관을 OR-PAM 이미징으로 해결했습니다.
결합된 AR-OR-PAM 시스템의 측면 해상도는 약 4미크론입니다. 그리고 OR-PAM의 경우 4mm 이미징, AR-PAM의 경우 약 45마이크로미터 측면 해상도 및 7.8mm 이미징이 있습니다. 전환 가능한 결합 AR-OR-PAM 시스템을 통해 서로 다른 이미징 시스템 간에 샘플을 이동하지 않고도 이미징할 수 있습니다.
개발된 시스템은 전임상 이미징에 사용할 수 있습니다. 주요 전임상 응용 분야에는 안드로 형성, 종양 미세 환경, 미세 순환, 약물 반응, 뇌 기능, 바이오 마커 및 유전자 활동의 이미징이 포함됩니다.
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이 기사는 소형 동물의 혈액 혈관을 생체 내 영상화하기 위한 전환 가능한 음향 해상도 (AR) 및 광학 해상도 (OR) 광음향 현미경 (AR-OR-PAM) 시스템을 보여줍니다. 이 시스템은 같은 샘플에서 얕은 깊이에 대한 고해상도 영상화와 더 깊은 조직에 대한 저해상도 영상화를 가능하게 합니다.
Switchable acoustic and optical resolution photoacoustic microscopy enables biopharma researchers to interrogate vascular phenotypes across depth scales without sample transfer, supporting mechanistic de-risking in preclinical models. The system provides quantitative vascular metrics that enhance target validation confidence and assay reproducibility in small-animal studies. This capability improves predictive value in early discovery by linking functional readouts to structural changes in disease-relevant systems.
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead identification to preclinical validation, providing vascular imaging that supports biological de-risking and mechanistic insight.