Baseado em agarose tecido imitando Phantoms ópticos por espectroscopia de reflectância difusa

Este míssil pode ajudar a resolver questões-chave no campo da Óptica Biomédica, como o desenvolvimento de mísseis ópticos baseados em espectroscopia de refletor difuso. A principal vantagem desta técnica é que o espectro refletor difuso ajuda os tecidos biológicos vivos invisíveis à região dos cérebros dos raios infravermelhos próximos pode ser representado usando materiais facilmente disponíveis. A criação de simuladores de gel monocamada requer o uso de moldes.

O molde fantasma epidérmico consiste em uma placa de acrílico de um milímetro de espessura cortada em forma de U. Há também um tamanho de placa de acrílico com espessura milimétrica para cobrir a primeira placa. Esta placa forma um lado do molde.

Uma segunda placa de dois milímetros de espessura forma o outro lado do molde. Com os componentes no lugar, fixe-os usando cinco clipes. Construa o molde fantasma dérmico de forma semelhante com uma placa de acrílico em forma de U de cinco milímetros de espessura entre placas de dois a dois milímetros de espessura.

Fixe essas peças com clipes. A produção do material de base requer solução salina e pó de agarose. Coloque 500 mililitros de soro fisiológico em uma panela.

Em seguida, mexa enquanto adiciona lentamente cinco gramas de agarose. Adicione um termômetro e coloque a panela em uma placa quente na configuração de 1000 watts por cinco minutos. Assim que a mistura ferver, leve ao fogo baixo por três minutos.

Espere a mistura esfriar a uma temperatura de cerca de 70 graus Celsius antes de despejá-la em um recipiente. Mantenha-o em um banho de temperatura constante a 60 graus Celsius por 30 minutos. A melanina na epiderme é mimetizada por uma solução de café no fantasma epidérmico.

Crie isso misturando quatro mililitros de café coado e 16 mililitros de solução salina em uma garrafa de vidro. Em seguida, coloque cinco mililitros de emulsão lipídica em um copo plástico transparente e adicione 10 mililitros da solução de café. Mexa a mistura enquanto adiciona 35 mililitros do material de base.

Prepare o molde fantasma epidérmico e aspire a mistura para uma seringa. Injete a mistura lentamente no molde, evitando a formação de bolhas. Este molde preenchido está pronto para ser resfriado para criar o gel.

Leve-o para ser resfriado a cinco graus Celsius por 20 minutos. Quando o resfriamento terminar, remova os clipes do molde. Deslize uma das peças de acrílico para fora para removê-la.

Pegue o fantasma de gel solidificado de um milímetro de espessura do molde. Use um bisturi cirúrgico para cortar o fantasma no tamanho desejado. Em seguida, coloque e segure o simulador de gel entre duas lâminas de vidro.

Comece com cinco mililitros de emulsão lipídica em um copo plástico transparente. Para sangue oxigenado, adicione sangue equino total. Em seguida, mexa a mistura enquanto adiciona o material de base.

Prepare o molde dérmico fantasma e aspire a mistura para uma seringa. Injete lentamente a mistura no molde e evite formar bolhas. Aqui está o molde depois de preenchido e pronto para resfriamento.

Leve o molde para ser resfriado a cinco graus Celsius por 20 minutos. Recupere o molde após o resfriamento e remova os clipes e uma peça externa de acrílico. Pegue o fantasma de gel solidificado exposto de cinco milímetros de espessura do molde.

Use um bisturi cirúrgico para cortá-lo no tamanho desejado. Coloque e segure o fantasma entre duas lâminas de vidro. Para o simulador desoxigenado, comece com um simulador de sangue oxigenado.

Use uma seringa para colocar solução de ditionito de sódio no simulador para desoxigenar o sangue. Coloque e segure o fantasma entre duas lâminas de vidro para evitar que seque. Obtenha e epidérmico e um fantasma dérmico.

Coloque 0,1 mililitros de solução salina no simulador dérmico para ajudar no acoplamento óptico. Em seguida, coloque o simulador epidérmico em cima do simulador dérmico e da solução salina. Acaricie a superfície para empurrar as bolhas de ar entre as camadas.

Construa o fantasma de duas camadas entre duas lâminas de vidro para evitar que seque. Montar o aparelho para medir os espectros de reflectância. A chave para as medições é uma esfera de integração que tem um suporte de amostra em um lado.

Do outro lado estão uma armadilha luminosa e uma porta de entrada para a luz incidente. Um espectrômetro coleta luz com uma fibra óptica da porta do detector da esfera. Este esquema fornece uma visão geral da configuração.

Observe que as portas não utilizadas são conectadas para evitar que a luz entre na esfera. A fonte de luz é uma lâmpada halógena de 150 watts com um guia de luz usando lentes acromáticas para focar a luz na amostra. Ligue a lâmpada halógena.

À medida que aquece, vá para a porta de amostra da esfera de integração. Lá, coloque um difusor branco padrão no porta-amostras e prepare-se para uma medição. Ajuste o tempo de integração do espectrômetro e armazene um espectro de referência.

Leve um dos fantasmas ao porta-amostras. Coloque o fantasma, ainda imprensado entre duas lâminas de vidro, na porta de amostra e prepare-se para outra medição. Meça um espectro transmitido e armazene os dados em um arquivo.

Para medir os espectros de transmitância, altere a configuração para ser consistente com este esquema. Observe que a luz agora entra na esfera de integração através da amostra na porta de amostra. As outras portas estão conectadas.

Esta é a esfera integradora pronta para medir espectros de transmitância. Para uma medição, coloque um simulador imprensado entre duas lâminas de vidro no porta-amostras. Realize a medição e salve os dados.

Esses espectros são de um simulador de duas camadas com sangue oxigenado na camada dérmica que tem uma concentração de 3% Os espectros são para amostras com duas concentrações diferentes de solução de café na camada epidérmica. A refletância difusa diminui com o aumento da solução de café que imita a melanina. Isso é particularmente perceptível em comprimentos de onda curtos.

Aqui estão os espectros para uma concentração constante de solução de café na camada epidérmica de 7% e uma concentração sanguínea variável na camada dérmica. A forte absorção de luz da hemoglobina explica as diferenças nos espectros na faixa de 500 a 600 nanômetros. Os espectros de refletância difusa diferem com o estado de oxigenação do sangue.

Para cada um desses espectros, a concentração da solução de café na camada epidérmica é fixada em 7% e a concentração sanguínea na camada dérmica é fixada em 3% Os dados coletados são úteis para estimar as propriedades ópticas dos simuladores por meio da simulação inversa de Monte Carlo. Estes são os exemplos do espectro médio calculado do coeficiente de espalhamento reduzido e do coeficiente de absorção das camadas epidérmica e dérmica. Uma vez dominada, essa técnica pode ser feita em seis horas se for programada corretamente.

Ao fazer os fantasmas, é importante lembrar de manter o material de base em um banho de temperatura constante a 60 graus Celsius. Fazendo este procedimento, fantasmas de três ou quatro camadas podem ser construídos para explorar outros tópicos, como representações dos espectros de refletância anteriores para tecidos biológicos com esquemas mais complicados. Após seu desenvolvimento, essa técnica abriu caminho para pesquisadores no campo da Óptica Biomédica delegarem novas formas de mísseis e sistemas ópticos.

Depois de assistir a este vídeo, você deve ter uma boa compreensão de como criar um simulador óptico que imite o transporte de luz em tecidos biológicos e caracterizar suas propriedades ópticas. Não se esqueça de que trabalhar com ditionita de sódio pode ser perigoso e equipamentos adequados, como óculos, luvas e uma máscara facial, devem ser usados ao fazer um fantasma dérmico contendo o sangue oxigenado.