Name: 고 강도 향상을 위한 Plasmonic 금 나노 입자에서 현상의 제어 Nucleation 집중 초음파 응용 프로그램 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-05T13:30:00.000+00:00
Duration: 8 min 19 s
Description: 배우세요 고강도 집중 초음파(HIFU)와 레이저를 결합하여 겔 팬텀에서 캐비테이션을 유도하는 방법을. 금 나노입자를 활용한 이 기술은 암 치료의 효과를 높이고 정밀한 열 절제를 가능하게 합니다.

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이 작품은 EPSRC에 의해 지원 되었다 EP/J021156/1을 부여. 저자는 초기 경력 Leverhulme 친목 (ECF-2013-247)에서 지원 하 고 싶습니다.

1입니다. 조직 흉내 낸 가상 제조
참고:이 연구에서 모든 노출에 대 한 사용 광학 투명 한 조직을 흉내 낸 팬텀의 음향 특성의 심층 분석에에서 있습니다 최, 외. 24
참고: 각 유령 형 포함 약 50 mL의 솔루션, 그리고 각 일괄 처리에 대 한 5 형의 총 있습니다. 따라서, 팬텀 솔루션의 250 mL의 총 준비 된다.
<ol><li>148.2 mL (60 %v / v) 이온, 필터링 및 degassed 물 500 mL 유리 비이 커 및 실내 온도에 equilibrate을 추가 합니다. 25 mL 1 M TRIS 버퍼, pH 8의 (10 %v / v), 및 10% 염화 persulfate (APS; 0.86 %v / v)의 2.15 mL 40% (무게/볼륨) 유리 비 커에 아크릴 아 미드/비스-아크릴 솔루션 (30 %v / v)의 75 mL를 추가 합니다.</li>
	<li>자력 접시에 위치한 진공 챔버 내부 유리 비 커를 놓고 비 커 안에 40 m m 긴 소계 (PTFE) 자석 교 반 막대를 배치 합니다. 교 반 속도 매체와 (즉, 확인 없이 물에서 소용돌이의 형성에 대 한 좋은 혼합), 천천히 소 혈 청 알 부 민 (BSA) 분말의 22.5 g (9 %w / v) 추가.</li>
	<li>모든 BSA 솔루션에 추가 된 일단 진공 챔버를 닫고 진공 펌프를 켭니다. 80h mBar의 진공을 유지 하 고 진공은 출시 후 추가 60 분 동안 교 반 계속. 이 시점에서 솔루션은 약간의 노란색 색조와 명확 해야 한다.</li>
	<li>위의 방법론은 모두와 함께 나노 입자 없이 만든 유령에 대 한 동일 합니다. 나노 입자 필요한 경우, 추가 표면 플라스몬 공명 (SPR) 850에 있는 nanorods의 10 µ L (1 x 108 np/mL의 농도) 및 직경 40의 nm.</li>
	<li>마지막으로, tetramethylethylenediamine (TEMED) 팬텀의 중 합 촉매의 125 µ L를 추가 합니다. 혼합, 수 있도록 추가 5 분을 기다려 다음 유령 솔루션 5 개별 금형에 부 어 고 설정에 20 분을 기다립니다. 일단 설정, 소유자에서 그들을 제거 하 고 사용까지 밀폐 용기에 저장. 사용 하 여 제조의 24 시간 안에 환영.</li>
</ol>2. 장내 변환기 무료 필드 음향 압력의 보정
참고:이 섹션은 프로토콜의 모든 lesioning 영상 실험 하기 전에 필요 하지 않습니다. 그것은 올바른 시스템의 음향 출력을 보장 하기 위해 정기적으로 수행 되어야 하는 교정 절차입니다.
<ol><li>이온 및 degassed 물 4.5 L로 아크릴 물 탱크 (280 x 141 x 132 mm)를 채우십시오. 고정된 위치 게시물에 탱크의 한쪽 끝에 장내 트랜스듀서를 탑재 합니다. 병렬이, 마운트에는 보정 (국립 물리 연구소에서 수행 됨) 막 고래의 장내 변환기 (63 m m)의 대략적인 초점에서 3 축 수동 마이크로미터 무대에.</li>
	<li>장내 변환기 연결 (기하학적 63 m m 초점) 임피던스 매칭 회로를 다음 전력 증폭기 ( 그림 1에서 같이). 다음 막 고래의 직접 연결할은 데이터 수집 시스템 트리거 신호 전력 증폭기 (그림 1)에 연결 하는 함수 발생기에서 제공 됩니다.</li>
	<li>30 함수 발생기의 출력 전압을 설정 펄스 반복 주파수 100 Hz에서 10 사이클 3.3 MHz 사인파와 mV.</li>
	<li>측정 소프트웨어를 사용 하 여 검색 된 음향 신호 및 마이크로미터 단계를 시각화, 비행 (42.5 µ m)의 정확한 시간에 검색 된 음향 펄스를 위치 (참조 테이블의 자료). 마이크로미터 무대에 한 번에만 단일 방사형 방향을 사용 하 여, 검색 된 음향 신호를 극대화 합니다. 일단 자신감이 달성 했다, 소프트웨어 닫고 막 고래의 그것의 현재 위치에 두고.</li>
	<li>20 mV 단위로 20-400 mV에서 함수 발생기의 출력 전압을 변화 한다. 각 전압 레벨을 사용 하 여 MatLab 수집 소프트웨어, 레코드는 고래의 신호. 각 수준에서 100 펄스를 취득 하 고 제공 된 보정 데이터를 사용 하 여 압력에서 전압 데이터로 변환. 데이터를 평균 하 고 피크 양수 및 음수 값을 모두 모든 출력 전압 레벨을 측정 한다. 이 두 펄스에 사용할 무료 필드 피크 부정적인 압력에 대 한 캘리브레이션 데이터를 제공 하 고 파 연구를 계속.</li>
</ol>3. 두 펄스 및 연속 웨이브 연구를 위한 실험 장치 구성
<ol><li>이온 및 degassed 물 4.5 L로 아크릴 물 탱크 (280 x 141 x 132 mm)를 채우십시오. 장내 변환기 및 3 축 수동 마이크로미터 무대 공동 정렬된 광대역 고래의 탑재 합니다. 다음, 완전히 기와 물 탱크에서 고래의 잠수함. 이 회로도 그림 1에 표시 됩니다.</li>
	<li>그것의 제 3 고조파 (3.3 MHz)에서 구동 될 수 있도록 하는 임피던스 매칭 회로에 장내 트랜스듀서를 연결 합니다. 이 회로 RF 전력 증폭기의 출력에 직접 연결 됩니다. 디지털 함수 발생기 전력 증폭기의 입력에 연결 하 고 원격으로 프로그램입니다.</li>
	<li>팬텀 자료에 노출, 이전 보정된 차동 막 고래의 사용 하 여 함수 발생기 2에 설명 된 대로에 주어진된 입력된 전압에 대 한이 시스템에서 생성 된 피크 부정적인 압력 측정. 이 기준 전압 값을 사용 하 여 디지털 함수 발생기에 필요한 압력 수준을 설정.</li>
	<li>광대역 고래의 연결 (기하학적 초점 63 m m)는 5 MHz이 패스 필터에 직접 장내 변환기의 중앙 조리개에서 지 내게 된다. 다음 40 dB 프리 앰프를 통해 14 비트 데이터 수집 카드 (DAQ)에 연결 합니다. 이 패스 필터 올바른 바이어스와 연결 되어 있는지 확인 합니다. 참고:이 카드는 데스크탑 PC에 설치 된 및 모든 하드웨어 (예제가이 소프트웨어 보충 파일 찾을 수 있습니다)를 제어 하는 데 사용이 연구 기간 동안 오프 라인 처리에 대 한 데이터를 저장.</li>
	<li>트랜지스터-트랜지스터 논리 (TTL) 디지털 지연 펄스 발생기 두 펄스 레이저 시스템 및 기능 발전기 7 보장 됩니다 이러한 시스템 간의 동기화 되도록 고정 닐-Concelman (BNC) 케이블로 연결 ns 레이저 펄스는 장내 변환기에서 4 진공 피크 중 대상 지역에서 일치.</li>
	<li>1에서 설명 하는 방법을 사용 하 여, 고 BSA 1 m m 둥근 금속 목표 (볼 베어링)를 포함 하는 표준 팬텀 물자 인 팬텀, 정렬 있도록 나노 생략 합니다. 이 달성 하기 위해 금형에 유령 소재의 25 mL를 붓고 62.5 µ l TEMED 촉매, 추가 다음 설정 하려면 약 20 분을 기다려. 다음 금속 대상 중앙 팬텀에 놓고 팬텀 솔루션 62.5 µ l TEMED 촉매 및 추가 20 분의 추가 25 mL를 추가 기다릴.</li>
	<li>맞춤 팬텀 3 차원 인쇄 홀더6으로, 자동된 3 차원 단계에 놓고 약는 금속 목표 장내 변환기의 초점 첨단에 위치 합니다.</li>
	<li>장내 변환기를 사용 하 여 짧은 기간 10 주기 발송 (3 µs) 고 받을 고래의 (DAQ 카드에 직접 연결)를 정렬 대상에 상대적인 위치 펄스-에코 위치를 통해 최적화 됩니다. 실시간으로 감지 신호는 컴퓨터에 표시 됩니다. 장내 변환기와 고래의에 탑재 된 수동 마이크로미터 단계를 사용 하 여 비행 및 신호 진폭의 시간을 조정 합니다. 일단 비행 시간 85 µs (단일 왕복)로 설정 되 고 신호 진폭 방사형 양방향에서 최대화 되었습니다,이 시스템을 정렬 됩니다.</li>
	<li>커플 2 m m 섬유 번들을 사용 하 여 팬텀에 532 nm 나노초 펄스 레이저에 의해 펌핑 옵티컬 파라메트릭 발진기 (OPO)에서 광학 에너지. 팬텀 (그림 1) 앞 음향 축에서 2 마이크로미터 단계 및 45˚의 각도 위치에이 섬유를 탑재 합니다. 레이저 빛의 파장은 680으로 설정 맞춤 표시 되도록 nm. 일단 표시 되도록 정렬 대상 중앙 15 m m 직경 레이저 자리에 마이크로미터 무대 레이저 조명 위치.</li>
	<li>20-90 x 디지털 현미경 위치 (작동 거리 90 m m)와 장내 변환기의 전파 평면에 수직인 물 탱크의 반대편에 백색 광원. 현미경은 작은 마이크로미터 단계에 거치 된다. 그것의 보기의 필드 (5 x 6 m m)에 그것은 대상으로 하는 금속 정렬 중앙, 초점에를 배치 합니다. 참고: 위의 절차를 완료 한 후 (장내, 고래의 레이저 조명 기와 현미경)이이 시스템의 모든 요소는 지금 공동 정렬 특정 위치에. 팬텀 맞춤 이제 연구에 사용 하는 조직 흉내 낸 유령으로 교체할 수 있습니다. 팬텀은 3 차원 위치 시스템에 부착 된 홀더에서 탑재, 맞춤을 유지 하면서 다른 지역 대상 수 있습니다.</li>
</ol>4. 현상 임계값 검출 펄스 장내 노출에서
참고: 다음 절차 유령 또는 나노 입자, 없이 마찬가지 이며 세 번 반복 한다.
<ol><li>PCD 시스템 3.8에 설명 된 정렬 절차에 대 한 분리 되 고 후 연결 되어 있는지 확인 하 고는 나노 입자의 SPR에 레이저 파장을 조정. 사용자 지정 컨트롤 프로그램을 사용 하 여, 함수 발생기 레이저 시스템과 동기화 10 사이클 (3 µs) 장내 버스트를 생산 하기 위해 설정 합니다. 또한이 프로그램을 사용 하 여 플래시 램프 발사와 Q-스위치 레이저 시스템에서 영업의 발생 사이 타이밍 변경 레이저 fluence 0.4, 1.1, 2.1, 또는 3.4 mJ/cm2 의 설정.</li>
	<li>팬텀, 깊숙이 그리고 수직 방향에서 5 m 간격 13 독특한 위치에서 장내 시스템 10 m m의 초점 피크를 대상. 각각의이 위치에는 단일 피크 부정적인 장내 압력에 노출 4 레이저 비해 4.2에 명시 된 수행 합니다.</li>
	<li>사용 범위 피크 부정적인 압력 다음 노출 조건에 대 한 0, 0.91, 1.19, 1.43, 1.69, 1.92, 2.13, 2.34, 2.53, 2.71, 2.83, 3.00 및 3.19 MPa:는 나노 입자에서에 나노 무료 팬텀, 팬텀, 나노에서 떨어져 레이저 및 레이저에서 레이저 팬텀입니다. '가짜' 레이저를 시뮬레이션 하기 위해 노출, 실행으로 시스템 설명, 하지만 수동 셔터는 오 포의 출력에 종료. 이 이렇게 생성 된 어떤 RF 잡음 여전히 PCD 시스템에 있을 것입니다 보장 합니다.</li>
	<li>모든 설정 및 제어 프로그램으로 노출 위치를 program 다음이 측정을 수행 하는 실행. PCD 데이터는 디지털화 하 고 후 처리에 대 한 데이터 수집 카드를 사용 하 여 직접 저장. 각 노출 매개 변수에 대 한 500 반복 노출은 취득된6.</li>
	<li>McLaughlan 그 외 여러분 에 의해 상세한 기술을 사용 하 여 환영에 짧은 기간 동안 장내 노출에서 PCD 시스템에 의해 감지 광대역 방출 처리 (2017) 6.</li>
</ol>5. 열 변성 연속 웨이브 장내 노출에서
참고: 다음 절차는 유령 또는 나노 입자 없이 동일 고 세 번을 반복 했다.
<ol><li>3.4 mJ/cm2 와 함수 발생기 (모든 330000-사이클 버스트는 레이저 펄스에 동기화) CW 노출에 게 fluence 주고 레이저 시스템을 설정 합니다. 팬텀에서 독특한 위치에 11에서 0.20, 0.62, 0.91, 1.19, 1.43, 1.69, 1.92, 2.13, 2.34, 2.53 또는 2.71 MPa의 피크 부정적인 압력을 선택 합니다.</li>
	<li>17의 총 노출 시간을 사용 하 여 팬텀에 15 s CW 장내 노출 전후 초기의 1s를 얻기 위해서는 s. 이 총 노출 시간 동안 데이터 수집 시스템은 PCD 데이터를 기록 하 고. 현미경 제어 PC에 연결 하 고 이미지 프레임 열 병 변 형성의 직접적인 시각화를 제공 하는이 시간 동안 기록 된다.</li>
	<li>4.4에서 설명 하는 모든 다른 노출 조건에 대 한 4.3에서 프로세스를 반복 합니다.</li>
	<li>관성 공동 현상은 복용량25 각 노출에 대 한 계산을 오프 라인 모든 PCD 데이터를 처리 합니다.</li>
</ol>

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</ol>

저자는 공개 상관이 있다.

이 프로토콜 열 생성 된 변성을 생산 그들의 CW 노출을 통해 조직 흉내 낸 팬텀의 제조 기술 4 개의 별도 섹션으로 나누어져 있습니다. 이 변성은 팬텀의 열 생성 된 응고 괴 사 장내1에 노출 하는 부드러운 조직에 의해 경험을 시뮬레이션 합니다. 그들의 제조에서 APS와 TEMED의 비율은 과정 너무 빨리 진작 하지 않습니다 있도록 중요 하다. 이 과정은 발열, 빨리이 속도, 높은 온도 도달25 고 따라서 노출 전에 BSA 단백질 변성 수 합니다. 그러나이 프로토콜 TEMED에 APS의 비율이 한다 발생을 하 고 하지 금형에에서 배치 될 수 얼음 물 더이 가능성을 최소화 하기 위해 젤의 polymerizing 동안 되도록 설정 되었습니다.
이 프로토콜 나노 입자, 레이저 일 루미 네이션 및 장내 노출, 결합을 통해 현상의 nucleation에 초점을 맞추고 최소 30 분의 진공에서 드 것 젤 환영의 제조에서 중요 한 단계가입니다. 열 병 변은 존재 하는 경우에 장내 (특히 CW 노출)에 노출, 일단 기존 핵을 피하기 위해 젤 유령에 신선한 위치를 대상으로 중요 하다. 번역 시스템 제어는 컴퓨터를 사용 하 여 팬텀을 이동 하는 때 그것은 장내 초점 (및 따라서 정렬 된 지역)의 깊이 일관성이 유지 되도록 하는 것이 중요. 이렇게 하면 장내 압력 및 레이저 fluence 레벨은 각 특정 노출 매개 변수에 대 한 통일. 이 프로토콜에 대 한 그리고 유령 소유자의 초기 배치 후에, 그것은 다음만 번역 수직 축에.
온도 민감한 조직 흉내 낸 젤 열 병 변 형성을 모니터링을 위한 시각적 메커니즘을 제공 하는 그들은 장내 연구 커뮤니티25에 의해 널리 사용 됩니다. 이 연구는 나노 입자를 결합 하 고 시연 제어 현상 활동을 통해 병 변 형성을 제공 하는 향상의 첫 번째 예제 했다. 그러나, 비록 그들은 온도에 그들의 응답에 대 한 조직을 흉내 낸 분류, 모두 그들의 광학 및 음향 감쇠 되지 않습니다. 시각화는 젤 병 변 형성에 필요, 때문에 유령 투명 하 고, 약간의 노란색 색조와 함께 근처는. 레이저 fluence는이 계정에 조정, 대상 지역 조명 레이저 빛은 방산 정상 조직에 대 한 것 보다 조명을 의미지 않습니다. 따라서 임상 번역에 대 한 여러 조명 수 있도록 소스 표면에 충분 한 fluence를 보장 하기 위해 필요한 것. 현재이 작업은 피부에 노출 될 때 레이저의 안전한 사용을 위한 지침22 을 준수 합니다. 이 최대 레이저 fluence 깊이; 달성할 수 제한 따라서,이 기술은 유 방, 또는 머리와 목 등 표면 암 치료에 적합 처음 것 이다. 또한, 이러한 유형의 암에 대 한 표면 수용 체를 표적으로 하는 plasmonic 나노 입자 치료에 증가 된 선택도 제공할 수 있습니다. 그러나, 비록이 연구의 높은 활성 영역, 그런 입자는 현재 임상 사용을 위해 승인 됩니다.
나노 입자와 환영의 음향 감쇠 0.7±0.2 dB/cm6, 측정 되었고, 3-4 dB/cm의 부드러운 조직에 대 한 값과 비교, 그것은 훨씬 낮은. 따라서,이 젤에서 장내 노출에서 난방 부드러운 조직에서 관찰 될 것 보다 낮은 것입니다. 그것은 젤을 유리 구슬의 부드러운 조직25비슷한 감쇠 레벨을 증가 입증 되었습니다. 그러나,이 응용 프로그램에서이 접근 불가능이 구슬 nucleation 소스, 나노 입자의 부재에도 캐 비테이 션 활동에 대 한 행동 하 고 따라서 현상 임계값을 허위로 것 이라고 합니다. 최 외에 의해 연구에서 결과 대 한 난방 효율을 비교할 때 (2013) 25, 열 병 변 14-23 MPa의 피크 압력 범위에서 생성 된 (명시 되지은 만약이 피크 포지티브 또는 네거티브 압력). 이 1.1 m h z에서 수행 했다는 유령에 감쇠 보다이 연구에 사용 했다. 그럼에도 불구 하 고, 본이 연구에서는 나노 nucleated 접근 1.19에서 따라서 현재 방법을 통해 증가 효율성을 보여주는 3.19 MPa까지 압력에서 이러한 환영 열 병 변을 생성 수 있었습니다.
미래의 테스트에이 방법을 종양 감소, 조직 관류, 분자 나노 입자와 관련 음향 감쇠 매개 변수의 통합을 vivo에서 모델에서 이루어져야 한다.

고 강도 집중 초음파 (장내), 또는 초점을 맞춘 초음파 수술 (FUS), 피하 조직1의 열 제거에 사용 되는 비 이온화 및 비-침략 적 방법입니다. 장내의 주요 사용은2연 조직 종양 치료에 있지만 그것은 뼈 종양3 또는 신경학 상 조건4치료 같은 다른 응용 프로그램에 사용할 시작. 장내는 병원에서의 광범위 한 사용을 제한 하는 두 가지 주요 요소가 있다: 첫째, 치료 지침에 어려움 둘째, 긴 치료 시간5. 장내, 펄스 레이저 조명, 그리고이 방법으로 설명 하는 plasmonic 골드 nanorods 조합 장내6에 대 한 현재 한계를 극복 하는 방법을 제공할 수 있습니다.
장내 노출, 동안 조직 절제의 지배적인 기계 장치가 열 손상입니다. 그러나, 공동 현상 활동 또한8역할 재생할 수 있습니다. 장내 노출 중 발생 하는 현상 활동 모두 기계적 또는 열 중재 현상 구성할 수 있습니다. 기계적으로 중재 현상 일반적으로 음향 현상7중 관성 비 또는 관성9 동작을 진행 하는 거품으로 subcategorized 더 라고. 열 중재 현상 전 솔루션 또는 증발, 가스 주머니의 형성에서 이며 일반적으로 라고 '끓 는'10. 캐 비테이 션 활동, 가장 일반적으로 관성 공동 현상, 보였다 속도로 장내 노출11 을 통해 달성 하는 열을 강화 하 고 따라서 그것의 주요 제한의 한 해결에 도움을. 그러나, 형성 및 작업 장내 노출 동안 공동 현상의 예측할 수 그리고 리드와 같은 효과 부정 하는 이상 지역, 또는 비대칭 열 제거12치료. 장내 노출 동안 캐 비테이 션 활동을 제어 하기 위해 외부 핵의 도입 조사 했다. 이러한 microbubbles13, 위상 편이 nanoemulsions14 또는15plasmonic 나노 입자 형태를 걸릴 수 있습니다. Microbubbles와 nanoemulsions 신호-잡음 이미징 및 향상 된 열 제거에 대 한 개선 하기 위해 표시 되었습니다. 그러나, 그들의 일시적인 성격 그들은 반복된 장내 노출 동안 제한 된 기능을 의미 합니다. 장내 노출 동안 현상 활동의 모니터링은 수행 중 활성 또는 수동 현상 감지를 사용 하 여 (ACD 또는 PCD, 각각). PCD은 현상 감지, 선호 기술 장내 노출 동시에 실행 될 수 있다 고 스펙트럼 콘텐츠 정보를 제공 합니다. 이 스펙트럼 콘텐츠16발생 현상 활동의 유형을 식별 하는 데 추가 분석 수 있습니다 다음. 때문에 이러한 배출량 관성 공동 현상10 의 존재에 향상 된 장내11열에 연결 된 광대역 음향 방출 사용 됩니다.
(파이) 이미징 Photoacoustic 신흥 임상 이미징 기술17, 초음파 이미징18의 높은 해상도 펄스 레이저 여기 스펙트럼 선택도 결합 하는. 그것은 이전 안내 장내 노출19, 사용 되었다 그러나이 이미징 기술은 레이저 빛의 침투 깊이 의해 제한 된다. Plasmonic 골드 나노 입자 '조 영제' 레이저 빛의 지역 흡수와 이후 photoacoustic 배출량20의 진폭 증가 역할을 사용할 수 있습니다. 충분히 높은 레이저 비해에 대 한 매우 지역화 된 이미징21에 사용할 수 있는 미세한 수증기 거품의 생성 가능 하다. 그러나, 이러한 노출 수준은 일반적으로 레이저 인간22, 빛의 사용에 대 한 최대 허용 노출 한계를 초과 하 고 따라서 사용 제한. 이전이 연구에서 사용 된 방법 표시 하 고는 모두 레이저를 plasmonic 나노 입자를 동시에 노출 하 여 조명 및 장내, 레이저 fluence 및 이러한 작은 수증기 거품 nucleate에 필요한 음향 압력은 극적으로 감소, 그리고 영상에 대 한 신호 대 잡음 비율 증가23. 메서드는 레이저와 nucleation 및 증기 거품의 활동에 대 한 높은 제어 기술에 대 한 장내 노출 plasmonic 나노 입자를 결합에 대 한 여기 설명 되어 있습니다.

<table><tbody><tr><td>단일 요소 HIFU 트랜스듀서</td><td>Sonic Concepts</td><td>H-102</td><td></td></tr><tr><td>55dB 전력 증폭기</td><td>E& I</td><td>A300</td><td></td></tr><tr><td>함수 발생기</td><td>Keysight Technologies</td><td>33250A</td><td></td></tr><tr><td>차동 멤브레인 수중청음기</td><td>Precision Acoustics Ltd</td><td></td><td></td></tr><tr><td>TTL 펄스 발생기</td><td>Quantum Composers</td><td>9524</td><td></td></tr><tr><td>Nd:YAG 펄스 레이저</td><td>Continuum</td><td>Surelite I-10</td><td></td></tr><tr><td>OPO Plus</td><td>Continuum</td><td>Surelite</td><td></td></tr><tr><td>파이버 번들</td><td>Thorlabs Inc</td><td>BF20LSMA01</td><td></td></tr><tr><td>에너지 센서</td><td>Thorlabs Inc</td><td>ES145C</td><td></td></tr><tr><td>Nanorods</td><td>Nanopartz</td><td>A12-40-850</td><td></td></tr><tr><td>광대역 감지기</td><td>Sonic Concepts</td><td>Y-102</td><td></td></tr><tr><td>5MHz 고역 통과 필터</td><td>Allen Avionics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>40dB 프리앰프</td><td>Spectrum GmbH</td><td>SPA.1411</td><td></td></tr><tr><td>14비트 데이터 수집 카드</td><td>Spectrum GmbH</td><td>M4i.4420x8</td><td></td></tr><tr><td>탈이온화 여과수</td><td>MilliQ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>아크릴아미드/비스-아크릴아미드 용액</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A9927</td><td></td></tr><tr><td>1 mol/L TRIS 버퍼</td><td>Sigma Aldrich</td><td>T2694</td><td></td></tr><tr><td>과황산암모늄</td><td>Sigma Aldrich</td><td>A3678</td><td></td></tr><tr><td>소 혈청 알부민</td><td>시그마 알드리치</td><td>A7906</td><td></td></tr><tr><td>TEMED</td><td>시그마 알드리치</td><td>T9281</td><td></td></tr><tr><td>3D 프린터</td><td>CEL-UK</td><td>Robox</td><td></td></tr><tr><td>3축 포지셔닝 시스템</td><td>Zolix</td><td></td><td></td></tr><tr><td>디지털 현미경</td><td>Dino-lite</td><td>AM4113TL</td><td></td></tr><tr><td>물 탱크</td><td>무인양품</td><td>아크릴 탱크</td><td></td></tr><tr><td>광학 부품</td><td>Thorlabs Inc</td><td>다양한</td><td></td></tr><tr><td>광기계 구성 요소</td><td>Thorlabs Inc</td><td>다양한</td><td></td></tr><tr><td>BNC 케이블</td><td>RS</td><td></td><td></td></tr><tr><td>데스크탑 PC</td><td>맞춤형</td><td></td><td></td></tr><tr><td>핫플레이트 교반기</td><td>Fisher</td><td></td><td></td></tr><tr><td>SBench6</td><td>Spectrum GmbH</td><td></td><td>측정 소프트웨어</td></tr></tbody></table>

고 강도 향상을 위한 plasmonic 금 나노 입자에서 현상의 제어 nucleation 집중 초음파 응용 프로그램

Controllable Nucleation of Cavitation from Plasmonic Gold Nanoparticles for Enhancing High Intensity Focused Ultrasound Applications

이 연구에서 plasmonic 골드 나노 입자는 펄스 근처-적외선 레이저 빛과 높은 강도 집중 초음파 (장내) 젤 유령 조직 흉내 낸 공동 현상의 제어 nucleation에 동시에 노출 되었다. 이 생체 외에서 프로토콜 암에 대 한 이미징 및 치료 응용 프로그램의 두 향상을 위한이 방법의 타당성을 설명 하기 위해 개발 되었다. 동일한 장치 장내 시스템의 노출 기간을 변화 하 여 이미징 및 치료 응용 프로그램에 사용할 수 있습니다. 짧은 기간 노출 (10 µs)에 대 한 광대역 음향 방출 금 나노 입자 주위 관성 공동 현상의 제어 nucleation 통해 생성 했다. 이 방출 나노 입자의 직접 지역화를 제공합니다. 미래의 응용 프로그램에 대 한 이러한 입자 분자를 대상으로 항 체 (유방암에 대 한 예: 안티-HER2)와 functionalized 수 있습니다 하 고 일상적인 진단 초음파 이미징 보완 암 영역의 정확한 지역화를 제공할 수 있습니다. 연속파 (CW) 노출에 대 한 공동 활동 젤 환영에서 큰 열 피해 장내 노출에서 지역화 된 난방 증가 사용 되었다. 이러한 CW 노출 동안 관성 공동 현상 활동에서 발생 하는 음향 방출 현상 활동의 피드백을 제공할 수동 현상 감지 (PCD) 시스템을 사용 하 여 모니터링 했다. 증가 된 난방만 나노 입자, 레이저 빛과 장내의 독특한 조합을 통해 달성 되었다. 이 기술은 암 전 임상 모델에서의 추가 유효성 검사는 필요 합니다.

펄스 장내 노출에서 현상 감지
수동 현상 탐지 시스템와 나노 입자 없이 모두 환영에 장내 범위 및 레이저 노출에 대 한 전압/시간 데이터를 기록. 그림 2 노출의 범위에 대 한 대표적인 결과 보여 줍니다. 이러한 플롯의 시간 눈금 어디 광대역 음향 방출 예상 되는 것,이 방출의 비행 시간이 영역을 강조 하기 위해 잘립니다. 그림 2 나노 입자, 조합의 경우에 다는 것을 보여 장내 노출 및 레이저 조명 광대역 배출량 검색 됩니다. 그러나, 이것은 아직도 임계값 현상 그림 2 h 에 대 한 낮은 음향 압력에 광대역 배출 하지 감지 했다. 이 방출의 기간 일반적으로이 연구에서 약 10 µs 장내 노출의 길이에 해당 합니다.
CW 장내 노출에서 열 변성
그림 3 레이저 조명, (와 함께/없이 레이저 조명 및 나노 입자) 세 가지 서로 다른 노출 형식에 대 한 단일 장내 노출 중 (USB) 카메라 범용 직렬 버스에서 인수는 일련의 프레임을 보여준다. 이 그림 젤 환영 각 이러한 조건에 대 한 열 병 변 형성의 예를 보여줍니다. 이 보기는 장내에서 노출 오른쪽 왼쪽에서 발생합니다. 피크 그림 3 에 나와 있는 예제에 대 한 부정적인 압력은 2.53 MPa, 있던 무슨이 연구에 사용 된의 위쪽 가장자리 했다.
CW 장내 노출에서 녹음 관성 공동 현상 복용량 (ICD)
그림 4 는 CW 장내 노출 동안 기록 하는 ICD의 계산에서 대표적인 결과 보여 줍니다. 이 데이터는 노출 동안 PCD 시스템에 의해 기록 된 배출량에서 처리 였 단. 그림 4a, 4 c와 4e 는 낮은 피크 부정적인 압력, 아니 광대역 배출량 검색 어디 그림 4b, d, 그리고 f ICD는 노출에 걸쳐 기록 된을 표시 보여줍니다. 가장 높은 ICD 신호 (그림 4 층) 장내와 레이저 노출으로 나노 입자를 포함 하는 젤에 노출 동안 관찰 되었다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58045/58045fig1.jpg"> 그림 1입니다. 이 연구에 사용 된 실험 장치에 대 한 도식 표현. 명확성을 위해 USB 현미경과 광원 생략 하지만 보기 지역 파란색 점선된 상자에 의해 설명 된다. CNC-컴퓨터 수치 제어, AuNR-골드 nanorods 그림 McLaughlan 그 외 여러분 에서 적응 (2017) 6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58045/58045fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58045/58045fig2.jpg"> 그림 2입니다. 전압 추적의 예/동시 레이저 조명 없이 짧은 장내 노출 동안 수동 현상 감지 시스템 기록. 를 사용 하면 레이저 fluence 되었고 (a-c) 3.0의 피크 부정적인 압력 2.1 mJ/cm2 , (d-f) 2.13 (g-i) 1.43 MPa. LS-레이저, NR-나노 입자입니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58045/58045fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58045/58045fig3.jpg"> 그림 3입니다. 개별 프레임 시간에 0, 5, 10, 15 s USB 현미경에 의해 기록 된 장내 노출 중. 레이저 fluence 2.53 MPa의 3.4 mJ/cm2 와 피크 부정적인 압력을 했다. 시퀀스 (a)는 레이저 노출 및 나노 입자 없이 팬텀에, (b)와 나노 입자를 포함 하는 팬텀 레이저 노출 없이 이며 (c)는 레이저 조명 및 나노 입자를 포함 하는 팬텀. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58045/58045fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58045/58045fig4.jpg"> 그림 4입니다. 레이저 조명 없이 관성 공동 현상 복용량 (ICD)와 노출 (a, b, e 및 f) 동안 기록 (c 및 d)를 계산. 피크 부정적인 압력은 중 (a, c 및 e) 0.91 또는 (b, d 및 f) 2.53 MPa. 에 사용 되는 팬텀 (a &amp; b) 포함 되어 있지 모든 나노 입자. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58045/58045fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>

이 프로토콜에서는 젤 유령, 근처-적외선 펄스 레이저 빛을 고 강도 집중 초음파 (장내) 동시 노출을 통해 공동 현상의 제어 nucleation 보여 줍니다. 현상 작업 장내의 이미징 및/또는 치료 사용을 강화 하기 위한 다음 사용할 수 있습니다.

고 강도 향상을 위한 Plasmonic 금 나노 입자에서 현상의 제어 Nucleation 집중 초음파 응용 프로그램

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) ...

이 방법은 레이저 초음파 핵 캐비테이션을 안내하는 데 사용할 수 있는 고강도 중증 초음파 분야에서 주요 질문에 답하고 HIFU 암 치료를 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 나노 입자, HIFU 및 레이저 조명의 조합을 통해 이러한 각 양식의 한계를 스스로 극복 할 수 있다는 것입니다. 핵형성 방법을 입증하기 위해 팬텀을 제조한다.유리 비커에 이온화, 탈가스, 실온 물로 시작합니다. 또한, 부피 아크릴아미드/비스 아크릴아미드 용액으로 40%의 중량을 준비한다. 용액을 물에 넣고 완충제, 아황암모늄을 넣습니다.비커를 마그네틱 교반기 플레이트에 있는 진공 챔버 안에 놓습니다. 40mm 길이의 PTFE 자기 교반 바를 비커에 넣고 중간 속도로 저어줍니다. 천천히 소 세럼 알부민 분말을 추가합니다.완료되면 진공 챔버를 닫고 진공 펌프를 시작합니다. 대상 진공을 유지하고 60 분 동안 계속 저어줍니다. 다음으로, 진공을 해제하고 솔루션작업을 계속합니다.필요한 팬텀에 나노 입자를 추가합니다. 모든 팬텀의 경우 촉매를 추가합니다. 5분간 혼합한 후 용액을 개별 금형에 붓고 20분 간 기다립니다.이것은 금형에서 설정되고 제거된 팬텀의 예입니다. 실험에서 사용할 준비가 되었습니다. 팬텀이 설정되면 밀폐 용기에 데폴드 팬텀을 보관하십시오.정렬 팬텀을 생성하려면 팬텀 솔루션부터 시작합니다. 비커를 놓고 마그네틱 교반기의 진공 챔버에 바를 저어줍니다. 중간 속도로 교반을 시작하고 챔버를 대상 진공으로 펌핑합니다.용액을 검색한 후 25밀리리터를 금형에 붓고 촉매를 추가합니다. 팬텀의 중앙에 1mm 구형 금속 표적을 배치하기 전에 20 분 기다립니다. 그런 다음 팬텀 용액의 25 밀리리터를 금형에 추가로 붓습니다.촉매를 추가하고 또 다른 20 분 기다립니다. 설정하면 정렬 팬텀을 밀폐 용기에 사용하거나 보관할 준비가 되었습니다. 실험에 대한 설정을 준비합니다.이를 위해 4.5리터의 이온화, 가스 가쇠가 많은 물 탱크를 가지고 있습니다. 탱크의 한쪽 끝에 음향 흡수기를 놓습니다. 다음으로, 고강도 중점 초음파 트랜스듀서에 주의를 돌린다.그것을 마운트하고 3 축 마이크로 미터 단계에 공동 정렬 광대역 하이드로폰입니다. 흡수기를 마주하기 위해 탱크의 트랜스듀서와 하이드로폰을 완전히 침수합니다. 트랜스듀서를 임피던스 매칭 회로에 연결하여 세 번째 고조파에서 구동할 수 있습니다.이 회로는 디지털 기능 발생기가 입력된 RF 전력 증폭기의 출력에 직접 연결됩니다. 함수 생성기가 원격으로 프로그래밍됩니다. 보정 후 정렬 팬텀을 사용하여 계속 설정합니다.팬텀은 3D 인쇄 홀더에 있어야 하며 자동화된 3D 단계에 장착해야 합니다. 자기 표적이 트랜스듀서의 대략적인 초점 피크에 있도록 팬텀을 배치합니다. 이제 하이드로폰을 데이터 수집 카드에 직접 연결합니다.변환기와 하이드로폰을 사용하여 정렬 대상을 펄스로 에코합니다. 3마이크로초, 10사이클 버스트를 보내고 컴퓨터에서 실시간으로 감지된 신호를 볼 수 있습니다. 트랜스듀서의 마이크로미터 스테이지를 조정하여 비행 시간과 신호 진폭시간을 변경합니다.비행 시간이 85마이크로초이고 신호 진폭이 최대화되면 시스템이 정렬됩니다. 다음으로 광대역 하이드로폰을 5메가헤르츠 하이패스 필터에 직접 연결합니다. 40데시벨 사전 앰프를 통해 신호를 보낸 다음 데이터 수집 카드로 보냅니다.이제 샘플에 대한 레이저 조명을 설정합니다. TTL 디지털 지연 펄스 발생기로 기능 발생기와 532 나노미터 펄스 레이저를 동기화합니다. 레이저를 사용하여 광학 파라메트릭 발진기를 펌핑합니다.2 밀리미터 섬유 번들팬에 출력을 결합합니다. 탱크에서 이 섬유를 마이크로미터 스테이지에 장착합니다. 어쿠스틱 축에서 45도 각도로 팬텀 앞에 섬유를 배치합니다.정렬을 위해 가시광선을 사용합니다. 빔을 배치하여 15mm 레이저 스팟의 중앙에 정렬 대상을 배치합니다. 마지막으로, 물 탱크의 반대편에 디지털 현미경과 백색 광원을 배치합니다.현미경을 현미경 스테이지에 장착합니다. 정렬 대상을 해당 시야에 포커스로 배치합니다. 올바른 팬텀이 제자리에 있는지 확인합니다.이 경우, 적절한 조직 팬텀은 정렬 팬텀을 대체합니다. 레이저 파장을 나노입자의 표면 플라스몬 공명에 조정합니다. 제어 컴퓨터에서 트랜스듀서를 설정하여 10사이클 버스트를 생성하고 레이저 연도를 설정합니다.고강도 중점 초음파 버스트 10밀리미터의 초점 피크를 대상으로 하며 수직 방향으로 13개의 고유 위치에서 5밀리미터 간격을 두는 것으로 시선을 타지합니다. 탱크에 조직 유령이 제자리에 있는지 확인하십시오. 그런 다음 소프트웨어를 사용하면 연도및 연속 파 노출 매개 변수를 설정합니다.선택한 피크 음압을 가진 고강도 집중 초음파가 한 위치에서 향하도록 현미경을 사용하여 열 병변 형성을 기록합니다. 이러한 데이터는 검출기 전압 대 다른 조건하에서 다른 팬텀에 대한 짧고 고강도 집중된 초음파 노출에 대한 시간입니다. 이러한 데이터 세트에서 팬텀은 레이저 조명에도 노출되었습니다.그러나, 하나의 팬텀은 나노로드가 없었고 한 개의 팬텀이 그랬습니다. 이러한 데이터 세트에서, 팬텀 모두 나노로드를 가지고 있지만, 하나는 레이저 조명에 노출되었고 다른 팬텀은 그렇지 않았습니다. 이는 나노입자, 초음파 노출 및 레이저 조명이 모두 존재하는 경우에만 광대역 배출이 감지된다는 것을 보여줍니다.이 현미경 비디오는 고강도 집중 초음파 및 레이저 조명에 노출된 나노로드를 가진 젤 팬텀에서 열 및 캐비테이션 병변의 형성의 예를 제공합니다. 이 절차를 시도하는 동안 화학 물질을 취급할 때 적합한 개인 보호 장비를 착용하고 레이저를 사용할 때 올바른 눈 보호가 사용되는지 확인하는 것이 중요합니다. 개발 후, 이 기술은 고강도 집중 초음파 치료 분야의 연구원들이 분자 표적 나노 입자를 사용하여 표적 및 빠른 열 절제를 통해 암 치료를 향상시키는 방법을 모색할 수 있었습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

Plasmonic 핀셋 및 광자 크리스탈 nanostructures는 광학 트래핑 마이크로 및 나노 입자의 효율성과 방향 제어에 유용 향상을 생산하기 위해 표시됩니다.

향상된 마이크로 및 Nanoparticle 조작에 대한 Plasmonic 및 광자 크리스탈 Nanostructures 활용

위상 시프트 nanoemulsions (PSNE)는 지역화 된 난방을 개선하고 종양의 열 절제를 개선하기 위해 높은 강도 집중 초음파를 사용하여 기화 할 수 있습니다. 이 보고서에서는 좁은 크기 분포와 안정 PSNE의 준비가 설명되어 있습니다. 또한, 초음파로 인한 박리에 기화의 PSNE의 영향은 조직 - 모방의 유령에서 증명된다.

음향 액적 기화 및 버블이 강화 된 초음파로 인한 박리에 대한 좁은 크기 분포와 위상 - 교대 Nanoemulsions의 합성

전원 초음파에 제출 액체의 음향 공동화 음파 발광으로 알려진 특이한 화학 반응성 및 발광의 원점입니다 붕괴 거품 안에 과도 극한 상황을 만듭니다. 불활성 기체의 존재하에, 비평 형 플라즈마가 형성된다. 거품 붕괴에 의해 생성 된 "핫"입자와 광자 용액에 종을 자극 할 수 있습니다.

분자, 이온, 및 음향 공동 현상과 고체 입자를 활성화

습식 화학적 접근 방식으로 생성된 다기능 Fe2O3-Au 나노 입자의 합성 및 특성을 설명하고 레이저 조사를 사용하여 광열 특성을 조사합니다. 복합 Fe2O3-Au 나노 입자는 두 재료의 특성을 모두 유지하여 우수한 자기 및 플라즈몬 특성을 가진 다기능 구조를 생성합니다.

다기능 하이브리드 철<sub&gt; 2</sub&gt; O<sub&gt; 3</sub&gt; 효율적인 플라즈몬 난방을위한 -Au 나노 입자

이 프로토콜은 시판중인 물질과 광 반응 형 리포좀 집적 금 나노 입자에 대한 간단한 제조 방법을 설명하는데 이용된다. 또한, 펄스 레이저의 치료에 합성 리포좀 마이크로 버블 공동화 과정을 측정하는 방법을 보여준다.

펄스 레이저인가 전압에 따라 금 나노 입자 통합 사진 응답 리포좀과 그들의 마이크로 버블 공동 현상의 측정의 합성

플라즈몬 핀셋을 통합 마이크로 칩 제조 공정은 여기에 표시됩니다. 마이크로 칩은 최대 트래핑 힘을 측정하기 위해 갇힌 입자의 영상을 가능하게한다.

모니터링 환경에서 플라즈몬 트랩 및 나노 입자의 릴리스

우리는 콜 로이드 석판 기법을 사용 하 여 정기적 금 nanocup 배열의 제조를 설명 하 고 nanoplasmonic 영화의 중요성을 논의.

콜 로이드 리소 그래피를 사용 하 여 정기적 금 Nanocup 배열의 제작

이 프로토콜 세부 큰 지역에 따라 제어 하 고 사용자 정의 나노 영화를 만들기 위해 사용할 수 있는 새로운 나노 제조 기술에서 출장 금속 필름의 dewetting의 자기 조립.

큰 면적 기판 기반 Nanofabrication 출장 Dewetting 통해 제어 하 고 사용자 정의 금 나노 입자의

혈액-뇌 장벽 (BBB) 일시적으로 마이크로 버블 매개 집중 초음파로 중단 될 수 있습니다 (FUS). 여기서는 비초음파 전문가가 액세스할 수 있는 모듈식 FUS 시스템을 사용하여 생체 내 고처리량 BBB 개방을 위한 단계별 프로토콜을 설명합니다.

설치류의 혈액 뇌 장벽 개방을 위한 고처리량 이미지 유도 입체 신경 탐색 및 집중 초음파 시스템

제시된 실험 프로토콜은 성공적인 약물 전달 및/또는 기타 생체 효과에 필요한 조건의 조사를 가능하게 하기 위한 목적으로 세포 배양 장치에서 캐비테이션 활성의 실시간 측정을 수행하는 데 사용될 수 있다.

캐비테이션 강화 치료 연구

이 프로토콜은 지질 마이크로버블의 제조와 마이크로버블 물리화학적 특성을 보존하는 정제가 없는 &gt;95% 라벨링 효율을 가진 호환 가능한 원팟 마이크로버블 방사성 라벨링 방법을 설명합니다. 이 방법은 다양한 지질 마이크로버블 제형에 효과적이며 방사성 및/또는 형광 마이크로버블을 생성하도록 맞춤화할 수 있습니다.

Fabricating and Labeling Microbubbles with Fluorescent and Radioactive Tracers

배우세요 고강도 집중 초음파(HIFU)와 레이저를 결합하여 겔 팬텀에서 캐비테이션을 유도하는 방법을. 금 나노입자를 활용한 이 기술은 암 치료의 효과를 높이고 정밀한 열 절제를 가능하게 합니다.

고 강도 향상을 위한 Plasmonic 금 나노 입자에서 현상의 제어 Nucleation 집중 초음파 응용 프로그램

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