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Engineering

division प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी के साथ ध्यान केंद्रित अल्ट्रासाउंड उत्तेजना

Published: January 7, 2019 doi: 10.3791/58781
Automatic Translation
1, 1
1Graduate College of Biomedical Sciences, Western University of Health Sciences

Summary

कम तीव्रता स्पंदित अल्ट्रासाउंड उत्तेजना (LIPUS) अंतर्जात या उच्च स्थानिक और लौकिक संकल्प के साथ इंजीनियर कोशिकाओं की गैर इनवेसिव यांत्रिक उत्तेजना के लिए एक साधन है । यह आलेख वर्णन करता है कि कैसे एक महामारी-प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप के लिए LIPUS को लागू करने के लिए और कैसे अल्ट्रासाउंड पथ के साथ ध्वनिक प्रतिबाधा बेमेल को कम करने के लिए अवांछित यांत्रिक कलाकृतियों को रोकने के लिए.

Abstract

कम तीव्रता अल्ट्रासाउंड दालों कि कोमल ऊतकों घुसना ध्यान केंद्रित करके, LIPUS दूर से और सुरक्षित रूप से तंत्रिका गोलीबारी, हार्मोनल स्राव और आनुवंशिक रूप से represented कोशिकाओं में हेरफेर करने के लिए एक होनहार जैव चिकित्सा प्रौद्योगिकी का प्रतिनिधित्व करता है । हालांकि, चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए इस प्रौद्योगिकी के अनुवाद वर्तमान में जो द्वारा लक्षित ऊतकों भावना और LIPUS का जवाब जैव भौतिक तंत्र की कमी से प्रभावित है । इन तंत्र की पहचान करने के लिए एक उपयुक्त दृष्टिकोण अंतर्निहित सिग्नलिंग मार्ग का निर्धारण करने के लिए LIPUS के साथ संयोजन में ऑप्टिकल संवेदी का उपयोग करने के लिए होगा । हालांकि, एक प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप को लागू करने LIPUS को प्रतिबिंबित, अवशोषित और ध्वनिक तरंगों refract कि शारीरिक इंटरफेस की उपस्थिति के कारण अवांछित यांत्रिक कलाकृतियों परिचय हो सकता है. यह लेख एक कदम दर कदम प्रक्रिया प्रस्तुत करता है LIPUS को शामिल करने के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध ईमानदार महामारी-प्रतिदीप्ति सूक्ष्मदर्शी जबकि ध्वनिक पथ के साथ शारीरिक इंटरफेस के प्रभाव को कम । एक सरल प्रक्रिया एक एकल तत्व अल्ट्रासाउंड transducer संचालित करने के लिए और उद्देश्य फोकल प्वाइंट में transducer के फोकल जोन लाने के लिए वर्णित है । LIPUS का उपयोग LIPUS-प्रेरित कैल्शियम यात्रियों में से एक उदाहरण के साथ सचित्र है संस्कृतिपूर्ण मानव ग्लियोब्लास्टोमा कोशिकाओं कैल्शियम इमेजिंग का उपयोग कर मापा.

Introduction

कई रोगों इनवेसिव चिकित्सा हस्तक्षेप के कुछ फार्म की आवश्यकता होती है । इन प्रक्रियाओं अक्सर महंगे हैं, जोखिम भरा, वसूली समय की आवश्यकता है और इस तरह स्वास्थ्य देखभाल प्रणालियों के लिए एक बोझ जोड़ें । गैर इनवेसिव चिकित्सीय तरीकों के लिए पारंपरिक शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं के लिए सुरक्षित और सस्ता विकल्प प्रदान करने की क्षमता है । हालांकि, वर्तमान गैर इनवेसिव दृष्टिकोण जैसे pharmacotherapy या transcranial चुंबकीय उत्तेजना अक्सर ऊतक प्रवेश, spatiotemporal संकल्प और अवांछित बंद-लक्ष्य प्रभाव के बीच व्यापार नापसंद द्वारा सीमित कर रहे हैं । इस संदर्भ में, एक केंद्रित अल्ट्रासाउंड उच्च spatiotemporal सटीकता और सीमित बंद-लक्ष्य प्रभाव के साथ जैविक कार्यों गहरी अंदर के ऊतकों में हेरफेर करने की क्षमता के साथ एक होनहार गैर इनवेसिव प्रौद्योगिकी का गठन किया ।

ध्यान केंद्रित अल्ट्रासाउंड उत्तेजना सटीक स्थानों गहरी अंदर रहने वाले जीवों पर ध्वनिक ऊर्जा देने के होते हैं । ध्वनिक पल्स मापदंडों के आधार पर, इस ऊर्जा चिकित्सा का उपयोग करता है की एक किस्म हो सकता है । उदाहरण के लिए, खाद्य एवं औषधि प्रशासन प्रोस्टेट ट्यूमर के थर्मल पृथक के लिए उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड (HiFU) के उपयोग को मंजूरी दे दी है, कंपन के कारण मस्तिष्क क्षेत्रों, गर्भाशय फाइब्रॉएड और हड्डी मेटास्टेसिस 1 में दर्द के कारण तंत्रिका अंत . HiFu-मध्यस्थता microbubble cavitation भी क्षणिक प्रणालीबद्ध-प्रशासित चिकित्सीय2के लक्षित प्रसव के लिए रक्त मस्तिष्क बाधा खोलने के लिए प्रयोग किया जाता है । स्थानिक-पीक पल्स-औसत तीव्रता (isppa) और स्थानिक-पीक लौकिक-औसत तीव्रता (मैंspta) HiFU अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल आम तौर पर कई किलोवाट सेमी-2 से ऊपर हैं और MPa के कई दसियों के पल्स दबाव का उत्पादन. इन तीव्रता मान एफडीए के ऊपर अभी तक कर रहे है-अनुमोदित मैंsppa और मैं नैदानिक अल्ट्रासाउंड, १९० डब्ल्यू सेमी-2 और ७२० मेगावाट सेमी-2, क्रमशः3के लिए सीमाspta । इसके विपरीत, हाल के अध्ययनों से पता चला है कि गैर विनाशकारी स्पंदित अल्ट्रासाउंड उत्तेजना है कि भीतर या नैदानिक अल्ट्रासाउंड तीव्रता सीमा (LIPUS) की सीमा के पास है दूर से और सुरक्षित रूप से तंत्रिका4गोलीबारी हेरफेर करने के लिए प्रभावी हो सकता है, 5,6,7,8, हार्मोनल स्राव9,10 और इंजीनियरी कोशिकाओं11. फिर भी, सेलुलर और आणविक तंत्र जिसके द्वारा कोशिकाओं भावना और अल्ट्रासाउंड का जवाब अस्पष्ट, LIPUS के precluding नैदानिक अनुवाद रह । इसलिए, पिछले कुछ वर्षों में, कृत्रिम झिल्ली, प्रसंस्कृत कोशिकाओं और जानवरों के अल्ट्रासाउंड के साथ उत्तेजित के अध्ययन से LIPUS12,13द्वारा संग्राहक भौतिक और शारीरिक प्रक्रियाओं को प्रकट करने के लिए गति प्राप्त की है, 14,15.

ध्वनि एक कंपन एक भौतिक माध्यम के माध्यम से प्रचार के होते हैं । एक अल्ट्रासाउंड मानव श्रव्य रेंज (यानी, 20 kHz से ऊपर) के ऊपर एक आवृत्ति के साथ एक ध्वनि है. एक प्रयोगशाला की स्थापना में, अल्ट्रासाउंड तरंगों आम तौर पर piezoelectric ट्रांसड्यूसर द्वारा उत्पादित कर रहे हैं कि एक सामग्री है कि एक बिजली के क्षेत्र में एक विशिष्ट उच्च आवृत्ति बैंडविड्थ में दोलन के जवाब में कंपन होते हैं । ट्रांसड्यूसर के दो प्रकार मौजूद हैं: एकल तत्व ट्रांसड्यूसर और transducer arrays । एकल तत्व piezoelectric ट्रांसड्यूसर एक घुमावदार सतह जो एक ध्यान केंद्रित लेंस के रूप में कार्य करता है और इसलिए एक परिभाषित क्षेत्र में ध्वनिक ऊर्जा केंद्रित केंद्र क्षेत्र बुलाया अधिकारी । एकल तत्व ट्रांसड्यूसर बहुत सस्ता कर रहे है और आसान transducer arrays से काम करते हैं । यह लेख एकल तत्व ट्रांसड्यूसर पर ध्यान दिया जाएगा ।

एक केंद्रित एकल तत्व transducer के फोकल क्षेत्र का आकार ध्वनिक लेंस के ज्यामितीय गुणों पर और इसके ध्वनिक आवृत्ति पर निर्भर करता है । एक एकल तत्व transducer के साथ एक मिलीमीटर आकार फोकल क्षेत्र को प्राप्त करने के लिए, मेगाहर्ट्ज रेंज में अल्ट्रासाउंड आवृत्तियों आम तौर पर आवश्यक हैं. दुर्भाग्य से, ऐसी आवृत्ति पर ध्वनिक तरंगों बहुत तेजी से तनु जब एक कमजोर माध्यम में ऐसे हवा के रूप में प्रचारित कर रहे हैं । इस प्रकार, मेगाहर्ट्ज अल्ट्रासाउंड तरंगों को उत्पन्न करने की जरूरत है और पानी के रूप में एक सघन सामग्री में नमूने के लिए प्रचार किया । यह एक खुर्दबीन को LIPUS रूपरेखा एकीकरण में पहली चुनौती का गठन किया ।

एक दूसरी चुनौती ध्वनिक पथ के साथ (जो सामग्री घनत्व और ध्वनिक वेग का एक उत्पाद है) अलग ध्वनिक impedances के साथ सामग्री के बीच शारीरिक इंटरफेस को कम करने के लिए है । इन इंटरफेस को प्रतिबिंबित, refract, तितर बितर और ध्वनिक तरंगों को अवशोषित कर सकते हैं, यह मुश्किल ध्वनिक ऊर्जा की मात्रा को प्रभावी ढंग से एक नमूने को दिया यों तो । वे भी अवांछित यांत्रिक कलाकृतियों बना सकते हैं । उदाहरण के लिए, प्रतिबिंब ध्वनिक बेमेल प्रतिबाधा इंटरफेस करने के लिए सीधा का उत्पादन backpropagating तरंगों है कि आगे प्रचार करने वालों के साथ हस्तक्षेप पैदा करते हैं । हस्तक्षेप पथ के साथ, लहरों स्थानों के निश्चित क्षेत्रों में एक दूसरे को रद्द नोड्स बुलाया और बारी विरोधी नोड्स बुलाया क्षेत्रों में योग, तथाकथित खड़े तरंगों (1 चित्रा) का निर्माण । यह महत्वपूर्ण है के लिए प्रयोगात्मक नियंत्रण या इन विट्रो में इन प्रायोगिक इंटरफेस को खत्म करने में सक्षम होने के रूप में वे vivo मेंमौजूद नहीं हो सकता है ।

ऑप्टिकल पत्रकारों के प्रतिदीप्ति माप वास्तविक समय में और कोई शारीरिक अशांति के साथ पारदर्शी जैविक नमूनों से पूछताछ करने के लिए एक अच्छी तरह से ज्ञात विधि है । इस दृष्टिकोण LIPUS अध्ययन के लिए इस प्रकार के रूप में किसी भी भौतिक sonicated क्षेत्र में मौजूद जांच यांत्रिक कलाकृतियों को लागू करेगा आदर्श है । इस प्रोटोकॉल के कार्यांवयन और एक वाणिज्यिक महामारी प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप के लिए LIPUS के संचालन का वर्णन है ।

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Protocol

1. ध्वनिक पर कोशिकाओं बढ़ते-पारदर्शी पॉलिएस्टर फिल्म

  1. एक ऊर्ध्वाधर प्रेस-ड्रिल का उपयोग कर एक मानक ३५ mm संस्कृति डिश के तल पर एक 12 मिमी छेद आकार ड्रिल । ड्रिल धीरे ले जाएं और आंख संरक्षण पहनते हैं । बाहरी ओर (चित्रा 2) पर एक चिकनी सतह बनाने के लिए एक ब्लेड का उपयोग कर पकवान के तल से जुड़ी प्लास्टिक के टुकड़े निकालें ।
  2. डिश के बाहरी नीचे की सतह पर समुद्री ग्रेड epoxy या गोंद की एक पतली परत लागू करें ।
  3. पकवान के बाहरी नीचे की सतह के खिलाफ (२.५ µm मोटाई) पॉलिएस्टर की एक फिल्म प्लेस और दृढ़ता से प्रेस करने के लिए सुनिश्चित करें कि epoxy/गोंद फिल्म और मोटी प्लास्टिक की सतह के बीच समान रूप से फैलता है । धीरे से उंगलियों के साथ एक केंद्रापसारक तरीके से फिल्म खींचने के लिए एक सपाट सतह (चित्रा 2) बनाने के लिए ।
  4. जब epoxy/गोंद सूख गया है, संक्षेप में कुल्ला-९५% इथेनॉल के साथ पॉलिएस्टर नीचे पकवान शुष्क और पकवान और एक मजबूत २५४ एनएम यूवी उत्तेजना स्रोत के तहत अपने ढक्कन के अंदर की सतह रखकर निष्फल । सूक्ष्म जीवों के सबसे प्रकार के पूर्ण विनाश के लिए लगभग ३३० एम एम सेमी-2 की एक यूवी खुराक देने के लिए अवधि और तीव्रता को समायोजित करें । यह ऊर्जा लगभग 5 एक १,००० µW सेमी-2 यूवी रोशनी का उपयोग कर मिनट की अवधि के लिए मेल खाती है ।
  5. Aliquot व्यावसायिक रूप से उपलब्ध extracellular मैट्रिक्स प्रोटीन मिश्रण (EMPM) छोटे ट्यूबों में (50-100 µ l) और उन पर दुकान-20 ° c या कम बाँझ स्थितियों में.
  6. एक बाँझ वातावरण में (जैसे, एक सुरक्षा कैबिनेट के अंदर), 1:100 के लिए एक वांछित संस्कृति माध्यम के साथ EMPM के एक जमे हुए शेयर पतला । कमरे के तापमान पर EMPM बहुलकीकरण को रोकने के लिए बर्फ पर काम करें । जल्दी से पॉलिएस्टर फिल्म पर मध्यम मिश्रण के १०० µ एल लागू. पकवान पर ढक्कन वापस जगह बाँझ बनाए रखने के लिए ।
  7. 6-12 एच के लिए ३७ ° c में एक सेल संस्कृति सह2 मशीन में EMPM-लेपित पॉलिएस्टर नीचे व्यंजन मशीन
  8. मशीनीकरण के बाद, अतिरिक्त मध्यम और सीधे महाप्राण वांछित घनत्व पर कोशिकाओं के साथ सतह बीज । बाँझ हालत के तहत काम करने के लिए बाँझ बनाए रखने.

2. LIPUS कार्यांवयन

  1. बड़े काम की मात्रा के साथ एक ईमानदार माइक्रोस्कोप के उद्देश्य के नीचे एक पानी की टंकी प्लेस और संचरण पथ में रोशनी हार्डवेयर के बिना.
  2. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध optomechanical घटकों का उपयोग करके, नमूना धारक के नीचे उद्देश्य और एक transducer धारक के नीचे एक नमूना धारक रखें । अनुवर्ती नमूना खोज और अल्ट्रासाउंड संरेखण के लिए, अनुवाद चरणों पर इन दो धारकों माउंट ।
    1. चलती भागों और या तो टैंक के बाहर या पानी की क्षति से बचने के लिए पानी की लाइन के ऊपर अनुवाद चरणों के प्रेरक प्लेस । विसर्जित optomechanical घटकों के लिए केवल गैर संक्षारक सामग्री जैसे कि यांग एल्यूमीनियम या स्टेनलेस स्टील का उपयोग करें ।
  3. विसर्जन transducer का उपयोग करने से पहले और degassed जल के साथ टैंक भरें । पानी की लाइन नमूना धारक (चित्रा 3) के क्षैतिज विमान के साथ मेल खाना चाहिए ।
    नोट: जल विद्युत युग्मन उच्च बिजली के खेतों की उपस्थिति में रोकता है । Degassing भी तितर बितर और ध्वनिक तरंगों के परिवर्तन को रोकने जाएगा । एक पंप या वाल्व का उपयोग कर इतना है कि पानी की लाइन transducer की स्थिति से नीचे गिर जाता है एक प्रयोग के बाद नाली पानी । इसके अलावा, बदलें या फिल्टर पानी अक्सर और साफ-पानी की टंकी के रूप में सूक्ष्मजीवों के विकास से बचने की जरूरत है ।

3. टेढ़ा ध्वनिक उत्तेजना

  1. वाणिज्यिक उपलब्ध optomechanical घटकों का उपयोग करना, ऑप्टिकल पथ के संबंध में एक परोक्ष स्थिति में transducer ओरिएंट । यह सुनिश्चित करेगा कि किसी भी प्रतिबिंबित तरंगों के नमूने से दूर निर्देशित किया जाएगा (चित्रा 3 और चित्रा 4) ।

4. Transducer ड्राइविंग

नोट: अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर यांत्रिक विस्तार/एक piezoelectric सामग्री के संकुचन में विद्युत ऊर्जा दोलन परिवर्तित । इस रूपांतरण गर्मी ऊर्जा के रूप में ऊर्जा की हानि पैदा करता है । इसलिए, जबकि ट्रांसड्यूसर एक पीक इनपुट वोल्टेज सीमा के अधिकारी करते हैं, वे भी piezoelectric तत्व के लिए थर्मल क्षति से बचने के लिए एक बिजली की शक्ति की सीमा के अधिकारी:
Equation 1
कर्तव्य चक्र के साथ विद्युत सिमुलेशन के समय के सापेक्ष अंश, पी विद्युत शक्ति (वाट में), वीrms इनपुट रूट-माध्य-वर्ग वोल्टेज (वोल्ट में) के वैकल्पिक वोल्टेज स्रोत और जेड इलेक्ट्रिकल प्रतिबाधा (Ohms में).
Equation 2
वीपीपी के साथ पीक करने वाली पीक इनपुट वोल्टेज transducer के लिए लागू किया ।

  1. वांछित आवृत्ति, पल्स प्रति चक्र की संख्या, और एक वाणिज्यिक समारोह जनरेटर का उपयोग नाड़ी पुनरावृत्ति आवृत्ति युक्त एक sinusoidal लहर फार्म बनाएँ. हालांकि, अपेक्षाकृत उच्च Vpp को प्रभावी ढंग से मानक अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर ड्राइव की जरूरत अक्सर एक शक्ति एंपलीफायर के अलावा उत्पादन बढ़ाना (यानी, वीपीपीके आयाम को बढ़ाने की आवश्यकता है) समारोह जनरेटर के ।
    नोट: उदाहरण के लिए, एक transducer के निर्माता किसी दिए गए transducer के लिए पावर सीमा इंगित करता है ३५ W है । एक sinusoidal पीक-से-पीक इनपुट वोल्टेज (Vमें) ५०० एमवी की एक ड्यूटी चक्र में ५०% और एक ५० dB के माध्यम से परिवर्धित/100 W एम्पलीफायर इस transducer की बिजली की सीमा के भीतर हो जाएगा?
    1. इस सवाल का जवाब, प्रवर्धन के बाद वोल्टेज की गणना । एक रेडियो आवृत्ति (आरएफ) शक्ति एंपलीफायर के लिए, प्रवर्धन कारक (dB) द्वारा परिभाषित किया गया है:
      Equation 3
      इस प्रकार, प्रवर्धित वोल्टेज है एक आयाम उत्पादन वीपीपी (वीपीपी = वीबाहर) के:Equation 4
      1 और 2 समीकरण का उपयोग कर, और विद्युत प्रतिबाधा के रूप में ५० Ω का उपयोग कर, इसी वोल्टेज द्वारा उत्पन्न शक्ति है:
      Equation 5
      यह उत्तेजना इसलिए transducer की विद्युत सीमा के भीतर है.
    2. ऊपर के उदाहरण का उपयोग करना, तरंग मापदंडों की गणना (Vpp, आवृत्ति, पल्स अवधि और पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति) कि transducer के निर्माता द्वारा प्रदान की शक्ति और वोल्टेज सीमा के अनुरूप. transducer और अन्य जुड़े उपकरणों को नुकसान पहुँचाए से बचने के लिए इन सीमाओं का सम्मान करने के लिए सुनिश्चित करें.
  2. एक समारोह जनरेटर है कि एक आवृत्ति रेंज अल्ट्रासाउंड transducer के साथ संगत के भीतर चल रही चुनें । transducer की नाममात्र की चोटी आवृत्ति के लिए समारोह जनरेटर की आवृत्ति को समायोजित करें ।
  3. समारोह जनरेटर के फट मोड का उपयोग कर वांछित अवधि और पुनरावृत्ति आवृत्ति के एक sinusoidal वोल्टेज पल्स बनाएँ । एक वांछित मूल्य के लिए पीक-से-पीक वोल्टेज समायोजित करें । सुनिश्चित करें कि पल्स अवधि दो लगातार दालों के बीच बीता समय से कम है ।
  4. तरंग एक आस्टसीलस्कप के इनपुट के लिए समारोह जनरेटर के उत्पादन को जोड़ने के द्वारा वांछित संकेत करने के लिए संगत है कि जाँच करें.
  5. एक शक्ति आरएफ एम्पलीफायर (चित्रा 4) के इनपुट के लिए समारोह जनरेटर के उत्पादन से कनेक्ट. सुनिश्चित करें कि उत्तेजना मापदंडों transducer के निर्माता की सीमा के भीतर हैं ।

5. बीम संरेखण

  1. एक hydrophone है कि एक आवृत्ति रेंज के साथ चल रही है और ध्वनिक तीव्रता आवृत्ति और अल्ट्रासाउंड transducer की तीव्रता के साथ संगत चुनें ।
  2. ध्यान से ध्यान में एक hydrophone जांच के टिप लाने के नमूने की स्थिति (चित्रा 4) के लिए इसी स्थिति पर देखने के उद्देश्य क्षेत्र के भीतर ।
  3. सुनिश्चित करें कि जांच और transducer दोनों में डूबे हुए है और degassed पानी । किसी भी भौतिक पानी के अलावा अंय वस्तु के साथ hydrophone की नोक टक्कर मत के रूप में यह अपनी कोटिंग बदल जाएगा और माप को प्रभावित करते हैं ।
  4. नेत्रहीन द्वारा transducer के एक सकल पूर्व संरेखण प्रदर्शन hydrophone जांच की ओर अपने ध्वनिक धुरी स्थिति । यकीन है कि transducer की सतह और hydrophone टिप के बीच की दूरी transducer के फोकल लंबाई के लिए लगभग अनुरूप बनाता है ।
  5. आस्टसीलस्कप के संकेत इनपुट में से एक के लिए hydrophone उत्पादन कनेक्ट । सिंक्रनाइज़ेशन ट्रिगर फ़ंक्शन जनरेटर से अन्य आस्टसीलस्कप इनपुट करने के लिए कनेक्ट करें । दोनों संकेतों को एक साथ आस्टसीलस्कप पर विज़ुअलाइज़ करना.
  6. एक कम शुल्क चक्र और कम आयाम पर कुछ अल्ट्रासाउंड चक्र के साथ transducer ड्राइव जांच को नुकसान पहुँचाए से बचने के लिए । hydrophone टिप हानिकारक से बचने के लिए hydrophone के निर्माता सुरक्षित आपरेशन शर्तों के साथ की जाँच करें ।
  7. transducer की सतह से hydrophone के लिए अल्ट्रासाउंड की यात्रा के समय के अनुसार s/डिवीजन घुंडी समायोजित करें । सिंक्रनाइज़ेशन ट्रिगर के बाद आस्टसीलस्कप पर कोई hydrophone संकेत के लिए देखें ।
  8. धीरे से एक मोटर चालित या मैनुअल XYZ चरण का उपयोग कर transducer अत्यधिक । transducer की स्थिति है कि अधिक से अधिक hydrophone संकेत (चित्रा 4) के साथ संबद्ध में छोड़ दें ।
    नोट: यदि कोई संकेत का पता चला है यह संभव है कि ध्वनिक दालों की तीव्रता बहुत कम है या कि बीम गलत है गठबंधन या एक वस्तु से बिखरे हुए । नियमित रूप से जाँच करें कि hydrophone और transducer नेत्रहीन पूर्व गठबंधन कर रहे हैं और कोई बुलबुले या भौतिक वस्तु पॉलिएस्टर फिल्म को छोड़कर पथ में मौजूद हैं. कोई संकेत अभी भी पता चला है, तो hydrophone संकेत के आयाम को बढ़ाने के लिए एक छोटी राशि से इनपुट वोल्टेज में वृद्धि.

6. अल्ट्रासाउंड पल्स दबाव और तीव्रता का निर्धारण

  1. गठबंधन बीम के साथ, transducer ड्राइविंग विभिन्न वोल्टेज के लिए आस्टसीलस्कप पर hydrophone उत्पादन के शिखर-से-चोटी आयाम को मापने. hydrophone के निर्माता द्वारा अनुशंसित दबाव सीमा से अधिक नहीं सुनिश्चित करें ।
  2. hydrophone के निर्माता द्वारा प्रदान की अंशांकन विधि का उपयोग कर दबाव और/या ध्वनिक तीव्रता मूल्यों में इन माप कन्वर्ट ।
    नोट: ध्वनिक तीव्रता के दबाव से निर्धारित किया जा सकता है और इसके विपरीत सूत्र का उपयोग:
    Equation 6
    के साथ मैं ध्वनिक दबाव (डब्ल्यू एम-2में), पी ध्वनिक दबाव (फिलीस्तीनी अथॉरिटी में), प्रचार सामग्री का घनत्व दर्षाया (पानी के लिए १,००० किलो एम-3 ) और सी के माध्यम से प्रचार में ध्वनि की गति सी (पानी के लिए, सी = १,५०० एम एस-1) ।
  3. इन माप का उपयोग कर अंशांकन curves बनाएँ ।
    नोट: वोल्टेज बनाम दबाव और तीव्रता बनाम वोल्टेज घटता एक रैखिक और परवलयिक आकार, क्रमशः है ।
  4. दबाव और/या एक वांछित ड्राइविंग वोल्टेज की तीव्रता मूल्य का निर्धारण इसी अंशांकन वक्र का उपयोग करके ।

7. कैल्शियम-संवेदी/LIPUS लाइव-सेल प्रतिदीप्ति इमेजिंग

  1. कोशिका के संस्कृति माध्यम को एक वांछित इमेजिंग बफर के साथ प्रतिस्थापित करें जिसमें एक कोशिका-permeant कैल्शियम-संवेदी डाई (उदा., Fluo-४ एएम) की ५ µ मी. 1 एच के लिए ३७ ° c में एक सह2 मशीन में संस्कृति पकवान मशीन ।
  2. सावधानी से डाई से मुक्त ही बफर के साथ कोशिकाओं को धो.
  3. डिश को नमूना धारक में लगाएं । नीले प्रकाश रोशनी (४९० एनएम) का उपयोग कर कोशिकाओं को उत्तेजित और अत्यधिक ब्लीचिंग या पिक्सेल संतृप्ति से बचने के लिए उत्तेजना तीव्रता और कैमरा जोखिम समायोजित करें ।
  4. वांछित छवि अधिग्रहण सेटिंग्स का उपयोग कर समय-चूक इमेजिंग प्रदर्शन । बेहतर छवि गुणवत्ता के लिए एक विसर्जन उद्देश्य का प्रयोग करें और लंबे काम दूरी के साथ अवांछित प्रतिबिंब को कम करने के लिए ( चित्रा 4देखें) ।

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Representative Results

चित्रा 5 कैल्शियम इमेजिंग के साथ मल्टीप्लेक्स LIPUS प्रयोग का एक उदाहरण है । ग्लियोब्लास्टोमा कोशिकाओं (एक-१७२) मानक संस्कृति मध्यम में EMPM लेपित पॉलिएस्टर फिल्म पर बड़े हो गए थे (10% सीरम और 1% एंटीबायोटिक दवाओं के साथ पूरक) और कैल्शियम सेंसिटिव फ्लोरोसेंट रिपोर्टर Fluo के साथ मशीन-4 हूं । कोशिकाओं को एक 10x विसर्जन लेंस का उपयोग कर imaged थे और एक सफेद एलईडी प्रकाश स्रोत और प्रतिदीप्ति प्रकाश के साथ प्रबुद्ध एक मानक GFP फिल्टर सेट का उपयोग कर एकत्र किया गया था । LIPUS १५८ वी पीक-टू-पीक आयाम, ०.१ एमएस पल्स अवधि और 10 एमएस पल्स पुनरावृत्ति आवृत्ति (यानी, 1% शुल्क चक्र) की एक पल्स तरंग के साथ एक 4 मेगाहर्ट्ज transducer ड्राइविंग द्वारा मैन्युअल रूप से लागू किया गया था. इन मापदंडों के अनुरूप मैंsppa = ८८ w cm-2 (अच्छी तरह से १९० w cm-2की नैदानिक सीमा के नीचे)और मैंspta = ८७७ मेगावाट सेमी-2 (७२० मेगावाट सेमी-2की नैदानिक सीमा से थोड़ा ऊपर), क्रमशः । परिणाम दिखाने के इस उत्तेजना मजबूत कैल्शियम उंनयन (चित्रा 5B, 5C, 5d) का उत्पादन किया ।

कम पल्स अवधि के लिए (यानी, नाड़ी के दौरान कोई महत्वपूर्ण गर्मी अपव्यय के साथ) और नमूना की गर्मी क्षमता संभालने (यानी, कोशिकाओं पॉलिएस्टर फिल्म पर हो और जलीय समाधान में डूबे) पानी की है कि समान है, के परिवर्तन तापमान (∆ Tmax) प्रत्येक पल्स के दौरान उत्पादित16 से अनुमान लगाया जा सकता है

Equation 7 Equation 8

एक पल्स अवधि के साथ ०.१ एमएस और पल्स तीव्रता की ८८ W cm-2

∆ Tमैक्स = ०.१२ x ०.०००१ x ८८ ≈ 1 m ° c

1% शुल्क चक्र के साथ, प्रत्येक ०.१ एमएस पल्स के दौरान फोकल जोन में जमा गर्मी की छोटी राशि की संभावना ९.९ लगातार दो दालों के बीच फैले के दौरान थर्मल संचालन द्वारा निकाल दिया जाता है । इसलिए, चित्रा 5B, 5C, 5d में देखा मजबूत कैल्शियम संकेतों सबसे अधिक संभावना गैर थर्मल तंत्र (ओं) द्वारा प्रेरित कर रहे हैं ।

Figure 1
चित्रा 1: एक को प्रतिबिंबित अंतरफलक पर खड़े लहर गठन । विभिन्न ध्वनिक प्रतिबाधा के साथ सामग्री के बीच एक अंतरफलक की उपस्थिति एक तरंग दैर्ध्य λ के साथ एक आने वाली दबाव लहर (नीला) को दर्शाता है. के बाद से दोनों लहरों विपरीत दिशाओं में यात्रा, एक दोलन चरण पाली की स्थापना की है । शीर्ष: इस समय, चरण पाली १८० डिग्री है, खड़ी लहर (हरी लहर) के विनाशकारी हस्तक्षेप का उत्पादन । मध् यम: लहरों के बाद शीर्ष पैनल के संबंध में λ/4 करने के लिए इसी दूरी स्थानांतरित कर दिया है, चरण बदलाव नल और दोनों तरंगों रचनात्मक हस्तक्षेप के माध्यम बढ़ाना, उच्च आयाम की एक खड़ी लहर का निर्माण किया है । बॉटम: लहरों के बाद λ/2 की एक अतिरिक्त दूरी स्थानांतरित कर दिया है (इसलिए λ की कुल/4 + λ/2 = 3/4 λ शीर्ष संदर्भ से), चरण shift फिर से नल हो जाता है, उच्च आयाम के एक खड़े लहर का निर्माण लेकिन व्युत्क्रम ध्रुवीयता के साथ । ध्यान दें कि पथ के भीतर कुछ स्थानों पर लगातार नल दबाव (नोड, काले घेरे) है, जबकि अंय पदों लगातार ंयूनतम और अधिकतम दबाव (antinodes, हरे घेरे) के बीच दोलन । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: ध्वनिक-पारदर्शी पॉलिएस्टर फिल्म पर बढ़ती कोशिकाओं । यह आंकड़ा अपने केंद्र में एक बड़ी 12 मिमी छेद के साथ एक ३५ mm डिश के नीचे हिस्सा दिखाता है । छेद बाद में एक पतली पॉलिएस्टर फिल्म के साथ कवर किया जाता है । फिल्म मजबूती से समुद्री ग्रेड epoxy का उपयोग पकवान के बाहरी नीचे से चिपके हुए है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: एक अल्ट्रासाउंड सेट अप एक ईमानदार प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप के लिए कार्यान्वयन. एक कस्टम निर्मित पानी की टंकी के बिना एक ईमानदार प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप के तहत रखा जाता है प्रबुद्ध प्रकाश हार्डवेयर । उद्देश्य के तहत तैनात एक मोटर चालित नमूना धारक टैंक के बाहर कंपन तालिका के लिए तय optomechanical घटकों से जुड़ा हुआ है । transducer नमूना के नीचे तैनात है और एक अनुवाद टैंक के अंदर optomechanical घटकों को चिपका मंच से जुड़ा हुआ है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: पूरे सेट अप के योजनाबद्ध आरेख. सेट अप एक महामारी प्रतिदीप्ति ईमानदार प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप के लिए संस्कृतिपूर्ण कोशिकाओं के प्रतिदीप्ति इमेजिंग सक्षम शामिल हैं । transducer ऑप्टिकल पथ के संबंध में एक परोक्ष अभिविंयास के साथ दिखाया गया है । इस विंयास ध्वनिक तरंगों के पीछे के प्रतिबिंब से बचा जाता है, इस प्रकार खड़े लहर गठन को रोकने और कई अल्ट्रासाउंड गूंज के साथ नमूना के/ एक वांछित तरंग मैन्युअल पर या इलेक्ट्रॉनिक एक कंप्यूटर इंटरफेस (ट्रांजिस्टर-ट्रांजिस्टर-तर्क या यूनिवर्सल सीरियल बस) द्वारा ट्रिगर किया जा सकता है जो एक समारोह जनरेटर द्वारा उत्पादित है. आयाम और hydrophone सुई (लाल) द्वारा मापा संकेत की देरी एक आस्टसीलस्कप का उपयोग कर विश्लेषण किया जा सकता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्रा 5: मानव ग्लियोब्लास्टोमा कोशिकाओं A-१७२ में LIPUS प्रेरित कैल्शियम संकेतों का उदाहरण । (क) एक-१७२ कोशिकाओं के कच्चे प्रतिदीप्ति छवि एक पॉलिएस्टर-नीचे ३५ mm संस्कृति पकवान पर हो और एक कोशिका permeant कैल्शियम संकेतक Fluo-4 के संस्करण के साथ भरी हुई । लाल निशान एक कंप्यूटर प्रोग्राम द्वारा स्वचालित रूप से पहचानी गई कक्ष सीमाओं को दर्शाते हैं और लेबल किए गए ब्याज (ROI) के क्षेत्रों के रूप में । (B) LIPUS प्रयोग के दौरान प्रत् येक ROI के लिए सापेक्ष प्रतिदीप्ति परिवर्तन (ft-f0/0, या ΔF/f 0) का समय पाठ्यक्रम । छवियां एक मानक सीसीडी कैमरा द्वारा प्रति सेकंड 1 फ्रेम की गति से अधिग्रहीत की गई थी और LIPUS 10 फ्रेम के बीच एस 20 और 30 के लिए लागू किया गया था । LIPUS तरंग 4 मेगाहर्ट्ज में ४०० चक्र युक्त १०० µ सेकंड दालों के होते हैं और 10 एस के लिए हर 10 एमएस दोहराया (ग) सभी ROIs के लिए गणना का समय पाठ्यक्रम दिखा ΔF/F0 परिकलित (त्रुटि पट्टियां नहीं दिखाया गया) । (घ) किसी यूज़र-डिफ़ाइंड सक्रियण थ्रेशोल्ड के ऊपर ROI का प्रदर्शन करने वाले ΔF/F0 का शतमक दिखाने वाला प्लॉट. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

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Discussion

केंद्रित अल्ट्रासाउंड का एक मुख्य लाभ यह गैर-इनवेसिव उच्च spatio-लौकिक परिशुद्धता के साथ जैविक नमूनों के लिए यांत्रिक और/या थर्मल ऊर्जा देने की क्षमता है । अंय तकनीकों को यांत्रिक रूप से उत्तेजित कोशिकाओं आमतौर पर आक्रामक शारीरिक जांच रोजगार (जैसे, सेल poking) या विदेशी वस्तुओं (जैसे, ऑप्टिकल चिमटी) के साथ उच्च ऊर्जा लेजर मुस्कराते हुए की बातचीत की आवश्यकता है । चुंबकीय हीटिंग जैविक नमूनों के अंदर विशिष्ट स्थानिक स्थानों गर्मी कर सकते हैं, लेकिन विदेशी चुंबकीय नैनोकणों की उपस्थिति की आवश्यकता है । दूसरी ओर, छोटे नमूने के सटीक गैर इनवेसिव हीटिंग (उदाहरण के लिए, सेल संस्कृतियों) जलीय मीडिया में अवरक्त या माइक्रोवेव उत्तेजना17,18,19का उपयोग कर संभव है ।

वाणिज्यिक प्रणालियों के बाद से प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी के साथ संयोजन के रूप में अल्ट्रासाउंड उत्तेजना प्रदर्शन करने में सक्षम उपलब्ध नहीं हैं, कई भौतिक विज्ञानियों उनके विशिष्ट अनुप्रयोगों के अनुरूप अनुकूलित प्रणालियों बनाया है8,12 ,१३,२०. इस तरह की प्रणालियों के कार्यांवयन, तथापि, गैर विशेषज्ञों के लिए मुश्किल हो सकता है । इस अनुच्छेद के बुनियादी आपरेशन के लिए एक ईमानदार महामारी प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप उद्देश्य के फोकल विमान की ओर एक केंद्रित अल्ट्रासाउंड बीम ड्राइव जबकि ध्वनिक प्रतिबिंब और खड़े तरंगों कलाकृतियों कि बेमेल ध्वनिक में उत्पादित कर रहे है चलाने के लिए वर्णित प्रतिबाधा इंटरफेस. इन ध्वनिक कलाकृतियों आमतौर पर स्पष्ट रूप से प्रकाशित साहित्य में ध्यान में रखा नहीं कर रहे हैं ।

यदि ऑप्टिकल पथ के लिए सीधा एक ध्वनिक बीम का उपयोग कर, बीम अंततः एक डूबे उद्देश्य के सामने लेंस द्वारा गठित तरल ठोस इंटरफेस का सामना करेंगे या, अगर एक हवा उद्देश्य इस्तेमाल किया जा रहा है, नमूना ऊपर पानी हवा इंटरफेस. इन इंटरफेस ध्वनिक तरंगों नमूने को वापस प्रतिबिंबित करेगा, खड़े तरंगों का उत्पादन ( 1 चित्रादेखें) । कम करने के लिए या इन प्रतिबिंब से बचने के लिए, यह ऑप्टिकल पथ के संबंध में एक टेढ़ा कोण के साथ transducer स्थिति की सिफारिश की है ।

पॉलिएस्टर-नीचे संस्कृति व्यंजन का उपयोग न केवल मोटी प्लास्टिक संस्कृति व्यंजन नीचे द्वारा उत्पादित ध्वनिक प्रतिबिंब को कम करने के लिए, वे भी एक ईमानदार माइक्रोस्कोप के साथ नीचे से नमूना को उत्तेजित करने के लिए प्रयोगात्मक सक्षम. इस ऑप्टिकल पथ के संबंध में एक परोक्ष अभिविंयास के साथ एक डूबे transducer की स्थिति के लिए एक औंधा माइक्रोस्कोप की तुलना में के रूप में एक बेहतर विन्यास है.

इस प्रोटोकॉल ध्यान केंद्रित अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर के साथ प्रयोग के लिए बनाया गया है, लेकिन प्रायोगिक तौर पर भी उपयोग कर सकते है गैर केंद्रित (planar) अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर के रूप में अच्छी तरह से । ध्यान दें कि, के बाद से LIPUS ऊतक के भीतर वांछित क्षेत्रों की सटीक उत्तेजना के लिए करना है, ध्यान दिया अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर आम तौर पर इन विट्रो में और vivo अनुप्रयोगों में दोनों के लिए पसंद कर रहे हैं । ध्वनिक planar ट्रांसड्यूसर द्वारा उत्पादित मुस्कराते हुए भी व्यापक हैं, यह प्रतिबिंब और अंय यांत्रिक कलाकृतियों को कम करने के लिए और अधिक कठिन बना ।

एक एकल तत्व केंद्रित अल्ट्रासाउंड transducer के फोकल जोन ऐसे तत्व व्यास, ध्वनिक आवृत्ति और प्रचार सामग्री की ध्वनि वेग के रूप में कई मापदंडों पर निर्भर करता है । एक मानक मेगाहर्ट्ज transducer के लिए, फोकल क्षेत्र आम तौर पर एक millimetric या उप millimetric क्षेत्र में सीमित है । एक व्यापार बंद फोकल क्षेत्र के आकार और ध्वनिक बीम की क्षमता बहुत अधिक क्षीणन के कारण नुकसान के बिना ऊतक अंदर घुसना करने के लिए के बीच मौजूद है: उच्च आवृत्ति, छोटे फोकल क्षेत्र लेकिन कमजोर पैठ ।

प्रभावी ढंग से एक खुर्दबीन के नीचे कल्पना की कोशिकाओं को उत्तेजित करने के लिए, transducer के ध्वनिक फोकल क्षेत्र उद्देश्य के ऑप्टिकल फोकल विमान के साथ ओवरलैप चाहिए । इस उद्देश्य के लिए, यह ठीक एक व्यावसायिक रूप से उपलब्ध hydrophone का उपयोग कर ध्वनिक बीम संरेखित करने के लिए आवश्यक है । hydrophone सुई और फाइबर ऑप्टिक सिस्टम: hydrophones के दो मुख्य प्रकार हैं । दोनों प्रकार का प्रयोग किया जा सकता है । संरेखण के दौरान, यह सुनिश्चित करें कि ध्वनिक तीव्रता hydrophone की दबाव सीमा के भीतर है और transducer की आवृत्ति hydrophone की संवेदनशीलता की आवृत्ति रेंज के भीतर है कि बनाने के लिए महत्वपूर्ण है ।

निर्माता द्वारा प्रदान की अंशांकन का उपयोग करें (यदि उपलब्ध हो) hydrophone के वोल्टेज आयाम उत्पादन को वास्तविक ध्वनिक दबाव में परिवर्तित करने के लिए (hydrophones आम तौर पर वी पीए-1 या इसी तरह की इकाइयों में एक संख्या के साथ तुले हुए हैं) । Hydrophones भी आम तौर पर ध्वनिक बीम के संबंध में एक तरजीही अभिविन्यास (दिशात्मकता) है, इसलिए यह ध्वनिक धुरी की एक ही दिशा में hydrophone स्थिति को पसंद किया जाता है. यदि संभव नहीं है, hydrophones एक चार्ट बनाम दिशात्मक कोण क्षीणन, दिशात्मक पोस्ट सुधार की अनुमति के बाद माप लिया गया है हो सकता है ।

बीम संरेखण एक निराशा कार्य हो सकता है, खासकर जब एक संकीर्ण फोकल क्षेत्र के साथ एक transducer ऑपरेटिंग । hydrophone संकेत transducer ड्राइविंग पल्स करने के लिए सम्मान के साथ एक देरी के साथ प्रकट होना चाहिए. इस देरी के लिए अल्ट्रासाउंड द्वारा उठाए गए समय से मेल खाती है transducer की सतह से hydrophone जांच करने के लिए यात्रा (पानी में, ध्वनि तरंगों लगभग १,५०० एम एस की गति से यात्रा-1) ( चित्रा 4देखें) । ध्यान दें कि आरएफ बिजली के तारों के माध्यम से यात्रा संकेतों की देरी छोटी है, केवल बारे में 3 एन एस एम-1, जो, वर्तमान मामले में, सुरक्षित रूप से नजरअंदाज किया जा सकता है । बीम अच्छी तरह से संरेखित है, तो परीक्षण करने के लिए एक रास्ता आस्टसीलस्कप और पानी में ज्ञात ध्वनि वेग पर मापा देरी का उपयोग कर transducer और hydrophone के बीच की दूरी की गणना करने के लिए है । उदाहरण के लिए, लगभग 17 µs की देरी 25 मिमी की एक फोकल लंबाई के साथ एक transducer के लिए उंमीद है ।

वाणिज्यिक hydrophone का उपयोग संभव नहीं है (जैसे, hydrophone रखने के लिए hydrophones या सीमित स्थान से मेल नहीं खाते के साथ असामान्य transducer आवृत्ति), ध्वनिक बीम पल्स इको विधि20के साथ गठबंधन किया जा सकता है । यह आम तौर पर पहले एक आकार के समान या transducer के बीम व्यास की तुलना में छोटे दृश्य के सूक्ष्मदर्शी क्षेत्र के भीतर ध्यान में दर्शाती एक छोटी सी वस्तु को रखने के द्वारा किया जाता है । transducer तो ध्वनिक उत्सर्जक (अल्ट्रासाउंड दालों भेजने के लिए) और रिसीवर (प्रतिबिंबित वस्तु से गूंज का पता लगाने के लिए) के रूप में दोनों का इस्तेमाल किया है । ध्यान दें कि इस विन्यास में, एक समर्पित एम्पलीफायर transducer से बाहर आने के बजाय छोटे इको संकेत बढ़ाना आवश्यक है.

आरएफ उपकरणों के सुचारू संचालन के लिए, यह महत्वपूर्ण है कि सभी केबल और उपकरणों के लिए कनेक्शन विद्युत प्रतिबाधा मिलान किया है, अन्यथा अवांछित बिजली प्रतिबिंब हो जाएगा और विद्युत तरंग को बदल. यह आमतौर पर सबसे संगीन Neill-Concelman (BNC) केबल और आरएफ उपकरण ५० Ω प्रतिबाधा होने के साथ मामला है । कुछ oscilloscopes, हालांकि, 1 MΩ के एक उच्च इनपुट प्रतिबाधा है और इस तरह एक आरएफ संकेत एक ५० Ω BNC केबल के माध्यम से खिलाया प्रतिबिंबित करेगा. इस मामले में, एक साधारण ५० Ω फ़ीड-टर्मिनेटर के माध्यम से BNC केबल और आस्टसीलस्कप के इनपुट के अंत के बीच ठीक से नुकसान के बिना संकेत समाप्त करने के लिए डाला जाना चाहिए ।

यह पद्धति तकनीकी रूप से अल्ट्रासाउंड दालों देने और प्रतिदीप्ति इमेजिंग प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया इंस्ट्रूमेंटेशन द्वारा सीमित है । उदाहरण के लिए, एक मानक एकल-फोटॉन प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोप केवल दो आयामी नमूनों की इमेजिंग सक्षम होगा । हालांकि, यह मस्तिष्क स्लाइस या बहु फोटॉन उत्तेजना का उपयोग कर छोटे अंगों की तरह तीन आयामी नमूनों की अधिक जटिल LIPUS इमेजिंग प्रदर्शन कर सकते हैं ।

LIPUS प्रयोगों के साथ एक और चुनौती ध्वनिक बीम द्वारा प्रदान यांत्रिक बनाम थर्मल प्रभाव भेद करने के लिए है । एक यांत्रिक विस्थापन ऑप्टिकल पथ के लिए परोक्ष पता लगाया जा सकता है अगर यह विमान धुरी (एक्स, वाई) में छवि विस्थापित या z-अक्ष में नमूना ध्यान केंद्रित । ये विस्थापन माइक्रोस्कोप कैमरा और उद्देश्य के संयुक्त ऑप्टिकल संकल्प पर निर्भर करते हैं । इसके अलावा, इन प्रस्तावों केवल sonication के दौरान हो जाएगा के रूप में, एक एक फ्रेम दर कैमरा जोखिम और नाड़ी अवधि के बीच अस्थायी ओवरलैप सिंक्रनाइज़ करने के लिए पर्याप्त उच्च का उपयोग करने की आवश्यकता होगी ।

अल्ट्रासाउंड प्रेरित थर्मल प्रभाव की जांच करने के लिए, तापमान को मापने के लिए पारंपरिक शारीरिक जांच का उपयोग जांच की अपरिहार्य कंपन की वजह से अनुशंसित नहीं है । हालांकि, तकनीक यहां वर्णित अच्छी तरह से तापमान आनुवंशिक रूप से इनकोडिंग thermosensitive प्रतिदीप्ति पत्रकारों या thermosensitive रंजक21,22का उपयोग कर परिवर्तन को मापने के लिए अनुकूल है । भविष्य में, के रूप में अधिक के रूप में अधिक संगत फ्लोरोसेंट पत्रकारों उपलब्ध हो, इस तकनीक कई अंय भौतिक मापदंडों पर अल्ट्रासाउंड प्रभाव के अध्ययन में सक्षम हो जाएगा ।

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Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

हम डीआरएस का शुक्रिया अदा करते हैं । मिखाइल Shapiro और निकिता Reznik ने फलदायक चर्चा के लिए. यह काम स्टार्ट-अप फंड से वेस्टर्न यूनिवर्सिटी ऑफ हेल्थ साइंसेज और NIH ग्रांट R21NS101384 ने सपोर्ट किया था ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
upright microscope with large working volume Thorlabs CERNA
upright microscope with large working volume Scientifica SliceScope
optomechanical components Thorlabs n/a
needle hydrophone ONDA Corporation HNP/C/R/A/T series + AH/G pre-amplifier
needle hydrophone Precision Acoustics n/a
fiber optic hydrophone ONDA Corporation HFO series
fiber optic hydrophone Precision Acoustics n/a
oscilloscope Keysight Technology DSOX2004A (4-channels 70MHz)
function generator Keysight Technology 33500B (20MHz single-channel)
RF power amplifier Electronic Navigation Industries (ENI) 325LA, 525LA, 240L, 350L, A075, 2100L, 3100LA
RF power amplifier Electronics & Innovation (E&I)
immersion ultrasound transducer Olympus focused immersion transdcuers
immersion ultrasound transducer Benthowave Instrument HiFu transducer BII-76 series
immersion ultrasound transducer Precision Acoustics Piezo-ceramic or HiFu transducers
immersion ultrasound transducer Ultrasonic-S-lab HiFu transducers made to order
high-density Matrigel Corning VWR 80094-330
Mylar film 2.5 microns Chemplex CAT.NO:107

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References

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इंजीनियरिंग अंक १४३ ध्यान केंद्रित अल्ट्रासाउंड Neurostimulation गैर इनवेसिव प्रतिदीप्ति संवेदन
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Lacroix, J. J., Ozkan, A. D. Multiplexing Focused Ultrasound Stimulation with Fluorescence Microscopy. J. Vis. Exp. (143), e58781, doi:10.3791/58781 (2019).

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