Summary
평면 샘플 자성 입자를 이미지화하는 스캐너는 자기 검출 기법 혼합 평탄한 주파수를 이용하여 개발되었다. 입자의 비선형 nonhysteretic 자화에서 자기 상호 변조 응답은 두 개의 주파수 대역 여기에 기록된다. 얇은 생물학적 시료의 2 차원 영상을 위해 사용될 수있다.
Abstract
평면 샘플의 자기 입자 영상 (MPI)를 수행하기위한 자기 인식 (P-FMMD) 스캐너를 혼합 평면 주파수의 설정이 표시됩니다. 이 U 자형지지 레그 상에 장착 된 샘플의 양측에 두 개의 자기 계측 헤드로 구성된다. 샘플은 로컬 61 Hz에서 77 kHz에서 두 개의 다른 주파수 강한 성분으로 이루어진 자기 자극 필드 약한 필드에 노출된다. 초상 자성 입자의 자화 비선형 특성 변조 승적의 발생을 일으킨다. 자화 비선형 입자의 높고 낮은 주파수 자계 입사 선택된 합 주파수 성분을 복조 전자가 기록된다. 두 주파수의 믹싱 로컬 발생하기 때문에 종래의 MPI 스캐너와 대조적으로, P-FMMD 전체 샘플 강한 자기장의 적용을 필요로하지 않는다. 따라서, 상기 샘플의 측면 치수는 아르스캔 범위 및 지지체에 의해 제한. 그러나, 샘플 높이의 공간 해상도를 결정한다. 현재 설정에서이 2mm로 제한됩니다. 예로서, 우리는 실라 행렬 및 행렬 실란 50nm의 자철광 입자를 1 ㎛ 직경 마그 헤 마이트 입자 샘플로부터 취득한 개의 20mm × 25 mm, P FMMD 이미지를 제시한다. 결과는 신규 MPI 스캐너 얇은 생체 시료 분석 용 의료 진단을 위해 적용될 수 있음을 보여준다.
Introduction
자성 나노 입자 (MNP)는 선택적으로 염색질 변조 4와 mRNA의 단리 및 암 치료를위한 검색, 2, 3에 대한 목표 요소를 라벨링, 생체 분자의 조작 및 단 전지 (1)에 대해, 즉, 분자 생물학 및 의학에서의 광범위한 애플리케이션을 발견 . 5 인해 자신의 초상 자성 특성, 그들은 의료 영상에 특히 유용하다. 그들은 초전도 양자 간섭 장치 (SQUID) 검출기를 이용하여 자기 공명 영상 (MRI) 또는 감수성 이미징을위한 조영제 또는 트레이서로서, 예를 들면, 제공 할 수있다. 2, 6 초상 자성 나노 입자가 인체의 각 조직에 양호한 콘트라스트를 얻을 다이아 바디 또는 상자성이다. (7) 따라서, 입자는 편리 비교적 양호한 공간 분해능과 감도 인체 부품 의료 영상을 획득 할 수있다. (8)
Gleich 및 Weizenecker (9)에 의해 도입 십t "> 자분 영상 (MPI) 기술은 입자의 자화의 비선형 성을 이용한다. 없거나 약한 자장 바이어스에서, 주파수 f의 AC 여기에 MNP의 반응은 강한 때문에 입자가 자기 적으로 포화 크기 때문에 감수성. 특히, 입자의 비선형 자화 높은 자장 바이어스에서와 고조파 N · F의 생성을 유발, N = 2, 3, 4 ... 제공 고조파 응답이 약해진다.에서 MPI를 기술은 시료가 완전히 전용 샘플의 비선형 응답에 기여할 근접이 선 또는 점에 위치한 입자를 포함한다. 전계가없는 라인 (FFL) 또는 필드가없는 지점 (FFP)을 제외 자화된다.으로 적합한 수신기 코일의 FFP 및 고용의 움직임은, Gleich 및 Weizenecker 1 mm의 공간 해상도와 MPI 이미지를 인수했다.하기 위해서MNP의 공간 분포에 대한 정보를 얻는 두 가지 방법이 일반적으로 사용되며, 후자의 경우에는 전자석에 의해 시료에 대하여, 또는 FFL / FFP의 이동. (2, 3)와, 센서의 기계적 움직임 영상 재구성 기법 고조파 공간 MPI 3 X-공간 MPI 10, 11처럼 12이 필요합니다. MPI의 공간적 해상도는 여기 및 검출 코일의 컨볼 루션에 의해 특성뿐만 아니라, 자기장 기울기의 특성에 의해 결정된다. 이것은 영상 재구성 알고리즘 픽업 코일의 크기와 거리뿐만 아니라 맥스웰 방정식에 의해 관리되는 자계 분포에 의해 결정되는 기본 해상도 위에 향상된 해상도를 얻을 수있다.
MPI 스캐너는 일반적으로 전체 시료 샘플 걸쳐 FFL이나 FFP 스티어링 용 제어 코일 시스템 고주파 excitatio 자화위한 강력한 자석으로 구성된다N 코일 시스템 및 시료의 비선형 응답을 픽업하기위한 검출 코일 시스템. 이 불포화 샘플 영역으로부터의 고조파 응답이 기록되는 동안 FFL / FFP 연속적 샘플 볼륨을 통해 이동된다. 스캐너에 시험편을 끼워 맞춤의 문제를 방지하기 위해, 편면 MPI 스캐너는 감소하지만 성능을 희생 GRAFE 외. (13)에 의해 입증되었다. 샘플이 자석과 코일에 의해 둘러싸여 경우 최상의 결과를 얻을 수있다. 시료가 완전히 FFL / FFP 영역을 제외한 자화되어야하기 때문에,이 기술은 비교적 부피가 크고 무거운 MPI 시스템 선도 수냉 비교적 크고 강한 자석을 필요로한다.
우리의 접근은 상자성 입자의 비선형 자화 곡선에서 믹싱 주파수에 기초한다. 14 초 paramagnets이 두 가지의 주파수 (F 및 F 1 <에서 자기장에 노출 될 때/ EM> 2), f를을 선형 조합 m ·을 나타내는 합 주파수 1 + N · 2 (정수 번호 m과 n은) 발생 f를. 이들 구성 요소의 모양 입자의 자화 곡선의 비선형 매우 구체적인 것으로 나타났다. 다시 말하면 (15), MNP 샘플 동시에 주파수 f 2 주파수에서 프로빙 필드에서 구동 자계에 노출 될 때 F (1)는, 입자는 주파수 (f)에 응답 필드를 생성 · 1 + 2 (F2). 이 합 주파수 따라서, 특이성이 매우 높고, 자화 비선형 샘플 존재하지 않을 것이다. 우리는이 방법을 "주파수 자기 검출을 혼합"(FMMD)라고합니다. 실험적 기술은 입자 농도의 강도의 네 개 오더의 동적 범위를 얻을 수 있다는 것을 확인하고있다. (14)
<전형적인 MPI 계측 달리 P 클래스 = "jove_content는"> 자기 검출부 (p-FMMD) 방식을 혼합 한 평면 주파수 포화에 가까운 샘플 자화 필요없는 합 주파수 성분 (F)의 세대 1 + 2 · F 때문에 이 제로 고정 바이어스 자기장에서 최대이다. 따라서, 강한 자석 부피에 대한 필요성이 완화된다 14. 실제로, 측정 헤드의 바깥 치수는 29mm × 77mm 단 × 68mm이다. 비교를 위해, MPI 셋업은 일반적 미터 크기이다. 7 단점이 있지만,이 기술은 현재의 설정 2 mm의 최대 두께가 평면 샘플로 제한된다는 점이다. 샘플은 양면 측정 헤드에 상대적으로 스캔한다. 두꺼운 샘플을 허용 재 건설이 가능하지만, 공간 해상도의 손실에서 거래 할 수있다.이 FMMD 기술에 기초하여, 우리는 MPI detec의 특별한 형태를 제시토 평면 샘플은 (p-FMMD) 스캐너 "평탄한 주파수 자기 검출 혼합 소위". 원리는 최근에 출판되었습니다. (17)이 작품에서, 우리는 기술과 현재의 프로토콜의 방법론에 초점을 어떻게 이러한 스캐너와 어떻게 검색을 수행하는 방법을 설정합니다. MPI는 심혈관 암 영상 등의 의료 진단을 위해 적용될 수 있음을 보여왔다. 16, 18, 19 거기서 새로운 MPI 스캐너 자성 입자를 측정하는, 예를 들면 전위 다양한 애플리케이션에 사용될 수 있다고 믿는다 조직 조각에 분포.
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Protocol
1. 디자인 평면 FMMD 측정 헤드
- 측정 헤드 용 코일 방식을 선택합니다. 샘플 개의 (+)의 코일들 사이의 중앙에 앉아 시퀀스 - (-, +, +) A의 샘플을 위, 아래 두 개의 픽업 코일로 이루어진도 1에 따른 구성을 선택한다. (-) 반 시계 방향의 기호는 시계 방향에 대한 즉, 권선의 방향 (+)를 나타낸다. 따라서, 상기 픽업 코일의 감도는 샘플 두께에 걸쳐 거의 균일하게된다.
- 픽업 코일에 직접 유도 된 신호는 전치 증폭기의 포화를 방지하고, 시료의 최대 감도를 달성하기 위하여 상쇄되도록 여진 코일을 배치했다. 이러한 기본적인 디자인 룰을 만족 다른 구성이 고안 될 수있다.
- 최대 샘플 두께를 지정합니다. 여기에, 2mm를 사용합니다.
- 최대 샘플 t 유사한 픽업 코일의 직경 및 길이를 선택hickness. 여기에 2 mm의 내경 1.7 mm의 권선의 높이 3.7 mm의 평균 직경을 산출하는 선택되었다. 코일 폭은 4mm이다.
- 모든 픽업 코일의 총 임피던스는 약 전치 증폭기의 입력 임피던스와 일치하는 선 직경 및 권취 코일의 권수를 선택. 이 조건은 검출 주파수에 제한을 부과한다. 1100 Ω의 최적 입력 임피던스를 갖는 연산 증폭기의 경우 네 픽업 코일은 0.08 mm 직경의 권선 (600)을 갖는다. 95.3 Ω 총 옴 직렬 저항 919 Ω 임피던스를 제공 1.9 MH, 총 인덕턴스를 산출 에나멜 동선.
- 고주파 여기 코일을 준비한다 (17) 샘플의 위치에서 자기장이 이상적으로는 약 0.5 (MT)에 달한다되도록. 코일의 내경은 3.8 mm이며, 경우에 예를 들어, 폭이 8.5 mm, 0.1 mm 바람 직경 476 권선 w 인 분노. 여기에, 0.4 (MT)의 필드는 F (1) = 76,550 Hz에서 이루어졌다.
- 샘플 준비 위치에서의 자계가 약 5 mT 내지 것을 저주파 대역 여기 코일 (17) 등. 코일의 내경 5 mm이며, 경우에 예를 들어, 폭이 8.5 mm, 풍력 0.12 mm 직경의 와이어 권선 000이다. 설정은 F 2 = 61 Hz에서 5 만 T를 얻었다.
상기 p FMMD도 1의 개략도 셋업. 두 측정 헤드는 전기적으로 서로 연결된다. 샘플 헤드 사이의 공간에 배치된다. (-) 기준 역할 고주파 여기 코일로부터 직접 입력란을 취소 검출 코일 (+)의 샘플 신호는 카운터 권취 검출 코일은 측정. 앰프 - 프리 앰프, X - 믹서, LPF - 로우 패스 필터, DAQ - 데이터 수집.대상 = "_ 빈">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
2. 측정 헤드를 구축
- 여기 및 검출 코일이 2 세트의 샘플의 상하에 부착되도록 상기 P-FMMD 구축. 코일의 각 세트는 저주파 구동 코일, 고주파 여기 코일, 및 축 gradiometer 배열 된 2 대향 상처 픽업 코일을 포함하는 차동 검출 코일로 구성된다.
- 검출 코일에 고주파 자극을 직접 유도 균형을 가능하도록하기 위해 차동 검출 코일에 적어도 하나의 여자 코일의 상대적인 조절 허용한다. 예를 들어, 검출 코일에 비해 상기 여기 코일의 상대적인 이동을 허용하는 스레드에 여자 코일을 탑재. 상기 p FMMD의 개략도는도 1에 도시되어있다.이 기술은 드로잉 및 설치의 사진을 보여주고있다. 상세한코일의 파라미터는 표 1에 나열되어 있습니다.
- 위와 강성 지지체에서 샘플 아래의 코일 세트를 탑재 동축 방향으로,도 1 및 2 참조. 두 개의 코일 세트는 서로에 대해 진동하지 않도록해야합니다.
- 그러한 바와 같이, 각 여자 코일 세트로 고주파 여기 전류를인가하는 그들 사이의 상대 위치를 변경 함과 동시에 검출 코일 세트에서이 주파수에서 검출 된 신호를 측정하는 장치를 이용하여, 측정 헤드의 고주파 밸런스를 조정 오실로스코프 또는 잠금 증폭기.
- 몇 밀리 볼트의 낮은 직접 유도 전압, 직접 유도 즉, 1,000 명 이상의 배 억제를 조정합니다. 여자 전류와 감지 전압의 위상 시프트를 관찰함으로써 조정 가능성의 한계를 결정한다. 최소에서, 유도 된 전압이 90 ° 비교로서 위상 시프트 인직접 유도에 라.
그림 2. 기술 도면 및 p- FMMD 헤드의 사진. 수직 평면을 따라 크로스 섹션 (왼쪽 위)과 수평면 (왼쪽 아래)는 코일 권선 전에 열린 측정 헤드의 사진뿐만 아니라 표시됩니다. 1 - 알루미늄 지원, (2) - 검출 코일에 대한 전 코일, 3 - 여기 코일 전 스레드 코일가 이동 될 수있는 / 아래로 회전, 4로 - 샘플 지원 플레이트, 5 - 알루미늄 뚜껑, 6 - 샘플 스토퍼 지원, 7 - Y 방향 스토퍼 - x 방향, 8 스토퍼. 6-8은 스캔 제거됩니다. 상기 p FMMD 헤드의 크기는 29mm × 77mm × 68mm이다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
3. 설정 측정 전자
- EXCI 구성저주파 구동 코일의 고주파 여기 코일 모두 두 오실레이터 및 전력 증폭기 이루어진 테이션 부.
- 오실레이터 2 (F)에 대한 저주파 전력 증폭기를 포함하는 저주파 드라이버 부 설정. 이 구동 용 코일 5 (MT)의 필드를 생성하기 위해 필요한 전류를 제공하도록 상기 증폭기의 전력을 계산한다. 여기에, 프로그램 오실레이터로 직접 디지털 합성 (DDS) 칩을 사용합니다. 전력 증폭기와 같은 고속의 버퍼를 사용한다.
- 오실레이터 1 (F)에 대한 고주파 전력 증폭기를 포함하는, 고주파 자극 부를 설정한다. 이 여자 코일에 약 0.5 (MT)의 필드를 생성하기 위해 필요한 전류를 제공하도록 상기 전력 증폭기를 설정한다. DDS를 칩 각각 오실레이터 및 전력 증폭기와 같은 고속의 버퍼를 사용한다.
- preamplifie 구성된 검출부를 구성R, 제 믹서는 높은 주파수 (f) (1), 중간 증폭기 및 필터 {2 배 낮은 주파수에서 2 · 복조하는 제 2 혼합기와, 최종 필터 드라이버 출력으로부터 복조. 대안 적으로, 검출 전자 장치를 구현하는 두 개의 로크 인 증폭기를 사용한다.
- 프리 앰프 스테이지를 설정합니다. 검출 코일과 상기 이득 대역폭 곱의 임피던스를 고려하여, 입력 연산 증폭기 (OP)를 선택한다. 참고 문헌에 설명 된대로 계정에 지정된 전압 잡음과 영업 이익의 전류 잡음을 고려하여 소음 최적화 절차를 수행합니다. 10. 1 단 약 100의 증폭과 고속 저잡음 연산 증폭기를 선택한다. 후단은 비판적이지만, 출력 신호가없는 과부하로 인해 왜곡 된, 즉 전압 범위에 남아 있는지 확인. 여기에, 4.3 배 증폭과 저잡음 JFET 입력 연산 증폭기를 사용합니다.
- f를을 설정IRST 복조 단계 1 F 고주파로 증폭 된 신호를 승산. 아날로그 곱셈기 칩을 사용하여 복조하기위한 위상 조정을 실현하기 위해 제 별도 DDS 칩에서 참조. 또한, 프리 앰프 (3.2.1), 최초의 복조기 (3.2.2) 및 고주파 발생기 (3.1.2)와 같은 종속 앰프를 사용합니다.
- 중간 증폭 및 필터링 단계를 설정합니다. 이 ·이 F 패스의 신호 주파수가 흐트러 F 1, 1 F · 2에서 스퓨리어스 고주파 성분을 효율적으로 억제하면서하도록 저역 통과 필터를 구현한다. 약 100 개의 증폭 두 범용 연산 증폭기를 선택함으로써 예를 들어 적절한 중간 증폭을 선택.
- 두 번 저주파 2 ·과 필터링 및 증폭 된 신호를 곱하여, 두 번째 복조 단계를 설정 F 2. 용도아날로그 곱셈기 칩 복조 위상 조정을 실현하기 위해 네 번째 별도 DDS 칩에서 참조하고. 또한, 중간 증폭기 (3.2.3), (3.2.4) 고조파 두 번째에서 두 번째 복조기 및 저주파 발생기 (3.1.1)으로 두 번째 고조파 복조 할 수있는 잠금 증폭기를 사용합니다.
- 최종 증폭 및 필터링 단계를 설정합니다. 4에서의 스퓨리어스 고주파 성분 · F이 효율적으로 억제되는 동안 주사 주파수에서의 신호의 주파수가 흐트러 통과하도록 저역 통과 필터를 구현한다. 원하는 출력 전압 범위를 고려하여 적절한 최종 증폭을 선택. 10 총 증폭 두 개의 범용 연산 증폭기를 사용합니다.
4. 설정 2D 스캐너
- 움직임 평면 코일의 축선에 수직이되도록 2 차원 스캐너를 탑재.
- 2 차원 스캐너를 제어하고 동기 acquiri프로그래밍 언어 파이썬 작성된 제 스크립트를 사용하여 평면 샘플 FMMD 신호의 2 차원 이미지를 얻기 위해 측정 전자 장치로부터의 출력 전압 겨.
5. 샘플 준비
- 농도는 25.0 ㎎ / ㎖ 인 1 ㎛의 직경이 50 nm 내지 100 nm이고, 마그 헤 마이트 입자 직경 마그네타이트 입자를 사용한다. 물에 자성 입자를 용해 자석을 사용하여 분리하고 물을 폐기함으로써 상기 용액을 세척한다. 과정을 세 번 반복합니다. 증류수로 십분에 자성 입자 용액을 희석.
- 생검 펀치를 사용하여 흡수 블로 팅 종이 조각을 펀칭하여 2.0 mm 직경 종이 펠렛 샘플을 준비합니다. 30 초 동안 서로 다른 농도의 자기 비드 솔루션을 적시 공기에서이를 건조 할 수 있습니다. 여기서, 나노 미터 크기의 입자 (100)의 0.04, 0.2, 1, 5 및 25 ㎎ / ㎖의 농도를 사용한다.
- nitrocellulos를 사용하여 시료를 제조18.0 mm × 크기가 2.0 mm의 전자 막. 원액 1 ㎛ 직경 입자 용액으로 막을 담근다. 균일 한 막을 담가 샘플 및 농도 구배함으로써 하나 더 준비한다. (그림 5), 서로 다른 농도 비즈 솔루션에 멤브레인의 끝을 몸으로 농도 구배의 결과로이 작업을 수행합니다.
- 10 μL 부피의 모세관 내의 샘플, 외경 400 ㎛의 길이가 40mm를 준비한다. 원액을 50 nm의 입자 직경 용액과 모세관을 채운다. 20 배 희석 한 용액과 두 번째 마이크로 튜브를 준비 (물 1.9 ㎖로 희석 용액 100 μl를 혼합).
6. 2D FMMD 검사를 수행
- 평면 치수에 따른 × 샘플 B 선택 스캔 영역. 스캔 소프트웨어의 값을 입력합니다.
- 스테핑 방향을 선택합니다. 일반적으로, 두 평면 치수의 짧은, 우리는 b를 호출하자
- 선택 주사 속도 V 의한 로우 패스 필터링 된 신호 감소를 고려하여, 설명을 참조. 1 7mm / 초 사이의 값으로 속도를 조정한다. 스캔 소프트웨어의 값을 입력합니다.
- 선택 스텝 거리 Δ B를 훨씬 달성 공간 분해능보다 작은 적어도 t = A / V 이용 될 전체 주사 시간 (t)이 될 필요가 없다는 것을 고려 · B / Δ (B) +1). 소프트웨어의 스테핑 거리를 입력합니다.
- 2 차원 스캐너의 샘플을 탑재합니다. 접착 테이프를 사용하여 플라스틱 판에 고정합니다.
P-FMMD 측정 설정 그림 3. 사진. 샘플은 모터에 의해 이동 한 플라스틱 캐리어에 접착 테이프로 부착되어 있습니다단계 (왼쪽). 그런 다음 시료의 p FMMD 헤드 (오른쪽)에서 검색됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
- 시작 버튼을 눌러 스캔을 수행한다. 25.0 mm (Y 축) 영역 ×도 5 및도 6 덮개 20.0 mm를 (X 축)의 스캔, 즉 여섯 25mm 긴 트레이스 스테이지 속도, X 방향으로 4.0 mm 단계와 y 축을 따라 스캔 된 1.0 mm / 초. 이는 약 2 분의 주사 시간에 달한다.
스캔 소프트웨어의 그림 4. 그래픽 사용자 인터페이스. 스캔 매개 변수를 여기에 입력된다. 측정은 적색 버튼을 누름으로써 시작된다.
7. 이미지 처리
- homemad를 이용한 매트릭스 형태로 원 데이터 변환파이썬에서 전자 스크립트. 2 열 쉼표로 구분 된 값 (CSV) 형식 파일의 추가 값과 함께 전체 스캔의 원시 데이터를 기록합니다. 여분의 열은이 스텝 운동하는 동안 해당 데이터를 캡처 나타냅니다. 스크립트 세그먼트 여분의 열 값의 각 변경에 원시 데이터 열 및 운동을 스테핑 동안 데이터 세그먼트를 제거합니다. 또한 행렬의 행이나 열로 나머지 연속 세그먼트를 바꾸어 결과 행렬을 구성하고 CSV 형식 파일로 행렬을 기록합니다.
참고 :이 연구의 P-FMMD 이미지는 파이썬 스크립트를 사용하여 생성됩니다. pyplot.contour 기능 및 Python 대한하기 matplotlib 라이브러리에서 pyplot.imshow 함수는 누적 각각 등고선과 배경색의 제조에 사용된다.
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Representative Results
도 5a는 샘플 평면의 좌표는 x 및 y 함수 같은 내부 이중 차동 검출 코일의 계산 된 감도 분포를 나타낸다. 이것은 네 개의 검출 코일에 의해 발생되는 중심면의 모든 점 (x, y)에 자기장의 중첩을 결정함으로써 역 방식으로 계산 하였다. 반대로, 이는 이들 각 점에서의 자기 모멘트 검출 코일의 감도를 결정한다. 계산은 무시할 높이 긴 코일로 코일에 근접하여 수행 하였다. 따라서,도 5a에 도시 된 감도 분포 주사 평면 감도 맵 소위 점 확산 함수 (PSF)를 나타낸다. 유사한 방식으로, (R도 5b는 축 방향의 함수로서 감도가 Z 좌표를 나타내고, 반경 R은 코디
평면의 함수 Z = 0에 대한 x 및 y 좌표로서 측정 헤드의도 5 성과. 측정 헤드 계산 된 감도 분포 (a), (b) 축 방향의 함수로서 Z 좌표와 반경을 R 좌표 . 민감도는 상대적으로 X = y를 0 = 0, R = 0 (다) 측정 및 시뮬레이션 감도의 비교에서 상부 및 하부 검출 코일의 중심에 주어진다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
1 = 76.56 kHz의 f를 측정 주파수에서 코일의 물리적 검출 한계를 계산 하였다. 표 1에 열거 된 계산, 내부 코일의 파라미터 K F = 0.5의 충전율을 (즉, 권선의 구리 부분 절 교차) 가정 수행 하였다. 우리는 F = 1.8 · 10 -14 오전 2 / √Hz로 √ m 0 /의 자기 모멘트 감도를 얻을. 1 초 측정 시간, 이것은 m 0의 분해 최소 자기 모멘트 금액 = 7.3 · 10 -14 오전 2. 이 값은 표준 직경 8 mm의 측정 헤드를 얻을 수있는 검출 한계보다 대등하다. 14
도 6a는 더 시그널을 도시자성 비드 용액의 농도의 함수로서 강도 (L). 주사 속도는 1.0 cm / 분이었다. 프로토콜 5.2에 따라 제조 된 종이 펠릿의 농도는 25.0 ㎎ / ㎖ 0.04까지 변화 하였다. 오차 막대는 FMMD 측정의 표준 편차를 나타낸다. 결과는 자성 비드의 농도 및 상기 검출기로부터의 신호들 사이의 강한 상관 관계를 나타내었다. 선형 회귀의 판정 R이 계수는 0.98로 계산되었다. 6B 스캐닝 스테이지의 속도 및 프로토콜 5.3에 따라 5 ㎎ / ㎖ 종이 펠릿을 시료로 측정 된 신호 강도의 측정 된 관계를 도시한다. 이상 신호가 저속으로 얻을 수 있음이 밝혀졌다.
도 6 캘리브레이션. (a)는 P-FM 정규화 검량선자성 비드의 다양한 농도를 사용하여 MD 측정. 샘플로서, 2.0 mm 직경 종이 펠릿을 다양한 농도 (5.3 프로토콜 참조) 자성 입자 용액에 침지 생검 펀치를 사용하여 제조 하였다. 측정 헤드는 MP의 상이한 농도와 용지 펠렛을 통과시켰다. 스테이지의 속도는 1.0 mm / 초로 조절 하였다. (b)는 5.0 ㎎ / ㎖ 종이 펠렛 샘플에 대한 XY 스테이지의 속도의 함수로 신호 강도. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
도 7은 5.4과 프로토콜로부터 얻어진 복원 된 P-FMMD 이미지에 따라 제조 된 막 - 형 샘플의 사진을 보여준다. 화상 영역뿐만 아니라, 주사 영역은 모두 25mm × 20mm이다. 상기 p FMMD의 비교는 SAMPL의 광학 이미지를 스캔 E는 명확 MPI 스캐너으로 p 형 FMMD를 사용할 수있는 가능성을 보여준다. 그러나, P-FMMD 스캔은 실물보다 약간 넓은입니다. 이 넓어 주로 측정 헤드의 감도 프로파일에 기인 할 수있다. 도 5a에 도시 된 바와 같이, 자성 입자 분포의 측정에도 측정 헤드의 중심으로부터 2.0 mm, ±이 분포에 의해 확대된다.
그림 7. 2D FMMD 스캔. 문자열 타입 샘플 (A)의 사진. 샘플은 프로토콜 5.4 참조 1 μm의 직경 마그 헤 마이트 입자 용액 SiMAG - 실라 놀 적신 니트로 셀룰로오스 멤브레인을 사용하여 제조 하였다. (b) 복원 된 MPI 화상, 크기 20mm × 25mm. 샘플은 연속적으로 Y 방향으로 주사하고 연속적으로 4mm x 방향으로 강화된다.EF = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/53869/53869fig7large.jpg"대상 = "_ 빈">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
프로토콜 5.5에 기재된 바와 같이 두 번째 시료는 다른 자성 입자 농도로 채워진 두 개의 마이크로 튜브로 이루어지는 제조 하였다. 20mm × 25mm의 크기를 갖는 8 개의 샘플 및 재구성 된 P-FMMD 영상의 사진을 도시 모두도. 이 예 (20)의 인자에 의해 서로 다른 농도도 명확하게 식별 화상 묘화 기능을 할 수 있음을 확인할 수 있었다.
그림 8. 2D FMMD 스캔. 유체 MAG-아민의 다른 샘플의 농도와 10 μl의 볼륨이 모세관의 (a)에 사진, 프로토콜 5.5을 참조하십시오. (b) 복원 된 MPI 이미지 크기 20mm 및# 215; 25mm. 샘플이 지속적으로 Y 방향으로 주사하고 연속적으로 4mm에 의해 x 방향으로 강화된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
| 코일 크기 | 권선 | 샘플 아래 코일 | 샘플 위의 코일 | ||||||
| 고리 | R 1 [mm]는 | W [mm] B | H [mm] 다 | 권선의 번호 | 와이어 Ø [mm] | R [Ω] D | L [MH] 전자 | R [Ω] D | L [MH] 전자 |
| 측정 | 1.0 | 4.0 | 1.7 | 2 × 600 0.08 | 47.67 | 0.95 | 47.66 | 0.95 | |
| 자극 | 3.8 | 8.5 | 1.0 | 476 | 0.10 | 29.90 | 1.56 | 29.70 | 1.45 |
| 운전사 | 5.0 | 8.5 | 5.0 | 2,000 | 0.12 | 190.75 | 36.90 | 141.28 | 37.90 |
| R 1 코일의 내경이다. 평균 반경 R 1 + H / 2이고, 외경은 R 1 + H이다. | |||||||||
| ㄴ W 코일, 즉, 코일의 단면의 폭이다. | |||||||||
| C H는 코일 권선의 높이이다. | |||||||||
| D R은 DC에서 옴 저항을 나타낸다. 측정 코일의 경우에는 t이며두 코일의 그는 직렬 저항. | |||||||||
| 전자 L은 1 kHz에서 인덕턴스 미터로 측정 인덕턴스를 나타낸다. | |||||||||
표 1 파라미터 코일. 치수와 측정 헤드의 코일 권선.
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Discussion
측정 기술은 초상 자성 입자의 자화 곡선의 비선형 성을 이용한다. 양면 측정 헤드 동시에 자기 포화 입자 고주파 (F 1) 프로브 필드 비선형 자기 응답을 측정하기 위해 구동하는 성분 (2 f) 상기 샘플, 낮은 주파수로 서로 다른 주파수의 두 개의 자기 자극 필드를 적용 . 특히, 입사 필드 모두 고조파, m · 1 N · 2 (F), 및 합 주파수 (F), m · F (1) + N · 2 (정수 번호 m, N으로) 생성되는 바. 이러한 변조 승적은 차동 픽업 감긴 코일에 의해 검출된다. 그들은 멀리 샘플에서 위치하기 때문에 참조 코일은이 신호를 선택하지 않습니다. 그들은 EXCI 직접 유도 고주파의 억제를 위해 봉사그렇지 전치 증폭기를 포화 테이션 것이다. 따라서 의한 초 상자성 물질의 존재에 작은 합 주파수 신호 측정 및 정량화된다. 이 고정 바이어스 자기장없이 존재하는 강한 비선형 성분이기 때문에, 판독 전자 2, F 합 주파수 f 1 + 2 ·에서만 상호 변조 생성물을 복조한다. 또한이 기술은 고속 처리 및 매우 큰 동적 검출 범위가 허용하는 것으로 나타났다. FMMD 원리 및 세부 판독 전자 참고 문헌에서 자세히 설명된다. 10.
도 6에 도시 된 측정 결과를 상기 p FMMD 신호 스캐닝 스테이지의 속도에 상기 자성 입자의 농도에 의존한다는 것을 알 수있다. 따라서, 기술의 공간 해상도 및 검출 한계는 속도 - 농도 의존적이다. 우리는 낮은 신호의 환원이 발견 특성판독 전자의 2 단 종속 검출부의 출력에 필터를 통과한다. MPI에 대한 이전의 연구는 또한 공간적 해상도. 그라데이션 강도, 입경, 자성 코어의 양 및 상기 스테이지의 기계적 속도 파라미터의 속도에 의존하는 20 우리의 발견이 결과와 일치하는 것을 보여 주었다.
우리의 2D 스캐닝 방법 superparamagnets에서 비선형 신호에 기초하여 상기 검출 원리는 유사하다하더라도, 필드 무료 포인트 (FFP) 또는 필드 무료 광고 (FFL)를 생성에 기초하여 종래의 MPI 기술과 상당히 다르다. 3, 21 비록 기존의 MPI는 샘플 또는 시스템 (7)의 기계적인 움직임없이 동시에 3D 분석과 같은 새로운 P-FMMD 기술을 통해 장점을 가지고, 큰 자석을 필요로하지 않는 새로운 MPI 스캐너는 강력한 필드를 생성합니다. 우리는 통상의 MPI 스캐너 및 p FMMD 스캐너 모두 특정 장점을 가지고 있다고 생각. 상기 p FMMD 스캐너의 장점은 단순하고 작은 사이즈이다. 큰 구배 코일을 채용 필요 코일을 냉각 할 필요가 없다. x 및 y 방향의 샘플 크기는 단지 스캐너와 지원하여 상기 기술에 의해 제한되지 않는다. 그러나, 기술은 검출 코일의 사이에 맞게 충분히 얇은 시료에만 적용 가능하다. 표준 MPI 전기적 샘플 이동없이 FFL / FFP의 주사를 제어하는 반면 이용하며 이는 상대적으로 측정 헤드 샘플의 이동을 필요로한다.
MPI는 많은 과학 및 산업 분야에서 응용 가능성을 선사 비교적 새로운 기술입니다. 그 공간 해상도가 다른 의료 영상 양식의 그것과 유사한 것으로 나타났다. 본 연구에서는 평면 샘플의 MPI를 수행하는 P-FMMD라는 새로운 기술을 소개했다. 다른 MPI 스캐너에 비해, 그것은 오 FFL의 생성을 필요로하지 않는다R FFP. 강한 자기장 또는 필드 그라데이션이 필요하지 않습니다. 우리는 P-FMMD 기술은 MPI의 분야에서 다른 방법이 될 것이라고 생각합니다. 잠재적 인 적용 분야는 진단 목적을 위해 생체 조직 절편의 분석을 포함한다. 재 디자인으로 두꺼운 샘플 더 큰 개체의 비 침습적 연구를 수용하고 작은 동물은 실현 될 것입니다.
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Acknowledgments
이 작품은 ICT의 R & MSIP / IITP, 한국 (: B0132-15-1001, 다음 이미징 시스템 개발 그랜트 없음)의 D 프로그램에 의해 지원되었다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Magnetic particles "SiMAG Silanol" | Chemicell (http://www.chemicell.com) | 1101-5 | Aqueous dispersion of magnetic silica particles, Maghemite, dia. 1 µm |
| Magnetic nanoparticles "fluidMAG-Amine" | Chemicell (http://www.chemicell.com) | 4121-5 | Aqueous dispersion of magnetic nanoparticles, Magnetite, dia. 50 nm |
| Microtube 10 µl | Hirschmann Laborgeräte (http://www.hirschmann-laborgeraete.de/?sc_lang=en) | volume 10 µl, outer diameter 400 µm, length 40 mm | |
| Nitrocellulose Membrane Biodyne B | Thermo Scientific (http://www.thermoscientific.com) | 77016 | Biodyne B Nylon Membrane, 0.45 µm, 8 cm x 12 cm |
| DDS chip AD9834 | Analog Devices (http://www.analog.com) | AD9834 | 20 mW Power, 2.3 V to 5.5 V, 75 MHz Complete DDS |
| Operational Amplifier AD829 | Analog Devices (http://www.analog.com) | AD829 | High Speed, Low Noise Video Op Amp |
| Analog Multiplier MPY634 | Texas Instruments (http://www.ti.com) | MPY634 | Wide Bandwidth Precision Analog Multiplier |
| High-Speed Buffer BUF634 | Texas Instruments (http://www.ti.com) | BUF634 | 250 mA High-Speed Buffer |
| Operational Amplifier OPA627 | Texas Instruments (http://www.ti.com) | OPA627 | Precision High-Speed Difet(R) Operational Amplifiers |
| Operational Amplifier TL072 | Texas Instruments (http://www.ti.com) | TL072 | Dual Low-Noise JFET-Input General-Purpose Operational Amplifier |
| Lock-In Amplifier SR830 | Stanford Instruments (http://www.thinksrs.com) | SR830 | 100 kHz DSP lock-in amplifier |
| XYZ motorized stage | Sciencetown, Incheon, Korea (http://mkmsll.en.ec21.com/) | ||
| Cleanroom wiper | Seoul Semitech Co (http://www.seoulsemi.com) | CF-909 | dimension 2.0 mm × 18 mm |
References
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