Name: Identificatie van Metal Oxide Nanodeeltjes in histologische monsters door Enhanced Darkfield Microscopie en hyperspectrale Mapping (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-12-08T14:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 19 s
Description: Leer metaloxide nanodeeltjes identificeren in histologische monsters met enhanced darkfield microscopie en hyperspectrale mapping. Deze methode biedt snellere en minder resource-intensieve detectie dan elektronenmicroscopie.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs danken Günter Oberdörster, DVM, PhD en Alison Elder, PhD (University of Rochester) en Mary Frame, PhD (Stony Brook University) voor samenwerking op het gebied van dieronderzoek die resulteerde in weefselmonsters voor analyse. Daarnaast danken de auteurs: Christina Rotondi (Albany Medical College Histology Core); Rani Sellers, DVM, PhD en Barbara Cannella, PhD (Albert Einstein College of Medicine Histology and Comparative Pathology Facility); Leonardo Bezerra en Ahlam Abuawad (leden van het Brenner-onderzoeksteam); en Leslie Krauss, Byron Cheatham en Elyse Johnson (CytoViva). Dit werk werd gedeeltelijk ondersteund door CDC-NIOSH-subsidie OH-009990-01A1 en het NanoHealth and Safety Center, New York State, toegekend aan S.B.

<ol><li>Sun, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Endocytosis+of+a+single+mesoporous+silica+nanoparticle+into+a+human+lung+cancer+cell+observed+by+differential+interference+contrast+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Bioanal+Che%22%5BJournal%5D)">Endocytosis of a single mesoporous silica nanoparticle into a human lung cancer cell observed by differential interference contrast microscopy.</a> Anal Bioanal Che. 391 (6), 2119-2125 (2008).</li>
<li>Anselme, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+interaction+of+cells+and+bacteria+with+surfaces+structured+at+the+nanometre+scale%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Biomate%22%5BJournal%5D)">The interaction of cells and bacteria with surfaces structured at the nanometre scale.</a> Acta Biomate. 6 (10), 3824-3846 (2010).</li>
<li>Anshup, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Growth+of+gold+nanoparticles+in+human+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Langmui%22%5BJournal%5D)">Growth of gold nanoparticles in human cells.</a> Langmui. 21 (25), 11562-11567 (2005).</li>
<li>Weinkauf, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+dark+field+microscopy+for+rapid+artifact+free+detection+of+nanoparticle+binding+to+Candida+albicans+cells+and+hyphae%5BTitle%5D)+AND+%22Biotechnol%22%5BJournal%5D)">Enhanced dark field microscopy for rapid artifact free detection of nanoparticle binding to Candida albicans cells and hyphae.</a> Biotechnol. 4 (6), 871-879 (2009).</li>
<li>Sondi, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Silver+nanoparticles+as+antimicrobial+agent%3A+a+case+study+on+E+coli+as+a+model+for+Gram+negative+bacteria%5BTitle%5D)+AND+%22J+Colloid+Interface+Sc%22%5BJournal%5D)">Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E coli as a model for Gram negative bacteria.</a> J Colloid Interface Sc. 275 (1), 177-182 (2004).</li>
<li>Berry, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Possible+exploitation+of+magnetic+nanoparticle+cell+interaction+for+biomedical+applications%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mater+Chem%22%5BJournal%5D)">Possible exploitation of magnetic nanoparticle cell interaction for biomedical applications.</a> J Mater Chem. 15 (5), 543-547 (2005).</li>
<li>Chithrani, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elucidating+the+mechanism+of+cellular+uptake+and+removal+of+protein+coated+gold+nanoparticles+of+different+sizes+and+shapes%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Elucidating the mechanism of cellular uptake and removal of protein coated gold nanoparticles of different sizes and shapes.</a> Nano Lett. 7 (6), 1542-1550 (2007).</li>
<li>Chithrani, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determining+the+size+and+shape+dependence+of+gold+nanoparticle+uptake+into+mammalian+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Determining the size and shape dependence of gold nanoparticle uptake into mammalian cells.</a> Nano Lett. 6 (4), 662-668 (2006).</li>
<li>Elechiguerra, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interaction+of+silver+nanoparticles+with+HIV+1%5BTitle%5D)+AND+%22J+Nanobiotechnol%22%5BJournal%5D)">Interaction of silver nanoparticles with HIV 1.</a> J Nanobiotechnol. 3 (6), 1-10 (2005).</li>
<li>Carlson, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Unique+cellular+interaction+of+silver+nanoparticles+size+dependent+generation+of+reactive+oxygen+species%5BTitle%5D)+AND+%22J+Phys+Chem%22%5BJournal%5D)">Unique cellular interaction of silver nanoparticles size dependent generation of reactive oxygen species.</a> J Phys Chem. 112 (43), 13608-13619 (2008).</li>
<li>Roth, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperspectral+microscopy+as+an+analytical+tool+for+nanomaterials%5BTitle%5D)+AND+%22WIREs+Nanomed+Nanobiotechnol+In+Press%22%5BJournal%5D)">Hyperspectral microscopy as an analytical tool for nanomaterials.</a> WIREs Nanomed Nanobiotechnol In Press. , (2015).</li>
<li>Williams, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Maize+kernel+hardness+classification+by+near+infrared+%28NIR%29+hyperspectral+imaging+and+multivariate+data+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chim+Act%22%5BJournal%5D)">Maize kernel hardness classification by near infrared (NIR) hyperspectral imaging and multivariate data analysis.</a> Anal Chim Act. 653 (2), 121-130 (2009).</li>
<li>Ziph Schatzberg, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperspectral+imaging+enables+industrial+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Industrial+Photonic%22%5BJournal%5D)">Hyperspectral imaging enables industrial applications.</a> Industrial Photonic. , (2014).</li>
<li>Sun, D. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSun%2C+DW+%22Hyperspectral+imaging+for+food+quality+analysis+and+contro%22">Hyperspectral imaging for food quality analysis and contro</a>. , Elsevier. (2010).</li>
<li>ElMasry, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperspectral+imaging+for+nondestructive+determination+of+some+quality+attributes+for+strawberry%5BTitle%5D)+AND+%22J+Food+En%22%5BJournal%5D)">Hyperspectral imaging for nondestructive determination of some quality attributes for strawberry.</a> J Food En. 81 (1), 98-107 (2007).</li>
<li>Mortimer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Potential+of+hyperspectral+imaging+microscopy+for+semi+quantitative+analysis+of+nanoparticle+uptake+by+protozoa%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Techno%22%5BJournal%5D)">Potential of hyperspectral imaging microscopy for semi quantitative analysis of nanoparticle uptake by protozoa.</a> Environ Sci Techno. 48, 8760-8767 (2014).</li>
<li>Sarlo, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tissue+distribution+of+20+nm+100+nm+and+1000+nm+fluorescent+polystyrene+latex+nanospheres+following+acute+systemic+or+acute+and+repeat+airway+exposure+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Toxico%22%5BJournal%5D)">Tissue distribution of 20 nm 100 nm and 1000 nm fluorescent polystyrene latex nanospheres following acute systemic or acute and repeat airway exposure in the rat.</a> Toxico. 263, 117-126 (2009).</li>
<li>Husain, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulmonary+instillation+of+low+doses+of+titanium+dioxide+nanoparticles+in+mice+leads+to+particle+retention+and+gene+expression+changes+in+the+absence+of+inflammation%5BTitle%5D)+AND+%22Toxicol+Appl+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">Pulmonary instillation of low doses of titanium dioxide nanoparticles in mice leads to particle retention and gene expression changes in the absence of inflammation.</a> Toxicol Appl Pharmacol. 269, 250-262 (2013).</li>
<li>Meyer, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intracellular+uptake+and+associated+toxicity+of+silver+nanoparticles+in+Caenorhabditis+elegan%5BTitle%5D)+AND+%22Aquatic+Toxicol%22%5BJournal%5D)">Intracellular uptake and associated toxicity of silver nanoparticles in Caenorhabditis elegan.</a> Aquatic Toxicol. 100, 140-150 (2010).</li>
<li>Badireddy, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((characterization+and+abundance+of+engineered+nanoparticles+in+complex+waters+by+hyperspectral+imagery+with+enhanced+darkfield+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">characterization and abundance of engineered nanoparticles in complex waters by hyperspectral imagery with enhanced darkfield microscopy.</a> Environ Sci Technol. 46 (18), 10081-10088 (2012).</li>
<li>Dettmeyer, R. F. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aDettmeyer%2C+RF+%22Staining+techniques+and+microscopy+Forensic+histopathology+fundamentals+and+perspectives%22">Staining techniques and microscopy Forensic histopathology fundamentals and perspectives</a>. , Springer Verlag. Berlin Heidelberg. vol 26 issue 453 370 (2011).</li>
<li>Titford, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Progress+in+the+development+of+microscopical+techniques+for+diagnostic+pathology%5BTitle%5D)+AND+%22J+Histotechnol%22%5BJournal%5D)">Progress in the development of microscopical techniques for diagnostic pathology.</a> J Histotechnol. 32 (1), 9-19 (2009).</li>
<li>Kumar, G. L. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aKumar%2C+GL+%22Special+stains+and+H%26E%22">Special stains and H&E</a>. , Dako North America. Carpinteria, California. (2014).</li>
<li>Manolakis, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperspectral+image+processing+for+automatic+target+detection+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Lincoln+Laboratory+Journal%22%5BJournal%5D)">Hyperspectral image processing for automatic target detection applications.</a> Lincoln Laboratory Journal. 14 (1), 79-116 (2003).</li>
<li>Mercer, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pulmonary+fibrotic+response+to+aspiration+of+multi+walled+carbon+nanotubes%5BTitle%5D)+AND+%22Part+Fibre+Toxicol%22%5BJournal%5D)">Pulmonary fibrotic response to aspiration of multi walled carbon nanotubes.</a> Part Fibre Toxicol. 8 (1), 21(2011).</li>
<li>Kim, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperspectral+reflectance+and+fluorescence+imaging+system+for+food+quality+and+safety%5BTitle%5D)+AND+%22T+Am+Soc+Ag+En%22%5BJournal%5D)">Hyperspectral reflectance and fluorescence imaging system for food quality and safety.</a> T Am Soc Ag En. 44 (3), 721-730 (2001).</li>
<li>Mercer, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extrapulmonary+transport+of+MWCNT+following+inhalation+exposure%5BTitle%5D)+AND+%22Part+Fibre+Toxico%22%5BJournal%5D)">Extrapulmonary transport of MWCNT following inhalation exposure.</a> Part Fibre Toxico. 10 (1), 38(2013).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Voor weefselmonsters die conventionele histologische kleuring, de identificatie en analyse van metaaloxide nanodeeltjes hebben ondergaan, kan worden bereikt door een combinatie van EDFM, HSI mapping en beeldanalyse technieken. Hoewel flexibel wordt monstervoorbereiding voor histologie en immunohistochemie (bijvoorbeeld via vaste of bevroren weefsels type vlek), is het belangrijk dat de monsters worden coupes met een dikte van 5-10 urn optimale visualisatie. Monsters die hier gebruikt werden in formaline gefixeerd en in paraffine ingebed voorafgaand aan snijden met een roterende microtoom tot 6 pm dikte aangebracht op glazen microscoopglaasjes, gekleurd met hematoxyline en eosine en afgedekt. Varkenshuid weefsel van een ex vivo huidpenetratie toxicologische samenwerking werden gebruikt voor deze studie. De weefsels werden blootgesteld aan metaaloxide nanodeeltjes (alumina, silica, ceria) in waterige suspensies. Detectie van de regio (&#39;s) van belang (hoog contrast elemeNTS) met EDFM is een belangrijke eerste stap die de daaropvolgende HSI in kaart brengen en analyseren vergemakkelijkt. Positieve en negatieve controlemonsters worden afgebeeld en eerst geanalyseerd om een ​​spectrale bibliotheek te creëren voor referentie. De verzamelde spectra van de positieve controle worden uitgevoerd naar een positieve controle spectrale bibliotheek. Vervolgens worden alle spectra van de negatieve controle beelden worden afgetrokken van de spectrale bibliotheek van de positieve controle in om specificiteit te verbeteren (vermindering van valse positieven). De resulterende gefilterde spectrale bibliotheek wordt beschouwd als RSL dat dient voor de analyse van materialen van belang. Alle weefselmonsters ondergaan dezelfde imaging proces en worden in kaart gebracht tegen de RSL. Het resulterende beeld zal alleen gebieden met elementen van rente over een zwarte achtergrond bevatten. Deze afbeelding kan vervolgens worden geanalyseerd met behulp van de ImageJ drempel en deeltjes analysefuncties het gebied toegewezen deeltjes per veld te verkrijgen. Numerieke data verkregen uit ImageJ kan export wordened naar een spreadsheet voor verdere analyse. Het is belangrijk om te overwegen dat als biologische monsters zijn inherent verschillend van elkaar, en vlekken methoden kunnen visualisatie beïnvloeden door middel van EDFM en HSI, de belichting moet worden in overeenstemming met wat het beste beeld met hoog contrast produceert voor een specifiek type van het monster bepaald. Hoewel de reductie van valse positieven kan worden bereikt door de filtratie van spectrale bibliotheken, is het cruciaal om betrouwbare negatieve controles die verontreiniging vermeden met het element van belang te verkrijgen, aangezien de spectra overeenstemmen met deze vervuiling zou kunnen worden gefilterd uit spectrale bibliotheek de positieve controle van , het verhogen van vals-negatieve tarieven. Ook kan het spectrum intensiteit bereik dat detecteerbaar is met de hyperspectrale imaging software niet de limiet van de specifieke software overtreffen (voor dit onderzoek, dat is 16.000 eenheden): gebieden met een groot aantal van geaccumuleerde deeltjes die sp producerenectral intensiteiten boven het maximum intensiteit worden weggelaten uit de spectrale bibliotheek, vanwege het risico van het verhogen van het aantal valse negatieven. Terwijl de HSI systeem geeft veel voordelen boven traditionele methoden, zijn er een aantal nadelen en beperkingen te overwegen. Een daarvan is dat de grote hoeveelheid optische verzamelde gegevens kunnen aanzienlijk rekenvermogen nodig. Een andere is dat HSI tijdsintensief kan zijn, vooral in het begin stadia als referentie spectrale bibliotheken worden gecreëerd. Ook kan imaging tijd enkele minuten per beeldopname nodig, waardoor het langzamer dan eenvoudige Darkfield beeldvorming; Het is echter nog steeds sneller dan uitvoeren monsterbereiding en visualisatie door elektronenmicroscopie. Bovendien kunnen complexe systemen in meerdere karakteristieke spectra, die de ontwikkeling van zeer gespecialiseerde controles vereisen en maakt de instelling van gestandaardiseerde, universele referentie bibliotheken moeilijk 26. Ten slotte is de technique resulteert in lagere resolutie dan probe- of elektronen-microscopie technieken zoals atomaire kracht microscopie en transmissie elektronenmicroscopie, waarmee afzonderlijke atomen kunnen oplossen. Resolutie van deze techniek is beperkt als gevolg van de fotonische natuur, die voorkomt dat het een hoge precisie instrument voor het meten van deeltjesgrootte op de nanometer niveau of voor het nauwkeurig lokaliseren van materialen op een sub-micron niveau. Hoewel de techniek in staat zijn om deeltjes binnen bepaalde weefselcompartimenten of cellulaire organellen lokaliseren groter dan 1 urn (zoals celkernen), kleinere organellen of toevoegingen uitdagend om nauwkeurig te visualiseren met deze methode. Ook van belang, gezien de ruimtelijke resolutie, kan deze methode geen onderscheid maken tussen enkele nanodeeltjes en agglomeraten 11. Andere overwegingen omvatten: bepaalde materialen (bijvoorbeeld edelmetalen) veel hogere reflectie en verschillende spectrale profielen, die ze gemakkelijker te AnalyZe en spectraal kaart met deze tool. Anderen, zoals semi-metallische oxides onderzocht in deze studie en op koolstof gebaseerde nanomaterialen 24, 27 kan moeilijker zijn vanwege hun elementaire samenstelling, vorm, en afhankelijk van de matrix. In twee muizen inhalatie studies van Mercer et al., Een soortgelijk systeem met degene die in deze studie werd gebruikt om de koolstof nanobuisjes vinden in de longen en het afgeleide organen op basis van hun opvallend hoog contrast met omringende weefsels. Toch werd hyperspectrale mapping niet aangetoond in beide studies, waarschijnlijk omdat de unieke vorm van koolstofvezels was voldoende trait identificatie. Een andere overweging betreft specifiek aan weefsels: sinds deponeren nanodeeltjes van belang zijn voor specifieke organen via de normale biofysische processen onvoorspelbaar is (en vaak zelf het onderwerp van studie), kunnen bepalen van een toepasselijke positieve controle moeilijk en vereist een afweging van hoe generatie van de controle might invloed op de toestand van een materiaal van belang. Bijvoorbeeld, wanneer een spectrale bibliotheek wordt gemaakt van ongerepte nanodeeltjes plaats, kan het moeilijk zijn om de bibliotheek om diezelfde nanodeeltjes in weefsels of cellen kaart als gevolg van veranderingen in de spectra gevolg van wijziging van de deeltjes (bijvoorbeeld door verandering pH, ontbinding agglomeratie eiwitbinding) en de totale micro of matrix. Tenslotte is de techniek beperkt de semi-kwantitatieve aard: het kan alleen kwantitatief andere tweedimensionale microscopietechnieken soortgelijke oplossing, wat betekent dat het niet gemakkelijk worden gebruikt om taken uit te voeren zoals kenmerkend totaal orgaan last van een materiaal. Kortom, EDFM en HSI bieden verschillende voordelen ten opzichte van conventionele nanomaterialen beeldvorming en karakterisatie technieken, zoals TEM, HAADF en DIC. EDFM / HSI zorgt voor een snellere beeldverwerking acquisitie en analyse, die tijd en kosten bespaart in vergelijking met een intensiever conventionele technieken. Bovendien monstervoorbereiding voor EDFM / HSI typisch zowel minimaal en non-destructief, wat tijd bespaart en ook flexibeler analyse van een gegeven monster omdat dan kan worden gebruikt voor andere technieken. Voorts HSI is veelzijdig, waardoor analyse van nanomaterialen vele samenstellingen en in diverse matrices. Het onderzoeksteam werkt aan de hier beschreven voor andere materialen en soorten monsters, met inbegrip van een grondige evaluatie van de specificiteit van de technologie methode te verfijnen. Een kritische volgende stap in onderzoek door het onderzoeksteam is de validatie van deze technieken tegen de traditionele gouden standaard (bijv Raman, TEM, SEM) voor de materialen en de soorten weefsel van belang.

Aangezien nanomaterialen steeds meer worden toegepast in een verscheidenheid van industrieën en toepassingen bestaat er een behoefte nanoschaal beeldvorming en karakterisatie methoden die sneller, betaalbaar en gemakkelijker dan traditionele wijze, zoals elektronen microscopie. Aan nanodeeltjes (NP) interacties met cellen, weefsels en levende systemen, veel optische technieken zijn toegepast, met inbegrip van differentiële interferentie contrast (DIC) microscopie 1 en evanescent veld gebaseerde benaderingen, zoals de totale interne reflectie (TIR) ​​of bijna-visualiseren veld scanning optische microscopie (NSOM) 2,3. Echter, deze zijn high-end analytische benaderingen, buiten het bereik van de meeste niet-gespecialiseerde laboratoria 4. Elektronenmicroscopie, zoals transmissie-elektronenmicroscopie (TEM), werd ook gebruikt om NP interactie met cellen 5,6,7,8 bestuderen. High angle ringvormige donkerveld (HAADF) scanning transmissie elektronenmicroscopie werd gebruikt om de interactie te bestuderen van NPs9 met virussen. Confocale microscopie is een populaire techniek om NP-10 cel interacties te bestuderen. De laatste jaren hebben donkerveld-gebaseerde hyperspectrale (HSI) technieken gebruikt als veelbelovend analytisch instrument voor het bestuderen van NP in biologische matrices 11. HSI generen een driedimensionale representatie van ruimtelijke en spectrale data, bekend als hypercube of datacube 12. De ruimtelijke kaart van de spectrale variatie wordt gebruikt voor materiaal identificatie. Spectrale profielen van bekende materialen kunnen worden geproduceerd en gebruikt als referentie bibliotheken ter vergelijking met onbekende monsters. Een van de grote voordelen HSI systemen is de mogelijkheid om beeldvorming te combineren met spectroscopie door aldus de plaats en verdeling van onbekende NPs in vivo of ex vivo en koppeling aan andere referentie deeltje bekende, soortgelijke samenstelling. Er zijn verscheidene voordelenmet behulp van HSI systemen ten opzichte van conventionele beeldvormende technieken: minimaal monster voorbereiding is vereist; monstervoorbereiding is meestal niet-destructief van aard; beeldacquisitie en analyse is sneller; de techniek is kosteneffectief 13; en de ruimtelijke verdeling en analyse van verbindingen met gemengde samenstelling en / of in complexe matrices wordt gemakkelijker bewerkstelligd 14. Voor nanomaterialen onderzoek waarbij kostbare monsters, een van de belangrijkste overwegingen is de beschikbaarheid van een niet-destructieve beeldvorming, die toelaat de mogelijkheid om herhaaldelijk monsters van één of meer methoden onderzocht. Herhaalde of meervoudige analyses kan gewenst uitgebreide datasets die niet beschikbaar zou zijn van een methode te ontwikkelen. Om dit verband, het bestuderen van de optische eigenschappen is de veiligste manier om het monster te analyseren. Door een verbeterde donkerveld microscoop (EDFM) en HSI systeem om de optische respons van het monster te bestuderen - namelijk Reflectance, maar ook de absorptie en doorlaatbaarheid - feature identificatie en karakterisering kan worden uitgevoerd 15. Mogelijke eindpunten omvatten karakterisering evaluatie van de relatieve afmeting en vorm van nanodeeltjes of agglomeraten en distributie van nanodeeltjes in een monster. In dit artikel beschrijven we in kaart brengen van methoden specifiek voor metaaloxide nanodeeltjes in post-mortem weefsel met behulp van een HSI-systeem op basis van een aangeduid als een spectrale hoek Mapper (SAM) pixel-spectrale wedstrijd algoritme. We kozen voor deze specifieke toepassing, omdat het de potentie heeft in vivo nanotoxicologie onderzoek, waarbij de dierlijke modellen worden gebruikt om de gevolgen voor de gezondheid van blootstelling aan technisch vervaardigde nanomaterialen te evalueren de huidige en toekomstige aan te vullen. De toepassing van deze methode zou ook nanoschaal drug delivery onderzoek dat weefsel of dierlijke modellen gebruik maakt van op de hoogte. Vooral nanodeeltjes absorptie, distributie, metabolisme en excretie gedurende organs en weefsels kunnen worden onderzocht met dit systeem. Een grote verscheidenheid van toepassingen worden onderzocht voor toepassing bij biomedisch onderzoek 11. Deze methode kan worden gebruikt voor de beoordeling van verschillende biologische monsters (bijvoorbeeld verschillende soorten weefsels, bronchoalveolaire lavage monsters en bloed uitstrijkjes) die zijn blootgesteld aan nanodeeltjes van verschillende elementaire samenstellingen 16-19. Bovendien is deze werkwijze nuttig voor het bestuderen van nanodeeltjes biodistributie in vivo en in vitro, die relevant is voor nanoschaal geneesmiddelafgifte studies 11. Beyond biologische monsters kunnen EDFM en HSI worden om nanodeeltjes in milieumonsters zoals afvalwater 20 evalueren. Beroepsmatige blootstelling kan worden vergemakkelijkt door het gebruik van deze techniek ook, omdat het kan worden gebruikt om de werkzaamheid van persoonlijke beschermingsmiddelen voorkomen nanodeeltjes penetratie evalueren. Verder onderzoek teAM ontwikkelt momenteel een soortgelijke EDFM en HSI protocol voor de evaluatie van de filter media monsters van nanodeeltjes verzameld van beroepsmatige blootstelling assessments. Terwijl de bereiding van deze verschillende types monster EDFM en HSI kan variëren, is het belangrijk dat zij worden bereid zodanig dat zij gemakkelijk kunnen worden gevisualiseerd door het optische systeem. Gewoonlijk moet het monster opgesteld alsof het zou worden gevisualiseerd via traditionele helderveld microscopie. Er zijn verschillende hyperspectrale beeldvormende systemen in de handel verkrijgbaar 11.

<table><tbody><tr><td>CytoViva 150 Unit (condenser)</td><td>CytoViva (Auburn, AL)</td><td></td><td>gemonteerd op Olympus BX43 microscoop</td></tr><tr><td>Olympus BX43 Microscoop - Analyzer Slot - HSI met 10x en 40x luchtobjectieven en 100X olie-immersieobjectief</td><td>verkregen via CytoViva (Auburn, AL)</td><td></td><td>voor gebruik met CytoViva 150 Unit-condensor</td></tr><tr><td>Dagexcel-M Digital Firewire Camera - Gekoeld; inclusief Exponent 7-software</td><td>verkregen via CytoViva (Auburn, AL)</td><td></td><td>verbeterde donkerveldcamera en software</td></tr><tr><td>CytoViva Hyperspectral Imaging System 1.4; inclusief Pixelfly hyperspectrale camera, XY-stagecontroller, ENVI hyperspectrale beeldvormingssoftware</td><td>verkregen via CytoViva (Auburn, AL)</td><td></td><td>hyperspectrale camera en software</td></tr><tr><td>In een cleanroom schoongemaakte glazen microscoopglaasjes (glas B-glaasjes)</td><td>Schott NEXTERION</td><td>1025087</td><td>minder puin en artefacten in vergelijking met conventionele glazen microscoopglaasjes voor optimale beeldvorming</td></tr><tr><td>In een cleanroom schoongemaakte glazen microscoopdekjes (#1.0; 22 mm x 22 mm x 1,45 mm)</td><td>Schott NEXTERION</td><td>op maat</td><td>minder puin en artefacten in vergelijking met conventionele glazen dekjes voor optimale beeldvorming</td></tr><tr><td>type A microscopie-immersieolie</td><td>Fisher Scientific</td><td>12368B</td><td>meerdere leveranciers</td></tr><tr><td>70% isopropanol in water</td><td></td><td></td><td>meerdere leveranciers</td></tr><tr><td>ImageJ-software</td><td>National Institutes of Health (NIH)</td><td></td><td>gratis open-source software online te downloaden</td></tr><tr><td>metaaloxide nanodeeltjes</td><td>geleverd aan het onderzoeksteam door industriële partners</td><td></td><td>alumina-, silica- en ceria-nanodeeltjes in waterige suspensies. Vanwege een geheimhoudingsovereenkomst tussen de auteurs en industriële partners kunnen verdere productinformatie niet worden vrijgegeven.</td></tr></tbody></table>

identificatie van metal oxide nanodeeltjes in histologische monsters door enhanced darkfield microscopie en hyperspectrale mapping

Identification of Metal Oxide Nanoparticles in Histological Samples by Enhanced Darkfield Microscopy and Hyperspectral Mapping

Nanomaterialen zijn steeds meer aanwezig in de industrie, productie en biomedisch onderzoek. De behoefte aan hulpmiddelen en technieken die helpen bij de identificatie, lokalisatie en karakterisering van nanoschaalmaterialen in biologische monsters neemt toe. Momenteel beschikbare methoden, zoals elektronenmicroscopie, zijn meestal middelenintensief, waardoor het gebruik ervan voor een groot deel van de onderzoeksgemeenschap onbetaalbaar is. Verbeterde donkerveldmicroscopie aangevuld met een hyperspectraal beeldvormingssysteem kan een oplossing bieden voor deze knelpunt door snelle en goedkopere karakterisering van nanodeeltjes in histologische monsters mogelijk te maken. Deze methode maakt hoogcontrast nanoschaalbeeldvorming mogelijk, evenals identificatie van nanomaterialen. Voor deze techniek worden histologische weefselmonsters bereid zoals ze zouden worden voor lichtgebaseerde microscopie. Eerst worden positieve controlemonsters geanalyseerd om de referentiespectra te genereren die de detectie van een materiaal van belang in het monster mogelijk maken. Negatieve controles zonder het materiaal van belang worden ook geanalyseerd om de specificiteit te verbeteren (valse positieven verminderen). Monsterbeelden kunnen vervolgens worden gemaakt en geanalyseerd met behulp van methoden en software voor hyperspectraal microscopie of vergeleken met deze referentiespectra om kaarten te maken van de locatie van materialen van belang in een monster. De techniek is bijzonder geschikt voor materialen met zeer unieke reflectiespectra, zoals edelmetalen, maar is ook toepasbaar op andere materialen, zoals semi-metalen oxiden. Deze techniek levert informatie die moeilijk te verkrijgen is uit histologische monsters zonder het gebruik van elektronenmicroscopietechnieken, die mogelijk een hogere gevoeligheid en resolutie bieden, maar veel meer middelenintensiever en tijdrovend zijn dan lichtmicroscopie.

Hyperspectrale microscopie is nuttig om zijn vermogen om materialen op een wijze vergelijkbaar met spectrofotometrie te identificeren. Zoals aangegeven in Figuur 1, elk materiaal verschillende karakteristieke spectra en een algemene vorm van de reflectie, die uniek is. Verder Figuur 1 toont de matrix-afhankelijke karakter van de spectrale profielen: de spectrale profielen voor elk van de drie metaaloxiden in histologische weefselmonsters (bovenste paneel) verschillen van de spectrale profielen voor elk van de drie metaaloxiden in waterige suspensie ( onderste paneel). Toewijst de karakteristieke spectrale profielen onbekende monsters in dezelfde matrix, de techniek is bruikbaar voor het bepalen van de aanwezigheid of afwezigheid van een materiaal, en kan ook semi-kwantitatief relatieve hoeveelheden materiaal vergelijken monsters. De verwijzing spectrale bibliotheken gemaakt op basis van de positieve controle huid monsters zijn geschikt voor het in kaart brengen van experimentelehuidmonsters. Zoals blijkt uit figuur 2, de referentie spectrale libraries kaart goed aan de corresponderende positieve controles en niet toegewezen aan de corresponderende negatieve controles. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is de mogelijkheid om lage niveaus van stoffen plaats in monsters te detecteren, en om hen van verontreinigingen. . Zo kunnen individuele nanobuizen in longen worden waargenomen tijdens inhalatie van doses zo laag als 40 pg in een 20-30 g rat 25 Figuur 3 toont dit in histologische huidmonsters: sommige deeltjes gemakkelijk duidelijk in het donkerveld optische beeld (column 2), anderen zijn gedetecteerd met behulp van hyperspectrale beeldvorming (kolom 3) die mogelijk zijn gemist met helderveld microscopie (kolom 1) of andere methoden. Het gebruik van Darkfield HSI dient ook om specificiteit meer dan eenvoudige helderveld microscopie verbeteren. Deze beelden kunnen vervolgens worden onderworpen aan meer kwantitatieve vormen van analyse, notably analyse van deeltjes via ImageJ. Verbeterde donkerveld microscopie heeft verschillende toepassingen, zelfs bij afwezigheid van hyperspectrale. De eerste is de mogelijkheid om hoge kwaliteit, contrastrijke beelden te genereren. Dit wordt het best getoond in figuur 3, waarbij deeltjes van belang duidelijk herkenbaar in vergelijking met hun tegenhangers helderveld. Deze beelden kunnen ook worden onderworpen aan kwantitatieve analyse van deeltjes, maar in de afwezigheid van hyperspectrale mapping, voorzichtigheid is noodzakelijk om te voorkomen dat verwarring een verontreiniging deeltje van een deeltje van belang. <img alt="Figuur 1" src="/files/ftp_upload/53317/53317fig1.jpg" /> Figuur 1. Referentie spectrale bibliotheken (weefsel matrix) vergeleken met spectrale bibliotheken (nanodeeltjes in suspensie). Deze figuur toont het belang van het genereren van een referentie spectrale bibliotheek nanomaterials plaats in dezelfde matrix als experimentele monsters. De eerste rij toont de referentie spectrale bibliotheek (RSL) voor elk materiaal in deze studie (aluminiumoxide, silica en ceriumoxide). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53317/53317fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a> Dit RSL is gemaakt door de in dit protocol, waar de positieve controle weefselmonsters werden gefilterd tegen negatieve controle weefselmonsters beschreven methode. De tweede rij toont spectrale bibliotheken (SL) gemaakt op basis van de nanodeeltjes interesse in vloeibare suspensie op een glasplaatje. Aluminiumoxide, een bimodale piek bij golflengten van 500 en 650 werd gevonden in de RSL, terwijl een meer gebogen en minder opvallende piek werd waargenomen bij het alumina NP suspensie SL ongeveer 600. Voor silica, een piek bij een golflengte van ongeveer 650 werd aanwezig in de RSL, terwijl een meer gebogen en minder opvallende piek werd gezien in de silica NP schorsing SL bij around 600. Voor ceriumoxide, een bimodale piek werd gevonden bij golflengten van 520 en 620 in de RSL, terwijl een minder opvallende piek werd waargenomen bij het ceriumoxide NP suspensie SL ongeveer 560. Dit suggereert dat de matrix waarin de NP zijn ingebed creëert een verschuiving van spectra die aanzienlijk kunnen zijn bij het selecteren van de controles voor de SL specifieke experiment maken. <img alt="Figuur 2" src="/files/ftp_upload/53317/53317fig2.jpg" /> Figuur 2. Referentie spectrale bibliotheken (weefsel matrix) in kaart gebracht op de positieve controle en de negatieve controle varkens huidweefsel. Dit getal dient als bevestiging van de RSL afhankelijk van mapping naar proefmonsters, dat elk RSL (linker kolom) beeldt goed op zijn corresponderende positieve controle (middelste kolom) en niet toegewezen aan de corresponderende negatieve controle (rechterkant). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53317/53317fig2large.jpg" target="_blank">Gelieve Klik h</a>ere voor een grotere versie van deze figuur te bekijken. <img alt="Figuur 3" src="/files/ftp_upload/53317/53317fig3.jpg" /> Figuur 3. Hyperspectrale in kaart brengen van experimentele varkens huidweefsel blootgesteld aan metaaloxide nanodeeltjes. Rijen van boven naar beneden corresponderen met verschillende lagen van de huid, van oppervlakkig diepste laag: epidermis, dermis en subcutaan weefsel resp. De eerste rij toont de hoornlaag van de opperhuid van de huid monster dat werd blootgesteld aan alumina NP in suspensie; de tweede rij werd blootgesteld aan NP silica in suspensie; en de derde rij om NP ceriumoxide in suspensie. Elke kolom toont hetzelfde gebied van de huid afgebeeld met verschillende technieken. De eerste kolom correspondeert met helderveld microscopie (40X mag .; schaal bar = 50 pm), waarbij het gebied omsloten door een rood vierkant werd vergroot (100X mag; schaal bar = 10 micrometer) met verbeterde donkerveld microscopie (EDFM) in de tweede kolom, waar de witte pijlen wijzen op het hoge contrast NPs. De derde kolom verkregen met een hyperspectrale camera (HSI), met dezelfde hoge contrast NP (witte pijlen). EDFM en HSI beelden werden genomen bij 100X vergroting; schaal bar = 10 micrometer. De vierde kolom toont de HSI afbeelding afgezet tegen de respectievelijke RSL voor elke blootstelling groep, waarbij aluminiumoxide NP&#39;s worden weergegeven in het groen, silica NP&#39;s in de kleuren rood en ceriumoxide NP in geel, respectievelijk. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53317/53317fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.</a>

Verbeterde donkerveldmicroscopie en hyperspectraal beeldvorming met spectraal mapping maken screening, lokalisatie en identificatie van nanoschalige materialen in histologische monsters mogelijk met verbeterde snelheid en nauwkeurigheid ten opzichte van traditionele methoden. Het doel van dit artikel is om methoden te bieden voor donkerveld beeldvorming en hyperspectraal mapping van metaaloxide nanodeeltjes in histologische monsters.

Identificatie van Metal Oxide Nanodeeltjes in histologische monsters door Enhanced Darkfield Microscopie en hyperspectrale Mapping

Nanomaterials are increasingly prevalent throughout industry, manufacturing, and biomedical research. The need for tools and techniques that aid in the ...

Het algemene doel van deze procedure is het identificeren van metaaloxide-nanodeeltjes in histologische monsters middels donkerveldmicroscopie en hyperspectrale mapping. Dit wordt bereikt door eerst een interessegebied te identificeren in een positieve controlemonster dat nanodeeltjes bevat en een donkerveldopname te maken. De tweede stap is het maken van een hyperspectrale afbeelding of datacube van het interessegebied met behulp van de hyperspectrale camera.Vervolgens wordt er een referentiespectrale bibliotheek gemaakt van de datacube van de positieve controle, die wordt gefilterd tegenover een negatieve controle om eventuele fout-positieven te verwijderen. De laatste stap is het gebruik van de referentiespectrale bibliotheek voor mapping van experimentele monsters om nanodeeltjes met dezelfde samenstelling te identificeren en te lokaliseren. Uiteindelijk worden verbeterde dark-field microscopie en hyperspectrale mapping gebruikt om metaaloxide-nanodeeltjes in histologische monsters sneller en minder arbeidsintensief te identificeren dan met andere technieken, zoals elektronenmicroscopie.Deze methode biedt verschillende voordelen ten opzichte van conventionele technieken voor beeldvorming en karakterisering van nanomaterialen, zoals elektronenmicroscopie. De monstervoorbereiding is doorgaans minimaal en niet-destructief. De acquisitie en analyse van beelden zijn minder tijd- en kostenintensief, en de methode kan worden toegepast voor nanoparticle-beeldvorming in diverse matrices.Onderzoekers kunnen soms moeite hebben met de methodiek, omdat het creëren van de juiste positieve controlemonsters en referentiespectrumbibliotheken zowel uitdagend als tijdrovend is. Maar zodra deze eerste stappen zijn voltooid, kunnen experimentele monsters vrij snel worden beoordeeld. Hoewel deze methode inzicht kan geven in de cutane penetratie van nanodeeltjes, kan deze ook worden toegepast op andere biologische monsters, zoals bronchoalveolaire lavage en bloeduitstrijkjes, alsook op niet-biologische monsters, zoals filters die worden gebruikt bij beoordelingen van beroepsmatige blootstelling.Plar Sosa, een medicijnstudent uit mijn laboratorium, zal deze techniek demonstreren. Begin met het aansluiten en inschakelen van de lichtbron, de tafelbediening, de optische camera, de hyperspectrale camera en het computersysteem. Breng vervolgens de tafel en de condensor naar de werkpositie en breng voorzichtig drie tot vijf druppels immersie-olie Type A aan op de condensorslens. Als er luchtbellen ontstaan, veeg de olie dan weg en breng deze opnieuw aan op de lens.Plaats vervolgens het monster op de tafel en breng de condensor langzaam omhoog totdat de immersie-olie contact maakt met de onderkant van het objectglas. Dit is merkbaar aan de snel helderder wordende ring van verlichting op het punt waar de olie het objectglas raakt. Zodra de condensor op zijn plaats staat, schakelt u over naar het 10 x objectief en stelt u vervolgens de condensor scherp en uit om de helderheid te maximaliseren; indien nodig past u de uitlijningsknoppen van de condensor aan om de heldere plek te centreren.Open de software voor optische beeldvorming. Focus het monster met de fijninstelknop van het objectief. Zoek vervolgens een gebied van interesse.Pas de focus van de condensor indien nodig aan om de verlichting te egaliseren. Klik op het instellingentabblad in de menubalk en klik op de knop voor beeldvastlegging. Voor het vastleggingsevenement.Selecteer het gewenste afbeeldingsformaat en ken een bestandsnaam toe aan de afbeelding. Selecteer daarnaast de standaardwaarde voor de time-lapse en klik ten slotte op ok. Ga vervolgens naar het belichtingsmenu en selecteer de belichtingsinstellingen die de afbeelding met het hoogste contrast opleveren.Hier is het niveau ingesteld op 0.0%. De versterking is ingesteld op 2.8 decibel en de sluitertijd is ingesteld op 56 milliseconden. Leg het beeld vast door op de afbeeldingsknop in de menubalk te klikken. Wijzig het objectief naar 40 x en 100 x.Voor het vastleggen van beelden bij hogere vergrotingen moet worden gegarandeerd dat de lichtgeleider naar de hyperspectrale camera is gericht. Open vervolgens de software voor hyperspectrale beeldvorming voor de acquisitie van de HSI-datacubes. Selecteer in de menubalk van de software hyperspectrale microscoop en kies vervolgens HSI-microscoopbediening. Stel hier de objectievergroting en het veilige pad in. Pas vervolgens het acquisitiegebied aan in de instellingen en wijzig het aantal lijnen.In deze studie hebben we 720 gebruikt om de belichtingstijd in te stellen. Hier hebben we 0,25 seconden gebruikt. Laat alle overige instellingen op de standaardwaarden staan en klik op preview HSI om de afbeelding te bekijken.Bekijk de resulterende intensiteitsgrafiek die de intensiteit van de hoogste golflengte weergeeft terwijl de gebruiker over de x-as van het centrum van het gezichtsveld van de camera beweegt. Verplaats de cursor om een nauwkeurige omtrek van de grafiek te genereren. Hierdoor verschijnt er een numerieke intensiteitsindicator aan de linkerzijde.Stel de afbeelding scherp op basis van dit voorbeeld door de fijne objectieffocus aan te passen om de pieken in deze afbeelding te verscherpen. Optimaliseer vervolgens de lichtintensiteit door de helderheid van de bron of de focus van de condensor aan te passen, of annuleer het voorbeeld en pas de belichtingstijd in de software aan. Klik op vastleggen en observeer hoe vier nieuwe vensters met de beschikbare namen verschijnen.Lijst met banden. Zoom naar nummer één. Nummer één, scroll en RGB-band nummer één verschijnen.Maximaliseer het venster van de eerste RGB-band, aangezien dit de datacube is die voor alle toekomstige referenties zal worden gebruikt. Klik met de rechtermuisknop op deze datacube, sla deze op als tiff-bestand en klik op ok. Klik met de rechtermuisknop in het afbeeldingsvenster van de datacube en klik met de linkermuisknop op Z-profielspectrum.Wanneer het pop-upvenster met het spectrale profiel links verschijnt, klikt u op de pixels van belang in het datacubedoel. De helderste pixels zijn degene die met zekerheid kunnen worden geïdentificeerd als representatief voor het betreffende materiaal. Selecteer onder het menu voor deeltjesanalyse de tool voor deeltjesfiltratie om de deeltjes in de datacube te identificeren.Stel in het nieuwe pop-upvenster de spectrale maximumwaarde zo in dat deze hoger is dan de achtergrondpixels, maar lager dan die van de materialen van belang. De maximale waarde voor geldige gegevens is 16.000. Klik in het venster van de reviewtool voor het partikelfilter op selecteer alles.Klik vervolgens op export naar spectrale bibliotheek en ken een naam toe aan uw spectrale bibliotheek. Nadat u een monster heeft geselecteerd om als negatieve controle te dienen, verkrijgt u verschillende datacubes van het monster. Met de hyperspectrale camera is er ten minste één vereist, maar er kunnen er meer worden vastgelegd.Om de selectiviteit te verhogen terwijl de datakubus van de negatieve controle is geopend, klikt u op filter spectral library. Klik onder het analysemenu op de hoofdtulbalk van het programma op open new file en selecteer de eerder gemaakte spectrale bibliotheek voor de positieve controle als invoerbestand, en klik op okay. Klik in het venster filter cyto viva spectral library op image, kies de naam van het uitvoerbestand voor de referentiespectrale bibliotheek en klik op okay.Klik vervolgens op de bestandsnaam van de datacube van uw negatieve controle als bronafbeelding. De software analyseert de spectrale bibliotheek en verwijdert elk spectrum dat overeenkomt met een spectrum van de datacube van de negatieve controle. Verkrijg datacubes van de experimentele monsters terwijl de experimentele datacube geopend is.Klik op het spectraalmenu in het submenu met mappingmethoden en open de spectral angle mapper. Selecteer de naam van de experimentele datacube in het pop-upvenster en klik op ok. Als er geen bestandsnamen worden vermeld, klik dan op open new file en kies de experimentele datacube.Klik vervolgens op ok in het pop-upvenster genaamd End Member collection, SAM, en klik op import in de menubalk. Selecteer daarna Spectral Library file. Open de eerder aangemaakte referentiespectrale bibliotheek en klik op ok.Klik in het nieuwe pop-upvenster met de naam Input Spectral Library op 'select all items' en klik op 'okay'. Klik vervolgens met de rechtermuisknop op 'color' en selecteer 'Apply default colors to all', klik op 'select all' gevolgd door 'apply', kies vervolgens de naam voor het uitvoerbestand en klik op 'okay'.Open het overlay-menu in het datacubusvenster en selecteer classificatie. Navigeer vervolgens naar de naam van het uitvoerbestand en klik op oké. Open in het menu van het interactieve klasseninstrumentvenster het optiemenu en selecteer het samenvoegen van klassen om een uniform kleurenschema te maken.Om de analyse van de gegevens met andere software te vergemakkelijken, selecteert u één spectrum uit de lijst met basisklassen. Selecteer vervolgens alle klassen, behalve 'unclassified', om deze samen te voegen met de basisklasse. Klik daarna op ok.Klik vervolgens op de geselecteerde basiskleur, waarna alle overeenkomstige spectra in die kleur worden weergegeven. Om een statisch beeld te verkrijgen waarop de overeenkomstige spectra tegen een zwarte achtergrond verschijnen, klikt u op het vak voor niet-geclassificeerde kleuren, dat standaard zwart is. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is het vermogen om metaaloxide-nanodeeltjes in histologische monsters te identificeren middels donkerveldmicroscopie en hyperspectrale mapping. Deze afbeeldingen illustreren dit proces met behulp van histologische huidmonsters.Hoewel sommige deeltjes in het donkerveld-optische beeld direct duidelijk zichtbaar zijn, worden aanvullende deeltjes gedetecteerd met behulp van hyperspectrale beeldvorming. Hier wordt varkenshuidweefsel in de epidermislag getoond, dat is blootgesteld aan Illumina-nanodeeltjes. Een cluster nanodeeltjes met een hoog contrast werd aangetroffen, afgezet over het stratum corneum in de dermale laag, die was blootgesteld aan silica-nanodeeltjes.Meerdere nanopartikels met een hoog contrast zijn zichtbaar, afgezet over het bindweefsel. Ten slotte, in het subcutane weefsel dat werd blootgesteld aan de Syria-nanopartikels: meerdere verspreide nanopartikels met een hoog contrast zijn zichtbaar, afgezet langs de adipocyten; identificatie van nanopartikels met behulp van deze methode.Het is ook mogelijk om andere weefselmonsters te gebruiken, zoals long, lever, milt, nieren en lymfeklieren. Na deze procedure kan beeldanalyse worden uitgevoerd om aanvullende vragen te beantwoorden, zoals het aantal deeltjes en de locatie van de deeltjes. Bepaalde overwegingen en nadelen, zoals de behoefte aan zeer gespecialiseerde controles en de beperkingen van de resolutie van fotonische beeldvorming, moeten worden afgewogen tegen die van conventionele methoden.Bij het selecteren van de meest geschikte analysetechnieken om specifieke onderzoeksvragen te onderzoeken, hebben we ervoor gekozen om deze specifieke toepassing te demonstreren omdat deze het potentieel heeft om huidig en toekomstig nanotoxicologisch onderzoek aan te vullen. Het kan daarnaast bijdragen aan onderzoek naar de absorptie, distributie, metabolisering en excretie van nanodeeltjes in organen en weefsels.

identification-metal-oxide-nanoparticles-histological-samples

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bio-engineering

In this video, we describe the darkfield microscopy (DFM) technique combined with single-particle tracking (SPT) analysis to monitor the interaction of plasmonic gold nanorods with the cell membrane of a specific cell line of interest. Combined DFM and SPT analysis allows the visualization of the nanorod movement through the cell membrane with high spatiotemporal resolution.

Darkfield Microscopy to Visualize Diffusional Dynamics of Nanorods on Cell Membrane

Laser-induced afbraak spectroscopie uitgevoerd op dunne orgaan-en tumorweefsel met succes natuurlijke elementen en kunstmatig geïnjecteerd gadolinium (Gd), die met ingang van Gd-gebaseerde nanodeeltjes aangetroffen. Afbeeldingen van chemische elementen bereikt een resolutie van 100 micrometer en kwantitatieve sub-mm gevoeligheid. De verenigbaarheid van de setup met standaard optische microscopie benadrukt het potentieel om meerdere beelden van een zelfde biologisch weefsel te bieden.

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: Een nieuwe aanpak voor de nanodeeltjes&#39;s Mapping en kwantificering in orgaanweefsel

Vanwege het belang en het grootschalige gebruik van palladium, goud en kobalt   metalen in high-tech apparatuur, de terugwinning en recycling vormen een belangrijk industrieel uitdaging. Het metalen recovery systeem hierin beschreven is een eenvoudige, goedkope middelen voor de effectieve opsporing, verwijdering en herstel van deze metalen uit de stedelijke mijne.

Detectie en herstel van Palladium, Goud en Cobalt metalen uit de Urban Mine via innovatieve sensoren / Adsorbentia Aangewezen met nanoschaal Wagon-wheel-vormige poriën

Er wordt een methode beschreven waarbij quantum dot (QD) nanodeeltjes kunnen worden gebruikt voor correlatieve immunocytochemische studies van in epoxy ingebed weefsel van menselijke pathologie. We gebruiken commerciële antilichaamfragment-geconjugeerde QD's die worden gevisualiseerd door breedveldfluorescentielichtmicroscopie en transmissie-elektronenmicroscopie.

Correlatieve licht- en elektronenmicroscopie met behulp van Quantum Dot Nanodeeltjes

Beschrijven we een procedure voor de opsporing van chemische elementen aanwezig in situ in menselijke cellen, alsmede hun kwantificering in vitro . De methode is geschikt voor elk celtype en is vooral nuttig voor de kwantitatieve chemische analyses in afzonderlijke cellen na in vitro metaaloxide nanodeeltjes blootstelling.

In Situ Detectie en eencellige kwantificering van metaaloxide nanodeeltjes met behulp van nucleaire Microprobe analyse

Hier presenteren we een protocol voor het detecteren van discrete metalen zuurstof clusters, polyoxometalates (POMs), bij de enkelvoudige molecuul limiet met behulp van een biologisch nano-gebaseerd elektronisch platform. De methode biedt een complementaire benadering van traditionele analytische chemie instrumenten die worden gebruikt in de studie van deze moleculen.

Fysische karakterisering van enkele metallische nanodeeltjes in hoge resolutie

Het doel van dit protocol is om een bewezen aanpak voor de bereiding van plasmonic nanodeeltjes monsters en voor het uitvoeren van enkele deeltjes spectroscopie op hen met differentiële interferentie contrast (DIC) microscopie detail.

Het uitvoeren van de spectroscopie op Plasmonic nanodeeltjes met transmissie-gebaseerde Nomarski-type differentiële interferentie contrast microscopie

Hier presenteren we een protocol om luminescente hyperspectrale beeldvormingsgegevens te verkrijgen en optische anisotropiekenmerken van op lantithaan gebaseerde enkelvoudige kristallen te analyseren met behulp van een Hyperspectral Imaging System.

Hyperspectrale beeldvorming als een instrument om optische anisotropie te bestuderen in op Lanthanide gebaseerde moleculaire enkele kristallen

Hier tonen we het gebruik van traditionele donkerveldmicroscopie om de dynamiek van gouden nanorods (AuNRs) op celmembraan te monitoren. De locatie en oriëntatie van enkele AuNR's worden gedetecteerd met behulp van ImageJ en MATLAB, en de diffusieve toestanden van AuNR's worden gekenmerkt door analyse van het volgen van afzonderlijke deeltjes.

Diffusional Dynamics of Gold Nanorods visualiseren op celmembraan met behulp van Single Nanoparticle Darkfield Microscopy

Dit artikel presenteert de integratie van een spectrale focusmodule en een dual-output pulslaser, waardoor snelle hyperspectrale beeldvorming van gouden nanodeeltjes en kankercellen mogelijk wordt. Dit werk is bedoeld om de details van multimodale niet-lineaire optische technieken te demonstreren op een standaard laserscanmicroscoop.

Biomoleculaire beeldvorming van cellulaire opname van nanodeeltjes met behulp van multimodale niet-lineaire optische microscopie

Hier presenteren we een protocol met een optisch transparant en vlak substraat voor het gestroomlijnd afvangen en analyseren van verontreinigende deeltjes in drinkwater. Hier wordt de Silicon Nanomembrane Analysis Pipeline (SNAP) gepresenteerd: een flexibele pijplijn voor het vastleggen, kwantificeren en identificeren van deeltjes in vloeibare media.

Multimodale analyse van microplastics in drinkwater met behulp van een pijplijn voor siliciumnanomembraananalyse

Leer metaloxide nanodeeltjes identificeren in histologische monsters met enhanced darkfield microscopie en hyperspectrale mapping. Deze methode biedt snellere en minder resource-intensieve detectie dan elektronenmicroscopie.

Identificatie van Metal Oxide Nanodeeltjes in histologische monsters door Enhanced Darkfield Microscopie en hyperspectrale Mapping (Video) | JoVE Journal

Identificatie van Metal Oxide Nanodeeltjes in histologische monsters door Enhanced Darkfield Microscopie en hyperspectrale Mapping

Meer video's verkennen