כאן, נדגים כיצד מבוססי agarose מחקה רקמות פאנטום אופטי נעשות וכיצד התכונות האופטיות שלהם נקבעים באמצעות מערכת אופטית קונבנציונאלי עם כדור שילוב.
פרוטוקול זה מתאר כיצד להפוך מבוסס agarose פאנטום מחקה רקמות ומדגים כיצד לקבוע את התכונות האופטיות שלהם באמצעות מערכת אופטית קונבנציונאלי עם כדור שילוב. מדידה עבור הרכישה של השתקפות ‘ מאטום לשקוף ‘, הכולל להדמיה ספקטרה נבנות עם מקור אור לבן פס רחב, מדריך אור, של עדשה אכרומטית, כדור של שילוב, בעל מדגם, בדיקה עם סיב אופטי, ו- a ספקטרומטר רב ערוצית. עובש אקריליק בהיקף של שתי חתיכות אקריליק מלבניות, חתיכה אקריליק בצורת U הוא נבנה כדי ליצור פנטום באפידרמיס של רוח רפאים עורי עם דם. היישום של נתרן dithionite (Na2S2O4) פתרון הפאנטום עורי מאפשר deoxygenate המוגלובין בתאי דם אדומים מופץ ב הפאנטום עורי. ההופכי סימולציה מונטה קרלו עם השתקפות ‘ מאטום לשקוף ‘, הכולל להדמיה ספקטרה נמדדת ספקטרומטר עם כדור שילוב מתבצע כדי לקבוע הקליטה מקדם ספקטרום ממוצע(λ) ו מופחת פיזור מקדם ספקטרום ממוצעs‘ (λ) של כל אחת מהשכבות פנטום. פנטום דו שכבתי מחקה את השתקפות ‘ מאטום לשקוף ‘ של רקמת העור האנושי מומחש גם לערום את הפאנטום עוריות על הפאנטום עורי.
מטוסי פאנטום אופטי אובייקטים מחקה את התכונות האופטיות של רקמות ביולוגיות, היה בשימוש נרחב בתחום אופטיקה ביו. הם מעוצבים כך תואמת התכונות האופטיות, כגון פיזור אור, מקדמי קליטה, עם אלה של רקמות אדם ובבעלי חיים. מטוסי פאנטום אופטי משמשות בדרך כלל למטרות המפורטות להלן: הדמיית התעבורה האור ברקמות ביולוגיות, כיול בעיצוב פיתח מערכת אופטית, להעריך את האיכות והביצועים של המערכות הקיימות, השוואת הביצועים בין מערכות ואימות של היכולת של השיטות אופטי כדי לכמת את התכונות האופטיות1,2,3,4,5. לכן, חומרים קלים להשגה, תהליך ייצור פשוטה, של הפארמצבטית גבוהה ויציבות אופטי של נדרשים לייצור מטוסי פאנטום אופטי.
סוגים שונים של פאנטום אופטי עם חומרי בסיס שונים כגון ההשעיה מימית6, ג’לטין ג’ל7, agarose ג’ל8,9,10, ג’ל לזיהוי11, שרף12, 13,14,15,16, ו- vulcanizing-החדר-הטמפרטורה סיליקון17 דווחו בספרות הקודם. בעבר דווח כי ג’לטין alginate מבוססות ג’לים שימושיים פאנטום אופטי עם מבנים הטרוגנית18. מטוסי פאנטום alginate יש יציבות מכנית וחום מתאימים להערכת photothermal אפקטים כגון מחקרים אבלציה לייזר ו היפרתרמיה מבוססת לייזר מחקרים18. Agarose ג’ל יש היכולת ליצור מבנים הטרוגנית, שלהם המכאניות והפיזיקליות יציבים במשך זמן רב18. טוהר גבוהה agarose ג’לים של עכירות נמוכה מאוד ויש קליטה אופטי חלש. לכן, התכונות האופטיות של פאנטום מבוססי agarose יכול בקלות להיות מתוכנן עם האור המתאימה פיזור וקליטת סוכנים. לאחרונה, styrene-אתילן-butylene-styrene (SEBS) בלוק copolymers19 ו פוליוויניל כלוריד (PVC) ג’לים20 דווחו כחומרי פנטום מעניין עבור אופטי וטכניקות photoacoustic.
פולימר microspheres7,12,21,22, טיטניום אוקסיד אבקת1ו ליפיד אמולסיות23,24,25,26 כגון חלב, ליפיד אמולסיה משמשים כסוכנים פיזור אור, ואילו דיו שחור27,28 ו-29,מולקולרית צבעי30 משמשים בולמי אור. ‘ מאטום לשקוף ‘ השתקפות ספקטרום של איברים חיים ביותר נשלטים על ידי קליטת רווית חמצן, המוגלובין בתאי דם אדומים. לכן, המוגלובין פתרונות31,32 ו דם מלא8,9,10,33,36 משמשים לעתים קרובות בתור בולמי אור ב מטוסי פאנטום ספקטרוסקופיה ‘ מאטום לשקוף ‘, מולטי ספקטריאליות הדמיה.
השיטה המתוארת במאמר זה משמש ליצור של פנטום אופטי מחקה התעבורה האור ברקמות ביולוגיות לאפיון התכונות האופטיות שלה. כדוגמה, הוא הפגין דו שכבתי אופטי דמה היה שווה התכונות האופטיות של רקמת העור האנושי. היתרונות של שיטה זו על טכניקות חלופיות הם היכולת לייצג ספקטרום ‘ מאטום לשקוף ‘ השתקפות של רקמות ביולוגיות חי ב גלוי אורך הגל הקרוב אינפרא אדום באזור, כמו גם את הפשטות להגיע, שימוש זמין בקלות חומרים וכלים אופטיים קונבנציונלי. לכן, הפאנטום אופטי שנעשו על ידי שיטה זו יהיה שימושי עבור פיתוח שיטות אופטי מבוסס על ספקטרוסקופיה ‘ מאטום לשקוף ‘ והדמיה מולטי ספקטריאליות.
השלב הקריטי ביותר של פרוטוקול זה הוא השליטה בטמפרטורה של חומר הבסיס. הטמפרטורה כדי לשמור על חומר הבסיס נע בין 58 עד 60 מעלות צלזיוס. אם הטמפרטורה היא יותר מ 70 מעלות צלזיוס, תתרחש דנטורציה של האמולסיה השומנים והן את כל הדם. כתוצאה מכך, יחריף התכונות האופטיות של הפאנטום. אם הטמפרטורה הוא פחות מ 40…
The authors have nothing to disclose.
חלק מעבודה זו נתמכה על ידי מענק הסיוע על Scientific Research (C) של החברה היפנית עבור קידום של המדע (25350520, 22500401, 15 K 06105) ואת צבא ארה ב המרכז לטניס בישראל-פאק מחקר בפרויקט פיתוח (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).
150-W halogen-lamp light source | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan | LA-150SAE | |
Light guide | Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan | LGC1-5L1000 | |
Integrating Sphere | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | RT-060-SF | |
Port adapter | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | PA-050-SMA-SF | |
Light trap | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | LTRP-100-C | |
Spectralon white standard with 99% diffuse reflectance | Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA | SRS-99-020 | |
Optical fiber | Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA | P400-2-VIS-NIR | |
Miniature Fiber Optic Spectrometer | Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA | USB2000 | |
Achromatic lens | Chuo Precision Industrial Co.,Ltd, Tokyo, Japan | ACL-50-75M | |
Intralipid | Fresenius Kabi AB, Uppsala, Sweden | Intralipid 10% | |
Coffee (Blendy Mocha Blend Regular Coffee) |
Ajinomoto AGF, Inc. Tokyo, Japan | Unavailable | |
Whole blood | Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Japan | 0103-2 | |
Agarose | Nippon Genetics Co., Ltd, Tokyo, Japan | NE-AG02 | |
Cooking heater | TOSHIBA CORPORATION Tokyo, Japan | HP-103K |