Name: 제조 및 Macrostructure를 포함 하는 광학 조직 팬텀의 특성화 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-02-12T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 22 s
Description: 배우세요 광학 조직 팬텀 제조 방법을 통해 조직 광학 특성과 3차원 구조를 재현하는 기술을 익히세요. PDMS와 3D 프린팅을 활용하여 쥐 기도를 모델링하고 조직 내 빛 전달 메커니즘을 연구할 수 있습니다.

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이 작품은 국립 과학 재단 경력에 의해 지원 되었다 아니 수상. CBET 1254767 및 알레르기 국립 연구소와 전염병 no를 부여합니다. R01 AI104960입니다. 우리가 기꺼이 특성 측정 및 텍사스 A & M 심장 혈관 병 리 실험실 마이크로 CT 영상에 대 한 그들의 지원에 대 한 패트릭 그리핀과 댄 트 란 인정합니다.

1. 선택과 매트릭스 재료 특성의 확인
<ol><li>시작 하기 전에 팬텀 제조 공정 (그림 1), 이미징 wavelength(s)에 대 한 관심의 생체 조직에 대 한 흡수 및 감소 된 산란 계수를 찾아. 예비 견적 참조35,36에서 찾을 수 있습니다. 그러나, 광학 계수의 유효성 검사는 필요할 수 있습니다.</li>
	<li>흡수 계수, μ는는및 감소 된 산란 계수, μs에 대 한 룩 업 테이블을 사용 하 여 ', 488, 535, 632, 및 775 nm 파장 (표 1-4 및 그림 2-3), 인도 잉크의 농도 선택 하 고 이산화 티타늄 (티 오2) 원하는 광 특성을 추정 하는. 이 조리법은 유령 PDMS와 조작에 사용 됩니다. 이러한 테이블은 개별 파장에서 실험 데이터를 제공, 최적화 제조 법의 특정 응용 프로그램에 필요한 있을 수 있습니다.</li>
	<li>
광 속성의 확인을 위해 선택 된 레시피의입니다 (PDMS) 슬 래 브를 조작.
	<ol>
<li>PDMS 수 지에 경화제의 무게에 10:1 비율을 사용 하 여 다음과 같은 순서로 혼합 컵에 재료를 부 어: PDMS 고무, 티 오2, 인도 잉크, PDMS 경화제. 참고: 여기, 우리가 테스트 두 요리법: 1) 2 mg 티 오2 + g PDMS 당 3.5 µ L 인도 잉크와 2) 1 mg 티 오2 + g PDMS 당 10 µ L 인도 잉크. 각각의 제조 법에 대 한 4.5 g PDMS 수 지와 0.45 g PDMS 경화제 광학 입자의 해당 금액으로 사용 됩니다.</li>
		<li>속도 믹서에서 혼합 ( 재료의 표참조) 60에 대 한 s. 티 오2 입자 혼합에 붙어 있으면 (티 오2의 높은 농도와 예상) 컵, 컵의 기지에서 입자를 제거 하 손으로 혼합 그리고 또 다른 30 대 한 믹서에 혼합 s.</li>
		<li>우물 또는 얇은 수 있도록 접시에 혼합물을 부 어 (0.1-1 m m)는 혼합물의 석판.</li>
		<li>드가 석판에는 공기-꽉 부정적인 압력 챔버, 다음 30-60 분에 대 한 80 ° C에서 미리가 열된 오븐에서 그들을 배치 하 여 10 분 동안 오븐에서 제거 하 고 식</li>
		<li>해당 컨테이너에서 냉각된 폴리머 슬 래 브를 제거 합니다. 평평 하 고 균일 한 슬 래 브를 두고 가장자리에서 트림. 캘리퍼스를 사용 하 여 슬 래 브의 두께 측정 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
투과율 (T) 및 통합 영역을 사용 하 여 slab(s)의 반사율 (R) 측정 합니다. 추가 세부 사항 및 지시 역 추가 배로 (IAD) 수동37에서 찾을 수 있습니다.
	<ol>
<li>광원 및 분석기 통합 영역 설정의 설정. 작은, 조명을 빔 되도록 시스템의 맞춤 중심 통합 구의 입구와 출구 포트에 확인 하십시오.</li>
		<li>통합 영역 시스템 보정.<ol>
<li>소스, 통합 구의 출구 포트 뚜껑 끄고 3 어두운 스펙트럼 기록.</li>
			<li>설정 소스 다시 빈 입구 포트와 출구 포트 출장 전송 참조를. 3 스펙트럼을 기록 합니다.</li>
			<li>반사율 참조 측정 반사율 부문을 사용 하 여 얻을. 각 표준 구 출구 포트에 놓습니다. 각 반사율 표준에 대 한 3 개의 스펙트럼을 기록 합니다.</li>
		</ol>
</li>
		<li>슬 래 브의 투과율을 측정 합니다. 출구 포트에 모자와 함께 전송 측정에 대 한 통합 구의 엔트리 포트에 슬 래 브를 놓습니다. 3 스펙트럼을 기록 합니다.</li>
		<li>슬 래 브의 반사율을 측정 합니다. 출구 포트 뚜껑을 제거 하 고 반사율 측정에 대 한 출구 포트에 슬라브를 놓습니다. 3 스펙트럼을 기록 합니다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
IAD 소프트웨어를 사용 하 여 광학 속성을 확인 합니다. 소프트웨어 다운로드37,38와 IAD 설명서에는 소프트웨어에 대 한 전체 자습서를 찾을 수 있습니다.
	<ol>
<li>평균 각 측정에 대 한 3 개의 스펙트럼 획득입니다.</li>
		<li>IAD 수동37에 방정식을 사용 하 여, R 및 T 값이이 측정 변환. 필요한 경우 스펙트럼을 따라 샘플링 속도 줄여 파일을 응축.</li>
		<li>파장, 반사율, 투과율, 그리고 IAD 수동37에 설명 된 대로 샘플 두께 IAD에 대 한 입력된.rxt 파일 (보충 자료 1)를 준비 합니다. 명령 프롬프트 (윈도우 OS) 하거나 터미널 (Mac OS) using, 올바른 경로를 탐색 합니다. "Iad ' 입력된 파일 이름'"을 실행 하는 IAD를 입력 합니다. 소프트웨어 추정된 광 속성으로 출력 텍스트 파일을 생산할 예정 이다.</li>
	</ol>
</li>
	<li>광학 속성 원하는 값의 허용 범위 (~ 15%) 내에서 없는 경우, 적절 하 게 제조 법을 수정 하 고 반복 단계 1.3-1.5.</li>
</ol>2. 준비 분해할 3D의 내부 구조를 인쇄
<ol><li>컴퓨터를 사용 하 여 디자인 내부 구조 설계 (CAD) 소프트웨어를도 왔. 3D 프린터 제작에 대 한 스테레오 리소 그래피 파일 구조 솔리드 모델을 변환 합니다. 경우, 세그먼트 CT 검사 또한 변환할 수 있습니다 스테레오 리소 그래피 파일 내부 구조의 솔리드 모델을 그리기 보다는. 참고: 여기에 사용 되는 프랙탈 트리 구조에 대 한 CAD 파일 보충 자료 2에 제공 됩니다. 이 문서에 사용 된 프린터 압출 프린터 이므로 부품 이탈 지원 자료를가지고 하도록 설계 되었습니다.</li>
	<li>인쇄, 폴 리 비닐 알코올 (PVA) 등 고 영향도 폴리스 티 렌 (HIPS) 분해할 수 재료 선택 ( 재료의 표참조). 솔리드 모델이 분해할 수 있는 자료에서를 인쇄 합니다.</li>
	<li>인쇄 된 부분이 충분히 냉각 하 고, 휴식, 분해, 또는 기계 인쇄 부분에서 지원 물자. 파일 또는 어떤 큰 결점에서 모래입니다.</li>
	<li>
증기를 줄이기 위해 표면 거칠기 인쇄 부분 폴란드어.
	<ol>
<li>악에서 보안 인쇄 부분, 얇은 강철 또는 nitinol 와이어의 인쇄 된 부분에에서 대 한 허가 통해 구멍을 드릴.</li>
		<li>스테인리스 또는 nitinol 와이어 구멍을 통해 스레드. 와이어의 끝을 구 부하 고 함께 연결. 이것은 비 커 내의 아세톤 증기에 완전히 몰입 될 부분에 대 한 허용. 와이어 및 부분을 옆으로 설정 합니다.</li>
		<li>큰 비 커를 약 10% 아세톤의 전체 입력. 100 ° c가 열 하면서 뜨거운 접시에 비 커 장소 주의: 아세톤 증기의 흡입을 방지 하기 위해 증기 두건에서이 단계를 수행 합니다.</li>
		<li>아세톤 중간 비 커의 벽면을 응축에 도달에 대 한 증기, 두 번째 와이어에 모의 기도와 반복된 와이어를 걸어 고 15-30 미 확인 인쇄 위한 아세톤 증기에 중단 부분 비 커 만지지 마십시오 벽 또는 각 다른 (연마 증기 여러 부분 한 번에)입니다.</li>
		<li>인쇄 된 부분을 제거 하 고 빈 비 커 또는 컨테이너 일시 중단. 부분 적어도 4 h 동안 건조 하자.</li>
	</ol>
</li>
	<li>필요에 따라 내부 구조 치수는 CAD 디자인 허용 오차 내에서 확인 합니다. 정확도 요구에 따라 구조를 측정 하 캘리퍼스 또는 3D 레이저 스캐너를 사용할 수 있습니다.</li>
</ol>3입니다. 내 열 형의 건설
참고: 누출 방지, 내 열 형 PDMS 팬텀 형성을 준비 합니다. 가장 마지막 유령 디자인에 맞게 금형 형상을 선택 합니다. 여기, 재사용 가능한 직사각형 형 설명 되어 있습니다.
<ol><li>3d 인쇄 형의 고체 모델 기반 디자인. 곰이 팡이는 1.17 cm x 1.79 cm의 기지와 팬텀에 대 한 설계 되었습니다. 금형의 기본은 일치 하는 팬텀의 내부 크기와 두께 1 m m와 5mm 깊이 쉬는 시간. 제거할 sidings 형과 금형 분해 하 여 다시 사용할 수 있습니다.</li>
	<li>금형의 판자 벽을 확보 하 여 충분 한 폭의 삽입을 가진 형에 대 한 자료를 인쇄 합니다.</li>
	<li>몰드 베이스의 휴식에 sidings을 배치 합니다. 여기, 1 m m 두께 폴 리 카보 네이트 시트는 금형 판자 벽으로 사용 됩니다.</li>
	<li>내 열 테이프를 사용 하 여 금형의 가장자리 물개. 그것은 모든 구석 및 가장자리 충분히 성형 과정에서 어떤 누설을 방지 하기 위해 테이프에 없는 거품으로 봉인 된.</li>
	<li>3.4 단계에서 준비 하는 금형 내부 폴 리 카보 네이트 받침판을 놓습니다. 이 베이스 플레이트 형 사이 딩으로 동일한 1 m m 두께 폴 리 카보 네이트 시트 이며 몰드 베이스의 3D 인쇄 표면 거칠기 없이 매끄러운 표면 유령 자료를 제공 합니다. 기본 격판덮개에 부분을 광택이 완전히 건조 증기를 붙입니다. 접착제 건조에 대 한 충분 한 시간을 허용 합니다.</li>
</ol>4입니다. 폴리머 팬텀의 제조
참고: 특정 응용 프로그램에 대 한 1 단계에서 결정 된 대량 매트릭스 자료에 대 한 검증 된 요리법을 사용 합니다. 535에서 팬텀 건강 murine 폐 조직에 대 한 단계를 제공 하는 프로토콜 여기 nm µs' 40 c m-1 와 μ는는 2 c m-1의. 제조 공정에 대 한 참조로 사용 하 여 아무 광학 입자와 두 번째 팬텀을 날조 하는 것이 유용할 수 있습니다.
<ol><li>9.1 g PDMS 수 지의 혼합 플라스틱 컵에 붓으십시오. Rutile 티 오2, 뒤에 인도 잉크의 35 µ l의 20 밀리 그램을 추가 합니다. 마지막으로 혼합물의 상단에 경화제의 0.91 g 추가. 1.3.2 단계에서 혼합 프로토콜을 따릅니다.</li>
	<li>내 열 형으로 최종 폴리머 혼합물을 붓는 다.</li>
	<li>광 물성의 확인에 대 한 폴리머 슬 래 브를 만드는 별도 용기에 적은 양의 혼합물을 붓는 다. 충분 한 폴리머는 적어도 100 µ m 두께의 슬 래 브를 부 어 있는지 확인 합니다.</li>
	<li>기체 제거를 위한 벨 항아리에 모의 기도 형과 별도 슬 래 브를 놓습니다. 진공 프로세스를 시작 합니다. 모의 기도 몰드 폴리머 표면 거품 파열 벨 항아리에 다시 상승, 공기 시작, 다음 다시 공기를 시작 합니다. 폴리머는 크게 상승 하지 않는 때까지이 과정을 반복 합니다. 이것은 얼마나 많은 공기는 4.2 단계 갇혀 따라 5-10 분 사이 걸릴 것입니다. PDMS 이상 상승, 또 다른 15 분 동안 드를 계속.</li>
	<li>기체 제거, 후 천천히 다시 챔버에 공기를 하자. 팬텀 모의 기도 폴리머 슬 래 브를 제거 하 고 2 시간에 80 ° C에서 레벨 오븐에.</li>
	<li>오븐에서 팬텀과 슬 래 브를 제거 하 고 경화 폴리머를 절단 하지 않고 20 분 분해 메스와 폴리머 형에 대 한 식. 모의 기도 자료의 베이스 플레이트 스냅.</li>
	<li>내부에 완전히 용 해 될 때까지 온수 (60 ° C) ~0.5 M 수산화 나트륨 (NaOH) 기본 목욕에 유령 장소. 광학 투명 참조 팬텀은 내부 구성 요소에 대 한 용 해 시간을 결정 하는 데 도움이 있습니다. 일단 내부 구조를 해산 목욕에서 팬텀 고 어떤 광학 측정을 복용 하기 전에 (~ 24 h)를 완전히 건조 보자.</li>
</ol>5입니다. 팬텀 제조의 확인
<ol><li>원하는 경우 고해상도 자기 공명 영상 (MRI) 또는 마이크로 계산 된 단층 촬영 (CT) 영상를 사용 하 여 팬텀 기를 확인 합니다. 이 메서드는 축 해상도로 3D 확인 탁 재료 내에서 내부 구조를 제공 < 400 µ m39,40. 또한, 광학 투명 참조 팬텀 수 수 광학 몇 군데 확인 인쇄 된 부분이 완전히 해산 하 고 나머지 무효는 정확한 기하학에 대 한. 참고: 우리는 광학 불투명 팬텀 (2 mg 티 오2 + 3.5 µ l 인도 잉크)에 노스 스타 이미징 (NSI) X50 마이크로-CT와의 내부 형상 확인. 팬텀은 모든 차원 (보충 자료 3, 4)에서 20 µ m 해상도와 몇 군데.</li>
	<li>폴리머 슬 래 브와 통합 영역 (1.5-1.6 단계에서 설명)을 사용 하 여 팬텀의 광학 속성을 확인 합니다.</li>
</ol>

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저자는 공개 없다.

우리는 만드는 방법에 대해 내부 공기-조직 인터페이스를 시뮬레이션 하기 위해 내부 분기 구조 murine 폐를 표현 하기 위해 광학 환영을 증명 하고있다. Murine 폐 조직의 광학 속성 광학 산란 및 흡수 homogenously 대량 매트릭스 고분자 내 분산 입자의 독특한 농도 통합 하 여 달성 된다. 이러한 광학 속성 (즉, 병에 걸리는 조직 대 건강 한) 다른 국가에서 조직의 다른 스펙트럼 범위 내에서 생리 적 가치를 모방 하 조정 될 수 있습니다. 광 속성 관심, 기본 소재, 그리고 팬텀 내 입자의 농도의 파장에 따라 달라 집니다. 그러나, 여러 입자와 산란과 흡수의 관계가 아니다 항상 직관적인41. 흡수의 증가 속도 마찬가지로 감소 산란 계수의 증가의 비율에 대 한 흡수 입자 분산 입자의 농도에 따라 달라 집니다. (그림 2-4). PDMS 유령 또한 최대 1 년<sup cla...

조직 유령 시스템 특성화 및 광학 이미징 및 분광학 기기, 초음파 또는 핵 modalities1,2,3 multimodality 시스템 등의 교정에 널리 사용 됩니다. ,4. 유령은 시스템 특성화 및 여러 생물 학적 이미징 기술의 품질 관리에 대 한 제어 광 환경을 제공합니다. 조직 흉내 낸 유령은 시스템 성능을 예측 하 고 생리 적인 작업;에 대 한 시스템 설계 최적화에 유용한 도구 예를 들어 종양을 평가 하기 위한 광 프로브 프로브 깊이 예측5를여백입니다. 광학 속성과 팬텀의 구조 설계는 악기 사용 됩니다, 따라서 타당성 연구 및 시스템 성능3의 확인에 대 한 허용 특정 생리 적인 환경을 모방 하기 위해 조정 될 수 있다 6,7. 이미징 시스템 성능을 입력 전 임상 또는 임상 시험 전에 현실적인 광학 환영의 오작동의 위험 또는 vivo에서 공부 하는 동안 사용할 수 없는 데이터의 수집을 줄일 수 있습니다. 재현성 및 안정성 광학 환영의 그들에 게 내 고 남북 instrument 다양성, 특히 다른 악기와 함께 되 임상 시험 모니터 광학 기술에 대 한 사용자 정의 교정 표준 연산자, 그리고 환경 조건8,9.
또한 조직 흉내 낸 유령 이론적인 광학 모델의 유효성 검사에 대 한 가변 및 재현성 물리적 모델 역할을 합니다. 10,11을 실험 동물에 대 한 필요성을 절감 하는 동안 시뮬레이션 설계 및 광학 기기 vivo에서 의 최적화에 도움이. 개발 및 정확 하 게 나타내는 환경 vivo에서 광학 시뮬레이션의 유효성 검사의 조직 구조, 생화학, 내용과 대상의 신체 내에서 조직 위치 복잡 하 여 지 장 수 있습니다. 주제 사이 가변성은 동물이 나 인간의 측정을 사용 하 여 도전 하는 이론적 모델의 유효성 검사. 폴리머 광 조직 유령 광자 마이그레이션12,13,,1415공부 하는 알려진 하 고 재현할 수 광 환경을 제공 하 여 이론적 모델의 유효성 검사에 대 한 수 있습니다.
시스템 보정을 위해 고체 광학 환영 경화 폴리머 광 산란, 흡수, 또는 형광의 파장에 대 한 조정의 단일 균질 슬 래 브의 구성 됩니다. 유령 상피 조직 모델16,17조직 광학 속성의 깊이 변화를 모방 하기 위해 자주 사용 되는 폴리머 층. 이러한 팬텀 구조는 상피 이미징 및 모델링에 대 한 충분 한 조직 구조는 각 계층을 통해 상당히 균질 하기 때문에. 그러나, 큰 규모와 더 복잡 한 구조에 영향을 다른 기관에서 복사 전송. 더 복잡 한 환영을 만드는 방법은 피하 혈관18,19 와20방광 등 전체 장기의 광 환경 시뮬레이션 하기 위해 개발 되었습니다. 공기-조직 인터페이스;의 분기 구조 때문 독특한 문제 제공 폐에 빛 전송 모델링 단단한 팬텀 것 이다 가능성이 복제 하지 기관에 복사 전송 정확 하 게21. 광학 팬텀으로 복잡 한 구조를 통합 하는 방법을 설명 하기 위해 void 기도 (그림 1)의 3 차원 (3D) 거시적인 구조를 나타내는 내부, 재현 프랙탈 트리를 만드는 방법을 설명 합니다.
지난 몇 십년에서 3D 인쇄 의료 기기 및 모델22, 신속한 프로토 타입에 대 한 주된 방법 되 고 광학 조직 팬텀도 예외는 아니다. 3D 인쇄 채널23, 혈관 네트워크24, 및 전신 작은 동물 모델25광학 환영 날조를 위한 첨가제 제조 도구로 사용 되었습니다. 이러한 방법은 독특한 광학 특성을 가진 하나 또는 두 개의 인쇄 재료를 사용합니다. 방법은 또한 일반, 혼 탁 한 생물 조직25,26모방을 인쇄 재료의 광학 특성을 조정 하 개발 되었습니다. 그러나, 그래서이 방법은 모든 생물 학적 조직에 적합 하지 않습니다 달성 광 속성의 범위 인쇄 소재, 아크릴로 니트 릴 부 타 디 엔 스 티 렌 (ABS)26, 등 일반적으로 폴리머에 의해 제한 됩니다. 입니다 (PDMS) 비 산 tunability27,28의 더 높은 수준으로 입자를 흡수와 쉽게 혼합 일 수 있다 광학 투명 폴리머입니다. PDMS는 또한 동맥 모델 embolic 장치29,30의 배포에 대 한 유령 형에 사용 되었습니다. 이 유령 또한 분해할 3D 인쇄 부분을 활용 하지만 광학 장치 배포를 시각화에 대 한 명확한 유지. 여기, 우리 조직의 예비 모델과 murine 폐의 기도 조작 하는 산란 및 흡수 하는 입자 PDMS의 광학 속성의 tunability이이 방법을 결합.
여기에 제시 된 팬텀은 폐에, 다른 장기의 다양 한 프로세스를 적용할 수 있습니다. 팬텀의 내부 구조의 3D 인쇄 디자인을 혈액 또는 림프 혈관 네트워크, 골 수, 또는 심지어 심장31의 4 연 발된 구조 어떤 목적 인쇄 규모에 대 한 사용자 정의 될 수 있습니다. 우리 광학 이미징 및 폐32,,3334의 모델링에 관심이 있기 때문에, 우리는 내부 구조로 4 세대 프랙탈 트리를 사용 하 여 팬텀 폴리머 내 복제를 하셨습니다. 이 구조는 대략적인 기도의 분기 구조 및 3D 인쇄 과정에 대 한 이탈 지원 자료를가지고 하도록 설계 되었습니다. 더 해부학 적인 몸의 올바른 기도 이탈 지원 물자를 필요 하지 않은 경우 인쇄 될 수 있습니다. 이 특정 모델은 기도 나타내지만, 팬텀의 내부 구조는 소재 무효를 유지 필요가 없습니다. 일단 주변 폴리머 치료 하 고 3D 인쇄 부분 해산, 내부 구조 사용할 수 있습니다 흐름 통로 또는 보조 형으로 그것의 자신의 독특한 흡수와 산란 특성 자료에 대 한. 예를 들어 경우이 프로토콜에서 내부 구조는 기도 보다는 디지털 뼈로 만들어진, 뼈 구조 3D 인쇄, PDMS는 손가락의 광학 특성을 가진 성형 및 다음 팬텀에서 해산 수 있습니다. 다음 다른 광 특성을 가진 PDMS 혼합물 무효 가득 수 있습니다. 또한, 각 형 단일 분해할 수 있는 부분에 국한 되지 않습니다. 손가락의 팬텀 뼈, 혈관, 동맥, 및 일반 부드러운 조직 층 각각 그것의 자신의 독특한 광학 속성을 포함 하도록 만들 수 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>Dow Corning Sylgard 184 실리콘 봉지재 투명 0.5 kg 키트</td><td>Ellsworth 접착제</td><td>184 SIL ELAST KIT 0.5KG</td><td>폴리디메틸실록산: 광학 팬텀용 폴리머 베이스</td></tr><tr><td>화이트 루틸 이산화 티타늄 분말</td><td>대서양 장비 엔지니어</td><td>TI-602</td><td>광학 팬텀용 산란 입자</td></tr><tr><td>Higgins 만년필 인도 잉크</td><td>Michaels 공예 상점</td><td>&nbsp; 10015483</td><td>광학 팬텀용 입자 흡수</td></tr><tr><td>내열 테이프</td><td>Uline</td><td>S-7595</td><td>폴리머 몰드용 내열 테이프</td></tr><tr><td>Fortus 360mc 3D 프린터</td><td>Stratasys</td><td>N/A</td><td>이 모델 프린터로 재료를 전환할 수 있습니다</td></tr>. <tr><td>ABS 아이보리 모델 재료</td><td>Stratasys</td><td>SDS-000001</td><td>금형 부품 인쇄 및/또는 내부 구조 인쇄 지원으로 사용 재료&nbsp;</td></tr><tr><td>SR-30 용해성 서포트</td><td>Stratasys</td><td>400638-0001</td><td>내부 구조 인쇄용 베이스 용해성 서포트 재료</td></tr><tr><td>Flacktek Speedmixer</td><td>Flacktek Inc.</td><td>DAC 150.1 FV</td><td>고분자와 입자의 효율적인 혼합을 위해&nbsp;</td></tr><tr><td>적분구</td><td>Edmund Optics</td><td>58-585</td><td>광학 특성 측정용</td></tr><tr><td>폴리카보네이트 빌드 플레이트(1 mm)</td><td>Stratasys</td><td>N/A</td><td>Stratasys 프린터의 중고 폴리카보네이트 빌드 플레이트도 사용할 수 있습니다</td></tr></tbody></table>.

제조 및 macrostructure를 포함 하는 광학 조직 팬텀의 특성화

Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

새로운 광학 이미징 기술의 급속 한 발전 낮은-비용, 사용자 정의 및 쉽게 재현할 수 기준의 가용성에 따라 달라 집니다. 이미징 환경 복제, 비용이 많이 드는 동물 실험 기법을 확인 하기 위해 피할 수 있습니다. 예측 하 고 vivo 및 전 비보 이미징 기술을의 성능 최적화에 관심의 조직에 광학과 유사한 샘플 테스트 필요 합니다. 광학 환영 조직 흉내 낸 평가, 특성, 또는 광학 시스템의 교정에 대 한 표준을 제공합니다. 동종 고분자 광학 조직 환영 널리 좁은 스펙트럼 범위 내에서 특정 조직 형식의 광학 속성을 모방 하는 데 사용 됩니다. 계층화 된 조직, 표 피와 진 피, 단순히 이러한 동종 석판 유령 스태킹 하 여 유사 수 있습니다. 그러나, 이미징 기술은 vivo에서 많은 혈관, 기도, 또는 조직 결함, 같은 3 차원 구조, 이미징 시스템의 성능에 영향을 미칠 어디 더 공간 복잡 한 조직에 적용 됩니다.
이 프로토콜 통합 조직의 광학 특성을 가진 재료를 사용 하 여 3 차원 구조 복잡 하 조직 흉내 낸 팬텀의 제작을 설명 합니다. 룩 업 테이블 인도 잉크 및 이산화 티타늄 광 흡수 및 산란 대상에 대 한 조리법을 제공합니다. 특성화 및 광학 물성을 조정 하는 방법은 설명 합니다. 이 문서에 대 한 자세한 팬텀 제조는 내부 분기 모의 기도 무효; 그러나, 기술은 다른 조직 또는 장기 구조에 광범위 하 게 적용할 수 있습니다.

팬텀 제조 기법을 보여, 마우스 폐 조직 유령 삭제 건강 하 고 염증이 murine 폐 조직 535에서의 측정된 광학 특성을 시뮬레이션 하기 위해 조작 했다 nm (표 5). 이 파장의 이전 연구33mycobacteria의 재조합 기자 긴장에서 사용 하는 tdTomato 형광 단백질의 여기 파장이입니다. 마우스 폐 조직의 광학 측정 1.4-1.5 단계에서 설명한 동일한 방법으로 획득 했다. 동물의 사용 기관 동물 관리 및 사용 위원회 (IACUC) 텍사스 A &amp; M 대학에 의해 승인 되었다. 티 오2 인도 잉크의 적당 한 비율 건강 둘 다를 위해 발견 되었다 고 535 nm 파장의 빛 (표 5)에 대 한 murine 폐 조직 염증.
다...

광학 조직 환영 교정 및 광학 이미징 시스템의 특성 및 이론적 모델의 유효성 검사에 대 한 필수적인 도구입니다. 이 기사 팬텀 제조 조직 광학 속성 및 3 차원 조직 구조의 복제를 포함 하는 방법을 자세히 설명 합니다.

제조 및 Macrostructure를 포함 하는 광학 조직 팬텀의 특성화

The rapid development of new optical imaging techniques is dependent on the availability of low-cost, customizable, and easily reproducible standards. By ...

이 Phantom Fabrication 프로세스의 전반적인 목표는 광학적으로 조정된 폴리머 내에서 마우스의 기도를 모델링하는 것입니다. 내부 구조가 3D 프린팅되기 때문에 이 성형 공정은 다양한 다른 해부학에 적용할 수 있습니다. 이 방법은 건강과 같은 조직 광학 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있으며, 3차원 해부학은 조직의 광 전달에 영향을 미칠 수 있습니다.이 기술의 주요 장점은 3D 프린터로 해석할 수 있는 모든 구조에 대해 사용자 정의할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 폐에서 빛을 전달하기 위한 물리적 모델로서 통찰력을 제공할 수 있지만 근접 시스템 또는 여러 재료가 있는 3D 모델과 같은 다른 시스템에도 적용할 수 있습니다. 광학적 특성을 확인하기 위해 선택적 recepie의 폴리디메틸실록산 또는 PDMS 슬래브를 제작하는 것으로 시작합니다.PDMS 수지 경화제를 10:1 중량비로 사용하여 PDMS 수지, 이산화티타늄, 인도 잉크, PDMS 경화제를 혼합 컵에 순서대로 붓습니다. 재료의 철저한 혼합은 입자 흡수 및 산란 특성을 가진 모더니즘 재료를 허용합니다. 이 단계는 재현 가능한 광학 특성을 위해 필수적입니다.스피드 믹서에 재료를 넣고 60초 동안 섞습니다. 이산화 티타늄 입자가 혼합 컵에 달라붙으면 믹서에서 30초 더 혼합하기 전에 손으로 혼합하여 컵 바닥에서 입자를 제거하십시오. 다음으로 혼합물을 Ross 또는 Petri 접시에 부어 혼합물의 얇은 석판을 만듭니다.밀폐된 음압 챔버에 넣어 10분 동안 슬래브의 가스를 제거합니다. 그런 다음 섭씨 80도로 예열된 오븐에 30-60분 동안 석판을 놓습니다. 오븐에서 슬래브를 제거하고 식힌 후 냉각된 폴리머 슬래브를 용기에서 꺼냅니다.그런 다음 가장자리를 잘라 평평하고 균일한 슬래브를 남깁니다. 구경을 사용하여 슬래브의 두께를 측정합니다. 다음으로, 적분구를 사용하여 슬래브의 투과율과 반사율을 측정합니다.적분구 설정의 광원과 분광계를 켭니다. 시스템의 정렬을 확인하여 작은 시준된 빔이 적분구의 진입 및 배출 포트의 중앙에 있는지 확인합니다. 적분구 시스템을 보정하려면 소스를 끄고 적분구의 출구 포트를 막습니다.3개의 어두운 스펙트럼을 기록합니다. 소스를 다시 켜서 출구 포트가 제한되고 입구 포트가 비어 있는 전송 참조를 가져옵니다. 이제 세 개의 스펙트럼을 기록합니다.다음으로, 반사율 표준을 사용하여 반사율 참조 측정값을 얻습니다. 각 표준을 구의 출구 포트에 배치합니다. 각 반사율 표준에 대해 3개의 스펙트럼을 기록합니다.다음으로, 출구 포트의 캡으로 슬래브의 투과율을 측정합니다. 전송 측정을 위해 적분구의 진입 포트에 슬래브를 놓습니다. 3개의 스펙트럼을 기록합니다.슬래브의 반사율을 측정하려면 출구 포트 캡을 제거하고 반사율 측정을 위해 출구 포트에 슬래브를 놓습니다. 3개의 스펙트럼을 기록합니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 광학 특성을 결정하도록 진행합니다.폴리비닐 알코올 또는 고충격 폴리스티렌과 같은 인쇄를 위한 용해 가능한 재료를 선택하십시오. 그리고 이 용해성 재료에 솔리드 모델을 인쇄합니다. 인쇄가 완료되면 인쇄된 부품에서 서포트 재료를 절단, 용해 또는 기계로 가공합니다.완벽하게 큰 것을 줄이나 사포로 닦으십시오. 증기 연마는 표면 거칠기를 제어하는 데 중요합니다. 3D 프린터의 축 방향 해상도는 거친 내부 표면을 제공하여 해당 표면에서 확산 반사를 유발합니다.인쇄된 부품을 증기 연마하려면 먼저 바이스에 고정하는 동안 인쇄된 부품의 바닥에 얇은 강철 또는 니티놀 와이어를 위한 여유 공간이 있는 관통 구멍을 뚫습니다. 다음으로, 구멍을 통해 스테인리스 스틸 또는 니티놀 와이어를 펴십시오. 와이어의 끝을 구부려 함께 연결합니다.이렇게 하면 부품이 비커 내의 아세톤 증기에 완전히 잠길 수 있습니다. 그런 다음 와이어와 부품을 따로 보관하십시오. 아세톤 증기 흡입을 방지하기 위해 흄 후드에서 작업하고 큰 비커에 아세톤을 약 10% 정도 채우고 핫 플레이트에 놓습니다.그런 다음 섭씨 100도까지 가열합니다. 아세톤 증기 응결이 비커 벽의 약 절반 정도에 도달하면 표시된 기도가 있는 고리 모양의 와이어를 두 번째 와이어에 놓고 15-30초 동안 아세톤 증기에 매달아 놓습니다. 인쇄된 부품이 비커 벽이나 서로 닿지 않도록 하십시오.인쇄된 부품을 제거하고 빈 비커 또는 용기 위에 매달아 놓습니다. 부품을 최소 4시간 동안 건조시키십시오. 플라스틱 믹싱 컵에 PDMS 수지 9.1g을 붓습니다.루틸 이산화티타늄 20mg을 넣은 다음 인도 잉크 35마이크로리터를 추가합니다. 마지막으로 혼합물 상단에 경화제 0.91g을 첨가합니다. 최종 폴리머 혼합물을 내열 금형에 붓습니다.그런 다음 소량의 혼합물을 별도의 용기에 붓고 재료의 광학 특성을 확인하기 위한 폴리머 슬래브를 만듭니다. 별도의 슬래브에 표시된 기도 주형을 모두 가스 제거를 위해 벨 용기에 넣습니다. 진공 프로세스를 시작합니다.표시된 기도 주형의 폴리머가 상승하기 시작하면 공기를 벨 항아리로 다시 넣어 표면 기포를 터뜨립니다. 그런 다음 다시 공기를 당기기 시작합니다. 고분자가 크게 상승하지 않을 때까지 이 과정을 반복합니다.혼합물을 금형에 부을 때 얼마나 많은 공기가 갇혔는지에 따라 5분에서 10분 정도 걸립니다. PDMS가 더 이상 상승하지 않으면 15분 동안 계속해서 가스를 제거합니다. 가스를 제거한 후 천천히 공기를 챔버로 다시 유입시킵니다.표시된 기도 팬텀과 폴리머 슬래브를 모두 제거하고 섭씨 80도의 레벨 오븐에 2시간 동안 넣습니다. 오븐에서 팬텀과 슬래브를 꺼내 20분 동안 식히십시오. 그런 다음 경화된 폴리머를 절단하지 않고 메스로 폴리머 몰드를 분해합니다.표시된 기도 베이스의 절반을 베이스 플레이트에 끼웁니다. 다음으로, 내부 부품이 완전히 용해될 때까지 가열된 수산화나트륨 베이스 수조에 팬텀을 놓습니다. 그리고 광학적으로 제거된 참조 팬텀은 내부 구성 요소의 용해 시간을 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다.내부 구조가 용해되면 광학 측정을 수행하기 전에 욕조에서 팬텀을 꺼내 완전히 건조시키십시오. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 팬텀 형상을 확인한 후, 폴리머 슬래브와 적분구를 사용하여 팬텀의 광학적 특성을 확인합니다. 팬텀 이미징의 대표적인 결과와 3D 폐 팬텀의 내부 구조 검증을 보여줍니다.광학적으로 투명화된 팬텀의 녹색 빛이 있는 내부 조명은 3D 프린팅 부품이 증기 연마되지 않았을 때 내부 표면의 확산 반사를 보여줍니다. 반대로, 증기 광택 내부 구조로 만들어진 팬텀은 내부 표면에서 최소한의 확산 반사율을 갖습니다. 내부에서 녹색 빛으로 조명되고 외부 감지로 이미지화된 팬텀은 서로 다른 농도의 광학 입자를 사용할 때 다른 복사 표면을 보여줍니다.이 비디오에서 생성된 팬텀은 공간적으로 확산된 표면 광도를 보여줍니다. 그러나 내부 구조는 동일하지만 이산화 티타늄과 인도 잉크의 농도가 다른 팬텀은 흡수율이 훨씬 높고 표면에서 흡수되는 방사 프로파일이 다릅니다. 이 팬텀에는 이산화 티타늄과 인도 잉크가 포함되어 있기 때문에 광학적으로 불투명하므로 마이크로 컴퓨터 단층 촬영으로 내부 구조를 검증할 수 있습니다.이 기술을 숙달하면 제대로 수행하면 이틀 안에 완료할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 3D 프린팅 구조로 광학 팬텀을 제작하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 팬텀 제작 기술은 박테리아 감지 이미징 시스템의 최적화를 위해 마우스 폐의 광 전달을 탐색하는 데 사용됩니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Bioengineering

생명공학

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여기, 우리가 방법을 보여 줍니다 agarose 기반 조직 흉내 낸 광학 환영 만든 방법 그들의 광학 속성 통합 영역을 기존의 광학 시스템을 사용 하 여 결정 됩니다.

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심근 조직 공학을위한 생물학 유래 주사용 재료의 제조

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입체 잉크젯 인쇄 기술을 사용하여 인간의 연골 조직 제작

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