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Bioengineering

कैविटेशन एन्हांस्ड थेरेपी का अध्ययन

Published: April 9, 2021 doi: 10.3791/61989
Automatic Translation
*1, *1, *1, 1
1Institute of Biomedical Engineering, University of Oxford
* These authors contributed equally

Summary

प्रस्तुत प्रायोगिक प्रोटोकॉल का उपयोग सफल दवा वितरण और/या अन्य बायोइफेक्ट के लिए आवश्यक शर्तों की जांच को सक्षम करने के उद्देश्य से सेल कल्चर डिवाइस में कैविटेशन गतिविधि के वास्तविक समय माप करने के लिए किया जा सकता है ।

Abstract

अल्ट्रासाउंड के चिकित्सीय अनुप्रयोगों में रुचि महत्वपूर्ण है और बढ़ रही है, संभावित नैदानिक कैंसर से अल्जाइमर रोग को लेकर लक्ष्यों के साथ । कैविटेशन - अल्ट्रासाउंड क्षेत्र के भीतर बुलबुले के गठन और बाद की गति - इनमें से कई उपचारों को रेखांकित करने वाली एक महत्वपूर्ण घटना का प्रतिनिधित्व करता है। हालांकि, कार्रवाई के विस्तृत तंत्र के बारे में काफी अनिश्चितता बनी हुई है जिसके द्वारा कैविटेशन चिकित्सीय प्रभावों को बढ़ावा देता है और विश्वसनीय निगरानी तकनीकों को विकसित करने की आवश्यकता है जिसे चिकित्सकीय रूप से लागू किया जा सकता है। विशेष रूप से, सफलतापूर्वक चिकित्सीय प्रभाव और इसी ध्वनिक उत्सर्जन देने के रूप में रिपोर्ट किए गए एक्सपोजर मापदंडों में अध्ययनों के बीच महत्वपूर्ण भिन्नता है। इस पेपर का उद्देश्य कैविटेशन-मध्यस्थता बायोइफेक्ट के अध्ययन करने के लिए व्यापक रूप से उपलब्ध घटकों का उपयोग करके डिजाइन दिशानिर्देश और एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल प्रदान करना है, और इसमें वास्तविक समय ध्वनिक निगरानी शामिल है। यह आशा की जाती है कि प्रोटोकॉल चिकित्सकीय अल्ट्रासाउंड प्रयोगों में ध्वनिक निगरानी के अधिक व्यापक समावेश को सक्षम करेगा और एक्सपोजर स्थितियों के अध्ययन और प्रासंगिक जैव प्रभावों के लिए उनके सहसंबंध में आसान तुलना की सुविधा प्रदान करेगा ।

Introduction

अल्ट्रासाउंड (यूएस) का उपयोग व्यापक रूप से एक नैदानिक इमेजिंग तकनीक के रूप में किया गया है क्योंकि इसकी सुरक्षित और गैर-आक्रामक प्रकृति, रोगी के बिस्तर पर कार्यान्वयन में आसानी, और इसकी लागत प्रभावशीलता1। इसकी नैदानिक और निगरानी क्षमताओं के बगल में, अमेरिका में चिकित्सीय अनुप्रयोगों के लिए काफी क्षमता है। शुरुआती काम ने थ्रोम्बोलिसिस में इसके उपयोग का पता लगाया, डीएनए ट्रांसफेक्शन, और ड्रग डिलीवरी2,3,4 और चिकित्सकीय अमेरिका अब अनुसंधान के एक बहुत सक्रिय क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है, जिसमें ट्यूमर उपचार5,6,7,इम्यूनोथेरेपी8,9,रक्त-मस्तिष्क बाधा (बीबीबी) व्यवधान10,11,12,थ्रोम्बोलिसिस13,14,15,और बैक्टीरियल संक्रमण उपचार16,17सहित अनुप्रयोगों के साथ। इन अनुप्रयोगों को रेखांकित करने वाली एक महत्वपूर्ण घटना गुहा है: तरल पदार्थ के दबाव18,19में परिवर्तन के कारण गैसीय गुहाओं कानाभि,विकास और दोलन।

तंत्र की एक श्रृंखला है जिसके द्वारा कैविटेशन जैविक प्रभाव पैदा करता है। उदाहरण के लिए, एक लागू अमेरिकी क्षेत्र के प्रभाव में बुलबुला दोलनों की अत्यधिक nonlinear प्रकृति आसपास के तरल में माइक्रोस्ट्रीमिंग उत्पन्न कर सकती है जो दोनों दवा संवहन20 को बढ़ा सकती है और बुलबुले के आसपास के ऊतकों पर कतरनी तनाव डालती है। यह विशेष रूप से प्रचलित है जब बुलबुले एक सीमा के आसपास होते हैं, जिससे बुलबुले गैर-गोलाकार रूप से दोलन होते हैं, और संभावित रूपसे कतरनी-प्रेरित पारमेबिलाइजेशन21, 22,23,24के माध्यम से दवा तेज को बढ़ावा दे सकते हैं। उच्च दबावों पर, बड़े आयाम दोलन और तेजी से बुलबुला पतन मनाया जाता है, प्रत्यक्ष यांत्रिक तनाव25 प्रदान करता है और अक्सर सदमे तरंगों को उत्पन्न करता है, और परिणामस्वरूप बड़े दबाव ढाल जो ऊतकों को बाधित और पार कर सकते हैं26,27। सतह के पास बुलबुले के गिरने से उच्च वेग वाले तरल माइक्रोजेट28 , 29,30का निर्माण भी होसकताहै । ये माइक्रोजेट ऊतक में प्रवेश कर सकते हैं, संभावित रूप से छिद्रों का निर्माण कर सकते हैं या माध्यमिक तनाव तरंगों को प्रेरित कर सकते हैं31,32। ऊतक और सेलुलर दोनों स्तरों पर जैविक झिल्ली के पारमेबिलाइजेशन को विभिन्न रूप से सोनोफोरेसिस के रूप में जाना जाता है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से त्वचा पारमशीलता33, 34और सोनोपोरेशन में यूएस-प्रेरित वृद्धि के संदर्भ में किया जाता है, जिसका उपयोग मुख्य रूप से झिल्ली35, 36के गठन के कारण सेलुलर झिल्ली के रिवर्सिबल पारमेबिलाइजेशन का वर्णन करने के लिए कियाजाताहै।

दोलन बुलबुले के तुरंत आसपास के तरल में चिपचिपा अवशोषण एक पर्याप्त हीटिंग प्रभाव37का उत्पादन कर सकता है। इसके अलावा, अत्यधिक गैर-रैखिक दोलन ड्राइविंग अमेरिकी क्षेत्र की तुलना में अधिक आवृत्तियों पर ध्वनिक विकिरण का उत्पादन करते हैं। इससे आसपास के ऊतकों में अवशोषण बढ़ जाता है और38को और गर्म किया जाता है । बुलबुला पतन भी क्षणिक उच्च तापमान और बुलबुला कोर में दबाव के कारण रासायनिक प्रभाव के साथ हो सकता है, जैसे अत्यधिक प्रतिक्रियाशील प्रजातियों और विद्युत चुम्बकीय विकिरण की पीढ़ी, जिसे सोनोल्यूमिनेसेंस32के रूप में जाना जाता है। इन प्रभावों की जांच की गई है ताकि डिलीवरी39 के लिए प्रासंगिक सेलुलर रास्तों के संभावित क्षति और/या सक्रियण का आकलन किया जा सके और सोनोडायनामिक थेरेपी 40 , 41 ,42,43के रूप में जाने वाले दृष्टिकोण में प्रकाश-संवेदनशील दवाओं के स्थानीय सक्रियण में शोषण किया जा सके ।

कई अमेरिकी-मध्यस्थता बायोइफेक्ट पूरी तरह से अमेरिकी क्षेत्र मापदंडों (दबाव आयाम, आवृत्ति, पल्स लंबाई और पुनरावृत्ति आवृत्ति, और जोखिम की अवधि) के नियंत्रण के माध्यम से शुरू किए जा सकते हैं, लेकिन जैविक ऊतक में मज़बूती से कैविटेशन पैदा करने के लिए अक्सर उच्च इनपुट ऊर्जा की आवश्यकता होती है और इसलिए नुकसान का एक ऊंचा जोखिम होता है। बहिर्जात या कृत्रिम कैविटेशन नाभिक का परिचय ऊपर चर्चा किए गए प्रभावों की व्यापक श्रृंखला का उत्पादन करने के लिए आवश्यक इनपुट ऊर्जा को काफी हद तक कम कर सकता है और आगे अतिरिक्त प्रभावों का परिचय देता है जो अकेले हमारे साथ संभव नहीं हो सकता है। कैविटेशन नाभिक में गैस के बुलबुले26,44, तरल बूंदें45 , 46,47और ठोस कण48,49 ,50शामिल हैं , जिनमें नैनोस्केल कैविटेशन नाभिक लंबे समय तक परिसंचरण समय, बेहतर अतिरिक्त और लंबे समय तक झुकने वाली गतिविधि49,51,52,533 केसंदर्भ में उनके लाभों के लिए जांच का एक आकस्मिक क्षेत्र है।

सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले नाभिक गैस माइक्रोबबल (एमबीएस) हैं, जो मूल रूप से नैदानिक इमेजिंग में कंट्रास्ट एजेंट के रूप में उपयोग किए जाते हैं। वे आम तौर पर व्यास में 1-2 माइक्रोमीटर होते हैं और आसपास के माध्यम में कम जलीय घुलनशीलता के साथ एक उच्च आणविक वजन गैस का एक कोर होते हैं । कोर एक सुरक्षात्मक लिपिड, प्रोटीन, या बहुलक खोल से घिरा हुआ है जो आमतौर पर फॉस्फोलिपिड54से मिलकर बनता है। जब एक अमेरिकी क्षेत्र के संपर्क में, एमबीएस की संपीड़न उन्हें वॉल्यूमेट्रिक दोलनों से गुजरना पड़ता है, नतीजतन मजबूत ध्वनिक बिखरने का उत्पादन होता है, जो एक विपरीत एजेंट के रूप में एमबीएस की सफलता के लिए जिम्मेदार है। जैसा कि उल्लेख किया गया है, इन दोलनों से उपरोक्त यांत्रिक, थर्मल और रासायनिक प्रभाव भी पैदा होते हैं जिनका उपयोग चिकित्सीय अनुप्रयोगों में किया जा सकता है। एमबी कोटिंग प्रक्रिया एमबी संरचना के भीतर दवाओं को एनकैप्सुलेट करने और एमबी सतह पर प्रजातियों को संलग्न करने के लिए एक तंत्र भी प्रदान करती है । यह तकनीक प्रणालीगतविषाक्तताको कम करने के लिए दवाओं की रिहाई शुरू करने की सुविधा प्रदान करती है । यह भी हाल ही में दिखाया गया है कि एमबी सतह से सामग्री जैविक संरचनाओं को हस्तांतरित किया जा सकता है,तथाकथित "सोनोप्रिंटिंग"56, 57,58के माध्यम से दवा वितरण को बढ़ाने।

अमेरिका में मध्यस्थता कैविटेशन गतिविधि की निगरानी विट्रो और वीवो दोनों में परिणामी जैविक प्रभावों में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकती है और संभावित रूप से इन प्रभावों की ट्यूनिंग और अनुकूलन के लिए अनुमति देती है। कैविटेशन गतिविधि की निगरानी के लिए दो सबसे व्यापक रूप से लागू तरीके मैं हैं) ऑप्टिकल, जो अल्ट्रा हाई स्पीड वीडियो माइक्रोस्कोपी का उपयोग करते हैं और आम तौर पर वीवो में व्यवहार्य नहीं होतेहैं; और ii) ध्वनिक, जो दोलन और/या टूट बुलबुले द्वारा उत्पादित फिर से विकिरणित ध्वनि क्षेत्रों को रिकॉर्ड करते हैं । ध्वनिक संकेत के आयाम और आवृत्ति घटकों दोनों में बुलबुला व्यवहार के बारे में जानकारी होती है। कम घटना पर बुलबुले की कम सांद्रता अमेरिकी आयाम मुख्य रूप से हार्मोनिक उत्सर्जन (ड्राइविंग आवृत्ति के पूर्णांक गुणक)५९का उत्पादन करने के लिए दिखाया गया है । ड्राइविंग दबाव बढ़ने के साथ, बुलबुला उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में उपहरमोनिक्स और अल्ट्राहारमोनिक्स60 के रूप में जाना जाने वाला आंशिक घटक भी हो सकता है जो मजबूत नॉनलाइनियर व्यवहार के साथ-साथ ब्रॉडबैंड शोर का संकेत देता है, जो जड़ता कैविटेशन का संकेत है। पूर्णांक हार्मोनिक्स बुलबुला दोलन का एक प्राथमिक संकेतक हैं, लेकिन यह भी एक प्रयोगात्मक प्रणाली में कहीं भी गैर-रैखिकताओं के कारण हो सकता है, उदाहरण के लिए, गैर-रैखिक प्रचार के कारण। इसके विपरीत, आंशिक हार्मोनिक्स और ब्रॉडबैंड शोर बुलबुला गतिशीलता के साथ बहुत दृढ़ता से सहसंबद्ध हैं।

बुलबुला व्यवहार और पता चला ध्वनिक उत्सर्जन के बीच संबंध घटना अमेरिकी क्षेत्र, नाभिक पर्यावरण, और पता लगाने मार्ग६०की विशेषताओं सहित कारकों से जटिल हो सकता है । फिर भी, बुलबुला व्यवहार और कोशिकाओं के साथ उनकी बातचीत के बारे में महत्वपूर्ण जानकारी ध्वनिक स्पेक्ट्रम में आवृत्ति और ऊर्जा में समझदार प्रवृत्तियों द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। ये डेटा मूल्यवान जानकारी भी प्रदान कर सकते हैं जिसका उपयोग नैदानिक उपचार निगरानी तकनीकों के लिए आधार बनाने के लिए किया जा सकता है। इस जानकारी का पूरी तरह से दोहन करने के लिए, मजबूत, अनुवादयोग्य और प्रजनन योग्य प्रयोगात्मक तरीकों के विकास की आवश्यकता है।

वर्तमान में सिस्टम डिजाइन करने और कैविटेशन-असिस्टेड उपचारों के विकास का समर्थन करने के लिए अध्ययन करने के लिए रिपोर्ट किए गए प्रोटोकॉल में पर्याप्त भिन्नता है। उपकरण के संदर्भ में, डिजाइन दृष्टिकोणों की एक श्रृंखला शुरू की गई है। कई समूहों ने समानांतर-प्लेट कक्षों56, 61,62,63का उपयोग किया है, या तो कस्टम निर्मित या व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है (उदाहरण के लिए, ऑप्टीसेल, थर्मोफिशर साइंटिफिक)। हू एट अल ( 2013) ने एक सेल चैंबर विकसित किया जिसमें यूएस सोनीशन मॉड्यूल और रीयल-टाइम कॉन्मोकल इमेजिंग64,कारुगो एट अल शामिल हैं। (2015) ने एक प्रणाली का उपयोग किया जिसमें एक वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध सेल कल्चर डिश शामिल है जिसमें एक कस्टम-निर्मित पीडीएमएस ढक्कन के साथ अमेरिका के एक्सपोजर65के दौरान पानी के स्नान में पनडुब्बी के लिए अनुमति देने के लिए, और पेरेनो एट अल(2018) ने एक डिवाइस का उपयोग किया जिसमें स्तरित एसीओस्टोफ्लुइडिक एनाउंसर्स शामिल थे जो एक साथ ऑप्टिकल और बबल-सेल इंटरैक्शन66के ध्वनिक लक्षण वर्णन की अनुमति देते हैं। कस्टम-फैब्रिकेटेड और एप्लिकेशन-विशिष्ट डिजाइनों का उपयोग अमेरिकी क्षेत्र और अन्य पर्यावरण जोखिम स्थितियों के लक्षण वर्णन को जटिल बनाता है, जिससे क्रॉस अध्ययन तुलना चुनौतीपूर्ण हो जाती है। उदाहरण के लिए, सफल सोनोपोरेशन प्राप्त करने के लिए पहचाने गए अमेरिकी मापदंडों में काफी भिन्नता है, जिसमें 0.02 से 15 मेगाहर्ट्ज तक की केंद्र आवृत्तियां, 1% से लेकर निरंतर तरंग तक शुल्क चक्र, और 0.1 से 20 एमपीए23,64, 67,68,69,70(टेबल 1 टेबल)से लेकर दुर्लभ विघटनकारी दबाव शामिल हैं। स्पेक्ट्रल घटकों (हार्मोनिक्स, उप-हार्मोनिक्स आदि) में इसी तरह काफी भिन्नता है जिसे विशेष बायोइफेक्ट से जुड़े होने के रूप में पहचाना गया है।

इसलिए, इस काम का उद्देश्य कैविटेशन-प्रेरित सेलुलर बायोइफेक्ट के इन विट्रो अध्ययन के लिए एक आसानी से प्रजनन प्रणाली डिजाइन और कार्यान्वयन ढांचा प्रदान करना है, जिसमें कैविटेशन निगरानी क्षमता को विशिष्ट शामिल किया गया है।

Protocol

1. सिस्टम डिजाइन सिद्धांत

नोट: यह अनुभाग यूएस एक्सपोजर और कैविटेशन मॉनिटरिंग के लिए सिस्टम बनाने के लिए उपयोग किए जाने वाले डिजाइन सिद्धांतों को प्रस्तुत करता है। इन सिद्धांतों ध्वनिक ट्रांसफैक्शन (SAT) (चित्र 1 में दिखाया गया है) के लिए दो मौजूदा प्रणालियों केसाथ सचित्र हैं । प्रत्येक प्रणाली में एक सेल एक्सपोजर डिब्बे, एक अमेरिकी स्रोत, और एक निष्क्रिय कैविटेशन डिटेक्टर (पीसीडी) के रूप में कार्य करने वाला एक तत्व ट्रांसड्यूसर होता है, जिनमें से सभी को बेंचटॉप टेस्ट चैंबर में एकीकृत किया जाता है। ये डिजाइन कारुगो एट अल (2015)65में वर्णित पूर्व प्रणाली विकास पर निर्माण करते हैं।

  1. उपयोग में आसानी को अधिकतम करें।
    1. मौजूदा वाणिज्यिक सेल संस्कृति उपकरणों का उपयोग करके मौजूदा वाणिज्यिक सेल संस्कृति उपकरणों को सीडिंग/विकास सब्सट्रेट्स के रूप में उपयोग करके सेल एक्सपोजर डिब्बे को मौजूदा संस्कृति तकनीकों और इमेजिंग सिस्टम के साथ संगत बनाएं ।
      1. SAT2 के लिए, एक संस्कृति पकवान (35 मिमी व्यास, जिसमें से एक 21 मिमी व्यास क्षेत्र नमूदार है, सामग्री की तालिकादेखें) का उपयोग करें।
      2. SAT3 के लिए, ट्रांसवेल डालने (6.5 मिमी व्यास, सामग्री की तालिकादेखें) का उपयोग करें। ट्रांसवेल्स में पारमी झिल्ली होती है और इसलिए पानी के बजाय सेल मीडिया में रखे जाने की जरूरत होती है ।
  2. सेल एक्सपोजर डिब्बे की तेजी से लोडिंग और सीलिंग सक्षम करें।
    1. संस्कृति पकवान (कारुगो एट अल 201565)पर एक लचीला बहुलक ढक्कन फिटिंग प्रेस द्वारा SAT2 सेल एक्सपोजर डिब्बे बनाएं। जैसा कि चित्रा 1Cमें देखा गया है, ढक्कन में 1.2 मिमी व्यास छेद की एक जोड़ी है जो डिब्बे को 18 जी कुंद सुई सिरिंज के साथ भरने की अनुमति देती है। भरने के बाद, इन भरने वाले बंदरगाहों को छोटे प्लास्टिक छड़(सामग्री की तालिका) केसाथ सील करें।
    2. एक रबर डाट/डाट फिटिंग प्रेस द्वारा सिरिंज या पिपेट और सील द्वारा SAT3 डिब्बे भरें ।
    3. परीक्षण कक्ष में सीलबंद सेल एक्सपोजर डिब्बे की तेजी से लोडिंग सक्षम करें। सेल एक्सपोजर डिब्बों के लिए धारकों को कक्ष ढक्कन में बनाया गया था, जहां उचित संरेखण सुनिश्चित करने के लिए एक हल्का प्रेस-फिट पर्याप्त है। चित्रा 1में दिखाए गए सिस्टम के साथ, नमूना परिवर्तन के लिए समय 20 सेकंड के रूप में कम हो सकता है जब कई सेल एक्सपोजर डिब्बों को पहले से तैयार किया गया है ।
    4. कक्ष आंतरिक मात्रा को कम से कम करें ताकि प्रणाली पोर्टेबल हो और आवश्यक जल/मीडिया की मात्रा को कम किया जा सके । ऐसा करने से कोशिका एक्सपोजर डिब्बे से आकस्मिक फैल या कैविटेशन एजेंटों के लीक से वसूली में भी तेजी आती है।
      नोट: SAT2 आंतरिक मात्रा लगभग 0.8 एल है। SAT3 आंतरिक मात्रा लगभग 7.6 एल है - आसान लोडिंग और स्रोत ट्रांसड्यूसर या इसके विन्यास के परिवर्तन को समायोजित करने के लिए बड़ा बनाया गया है। डिस्पोजेबल मात्रा को कम करने और टैंक भरने वाले पानी (जैसे, सेल कल्चर मीडिया) का उपयोग करने के अलावा जैविक रूप से प्रासंगिक तरल पदार्थों का उपयोग करने की अनुमति देने के लिए 0.3 एल का एक आंतरिक कक्ष जोड़ा गया था। आंतरिक कक्ष नीचे अधिकतम ध्वनिक संचरण की अनुमति देने के लिए 30 माइक्रोन मोटी mylar शीट से बना है।
    5. जब संभव हो तो कक्ष और आंतरिक घटकों को ऑप्टिकल रूप से स्पष्ट सामग्रियों से बाहर करें, ताकि किसी भी समस्या (जैसे, लीक, फंसे हुए मैक्रोबबल) को जल्दी से देखा और सुधारा जा सके।
  3. एक्सपोजर डिब्बे की ध्वनिक संक्रामकता को अधिकतम करें।
    1. डिब्बे की दीवार सामग्री और मोटाई के विकल्पों के माध्यम से संक्रामकता को अधिकतम करें। इस धारणा के तहत कि दीवार के दोनों ओर तरल पदार्थ अनिवार्य रूप से समान हैं (उदाहरण के लिए, पानी), सामान्य घटना दबाव ट्रांसमिशन गुणांक71 का परिमाण है:
      Equation 1, जहां λ मोटाई एलकी दीवार में तरंगदैर्ध्य Equation 2 है, और जेडएल और जेडओ दीवार सामग्री और तरल के लिए क्रमशः विशेषता बाधाएं (घनत्व और ध्वनि गति के उत्पाद) हैं। टी = 1 सही संचरण इंगित करता है।
    2. कैविटेशन (जैसे, 1-8 मेगाहर्ट्ज) की व्यापक स्पेक्ट्रम निगरानी के लिए, अधिकांश प्रयोगशाला पॉलिमर (जैसे, पीडीएमएस, पीएफई, पॉलीस्टीरिन) संचारित दबाव को 10% से अधिक नहीं बदल देगा यदि सामग्री कीमोटाई सामग्री में तरंगदैर्ध्य के 1/10 वें से कम है। इस स्थिति को उच्च आवृत्तियों पर मानक आपूर्ति के साथ पूरा करना मुश्किल हो सकता है (उदाहरण के लिए, #1.5 8 मेगाहर्ट्ज पर कवरलिप), इसलिए ट्रांसमिशन फ्रीक्वेंसी प्रतिक्रिया की भविष्यवाणी करना या सीधे जांचना अच्छा अभ्यास है।
    3. सेल एक्सपोजर डिब्बे में अमेरिकी स्रोत संकेत के संकीर्ण बैंड संचरण के लिए, एक मोटा परत की अनुमति अगर यह लगभग परत सामग्री में एक आधा तरंगदैर्ध्य का एक पूर्णांक कई है । उदाहरण के लिए, SAT2 में पीडीएमएस ढक्कन का उपयोग 2.0 मिमी (1 मेगाहर्ट्ज पर ~ 2 तरंगदैर्ध्य, सीपीडीएमएस ~ 1000 मीटर/एस) की मोटाई पर किया जाता है।
  4. स्रोत और सेल पर्यावरण के चयन के माध्यम से एक्सपोजर क्षेत्र को अधिकतम करें।
    1. उजागर कोशिकाओं की संख्या को अधिकतम करने के लिए, उपलब्ध संस्कृति और इमेजिंग उपकरणों के साथ अनुकूलता बनाए रखते हुए सेल लगाव के क्षेत्र को यथासंभव व्यापक बनाएं।
    2. एक ऐसे क्षेत्र के साथ अमेरिकी स्रोत का उपयोग करें जो एक बड़े केंद्रित स्रोत (SAT2) के पूर्व-फोकल क्षेत्र या मुख्य पालि चौड़ाई के साथ एक केंद्रित या लेंस स्रोत का उपयोग करके न्यूनतम स्थानिक परिवर्तनशीलता के साथ सेल अटैचमेंट क्षेत्र तक फैला है जो सेल अटैचमेंट क्षेत्र (SAT3) के व्यास से मेल खाता है। विशिष्ट स्रोतों के लिए सामग्री की तालिका देखें।
    3. कोशिका डिब्बे धारक द्वारा शुरू की गई क्षेत्र जटिलता को कम से कम करके सेल डिब्बे को घटना क्षेत्र के सबसे मजबूत हिस्से से अच्छी तरह से दूर कर दिया जाता है, धारक के बिखरने वाले क्रॉस सेक्शन को कम करता है या धारक पर अवशोषित सामग्री रखता है। चित्रा 1ए और 1डीमें उदाहरण दिखाए गए हैं ।
  5. दोहराने योग्य एक्सपोजर स्थितियां सुनिश्चित करें।
    1. आंशिक रूप से भरे कक्षों में हवा-पानी इंटरफेस से उत्पन्न हो सकने वाले परिवर्तनशीलता को समाप्त करने के लिए ध्वनिक क्षेत्र को एक निश्चित सीमा में समाप्त करें। SAT2 और 3 में, यह सीमा प्रतिबिंब से उत्पन्न हो सकता है कि क्षेत्र जटिलता को कम करने का एक और लाभ के साथ कक्ष ढक्कन पर एक ध्वनिक अवशोषक (सामग्रीकी मेज देखें) स्थापित करके पूरा किया जाता है।
    2. एम्पलीफायर आउटपुट/सोर्स इनपुट पर सोर्स ड्राइव वोल्टेज की निगरानी और रिकॉर्ड करें ताकि मामूली परिवर्तनशीलता या बड़ी खराबी का जल्दी पता लगाया जा सके । एक वोल्टेज जांच या अन्य डिवाइस का उपयोग करें जो रुचि की ड्राइव वोल्टेज रेंज पर उपयोग करने के लिए सुरक्षित है। समय-समय पर एक प्रसिद्ध स्रोत जैसे तरंग जनरेटर का उपयोग करके वोल्टेज जांच के अंशांकन की जांच करें।
    3. कक्ष और उसकी सामग्री के तापमान को नियंत्रित, मॉनिटर और रिकॉर्ड करें। कोशिकाओं, ट्रांसड्यूसर और प्रचार माध्यम की प्रतिक्रियाएं सभी तापमान संवेदनशील हो सकती हैं। SAT2 में, निगरानी और नियंत्रण एक पानी कंडीशनिंग प्रणाली से जुड़े परिसंचरण बंदरगाहों की एक जोड़ी के साथ पूरा कर रहे हैं, जबकि SAT3 एक मछलीघर हीटर (नहीं दिखाया) कार्यरत हैं । चिकित्सकीय आवेदन के लिए प्रासंगिक शारीरिक स्थितियों की नकल करने के लिए आवश्यक पानी के तापमान को सेट करें।
      नोट: आंतरिक तापमान बाहरी कारकों के परिणामस्वरूप और ट्रांसड्यूसर और माध्यम के यूएस-जनित हीटिंग दोनों को बदल सकता है।
    4. सावधानी से चैंबर तरल (ओं) को अनपेक्षित कैविटेशन की संभावना को कम करने और/या प्रचार पथ में पहले से मौजूद बुलबुले से बिखरने के लिए degas ।
      नोट: यदि डेगासिंग नहीं की जाती है, उदाहरण के लिए कोशिकाओं पर नकारात्मक प्रभाव के कारण, तो बुलबुला गतिविधि का एक बढ़ाया पृष्ठभूमि स्तर होगा, जिसके लिए उपयुक्त है।
  6. पूरी तरह से इकट्ठे सिस्टम को कैलिब्रेट करें।
    1. जब सभी सिस्टम घटक मौजूद हों, जिसमें सेल एक्सपोजर डिब्बे सहित सभी सिस्टम घटक मौजूद हों, उजागर कोशिकाओं पर दबाव क्षेत्र की घटना को मापने का एक साधन शामिल करें। SAT2 और 3 में, यह कक्ष ढक्कन में एक खोलने के साथ पूरा किया जाता है जिसके माध्यम से एक सुई या फाइबर ऑप्टिक हाइड्रोफोन को मापा जा करने के लिए क्षेत्र को परेशान किए बिना डाला जा सकता है। माप को यथासंभव बंद करें जहां कोशिकाएं स्थित हैं।
    2. एक संवेदनशील त्रिज्या (एकआरसीवी)के साथ एक हाइड्रोफोन चुनें काफी छोटा है कि यह दबाव क्षेत्र को मापा जा रहा है गलत रिपोर्ट नहीं करेगा । स्वीकार्य आकार स्रोत आवृत्ति(एफ)और त्रिज्या(एकएसआरसी) केसाथ-साथ स्रोत और फील्ड स्कैन(जेडआरसीवी)के बीच की दूरी का एक कार्य है। हाइड्रोफोन आकार चयन के लिए एक सामान्य कसौटी है: Equation 6 , जिससे: Equation 7 जहां सी ध्वनि गति72है।
    3. सुनिश्चित करें कि हाइड्रोफोन को सिस्टम लक्षण वर्णन में उपयोग की जाने वाली शर्तों के तहत कैलिब्रेट किया गया है, जिसमें धारा 1.6 में निर्दिष्ट तापमान शामिल है। विशेष रूप से, यदि हाइड्रोफोन स्कैन विमान के संबंध में एक कोण पर आयोजित किया जाता है, तो हाइड्रोफोन को उस कोण पर कैलिब्रेट किया जाना चाहिए, क्योंकि निर्देशीयता प्रभाव विशुद्ध रूप से ज्यामिति पर आधारित अपेक्षित लोगों से काफी भिन्न हो सकते हैं। तापमान के संबंध में हाइड्रोफोन संवेदनशीलता में परिवर्तन निर्माता से उपलब्ध होना चाहिए।
    4. पूरे उस क्षेत्र को स्कैन करें जिसमें कोशिकाओं को उजागर किया जा सकता है। फ़ील्ड डिटेल के उचित स्तर पर कब्जा करने के लिए, ब्याज की उच्चतम आवृत्ति पर तरंगदैर्ध्य के1/5 से कोई मोटा नहीं स्कैन का उपयोग करें। यदि अप्रत्याशित क्षेत्र जटिलता देखी जाती है, तो प्रत्यक्ष और बिखरे हुए क्षेत्र योगदान की पहचान और मात्राकरण की अनुमति देने के लिए शॉर्ट बर्स्ट सिग्नल (जैसे, 1-3 चक्र) का उपयोग करने पर विचार करें।
  7. एक कैविटेशन निगरानी क्षमता को शामिल करें।
    1. एक रेट्रोफिट के रूप में के बजाय समग्र प्रणाली के डिजाइन के हिस्से के रूप में निगरानी ट्रांसड्यूसर प्रकार और प्लेसमेंट का निर्धारण करें। व्यवहार में, यह एक ऐसी प्रणाली की ओर जाता है जो महत्वपूर्ण प्रणाली घटकों को मज़बूती से संरेखित करने की क्षमता का त्याग किए बिना अधिकतम कॉम्पैक्ट होती है।
    2. सिस्टम में एक कैविटेशन मॉनिटरिंग डिवाइस को इस तरह से रखें कि इसे कम से कम अतिरिक्त सेटअप समय या कार्यप्रवाह में गड़बड़ी के साथ फिर से तैनात किया जा सके। SAT2 में, यह एक एकल तत्व पीजोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर के साथ पूरा किया जाता है जो कक्ष ढक्कन में लगे पीसीडी के रूप में कार्य करता है, जबकि SAT3 पीसीडी को 90 डिग्री रिफ्लेक्टर का उपयोग करके स्रोत आधार में एकीकृत करता है।
    3. प्रयोगों के उद्देश्यों के अनुसार पीसीडी आकार का चयन करें। चित्रा 2में, अनफोकस्ड (बाएं) और केंद्रित (दाएं) उपकरणों के आधे आयाम आकृति की गणना आवृत्ति के संबंध में स्थानिक संवेदनशीलता में गहरा अंतर दिखाती है। अनफोकस्ड डिवाइस आवृत्ति के संबंध में मामूली स्थानिक भिन्नता के साथ बड़ी मात्रा की निगरानी के लिए बेहतर अनुकूल है, जबकि केंद्रित डिवाइस ब्याज की आवृत्तियों पर अधिक रेडियल कॉम्पैक्ट माप के लिए बेहतर अनुकूल है।
    4. प्रयोग की जरूरतों को पूरा करने के लिए पीसीडी सेंटर फ्रीक्वेंसी और बैंडविड्थ का चयन करें। केंद्र आवृत्ति आम तौर पर प्रत्यक्ष स्रोत उत्सर्जन के प्रति संवेदनशीलता को कम करने के लिए अमेरिकी स्रोत की कम से कम पांच गुना होने के लिए चुना जाता है। बैंडविड्थ को आमतौर पर बुलबुला व्यवहार (हार्मोनिक और ब्रॉडबैंड शोर) की एक विस्तृत श्रृंखला का निरीक्षण करने के लिए अधिकतम किया जाता है।
    5. अगले खंड में वर्णित कैविटेशन डेटा के विश्लेषण की अनुमति देने के लिए कंडीशनिंग, रिकॉर्डिंग और प्रसंस्करण विधियों का चयन करें।

2. कैविटेशन मॉनिटरिंग के लिए इंस्ट्रूमेंटेशन एंड प्रोसेसिंग

नोट: यह अनुभाग कैविटेशन मॉनिटरिंग डेटा के संग्रह के लिए अनुशंसित सिग्नल प्रवाह घटकों और कार्यों और डेटा प्रसंस्करण को प्रस्तुत करता है जो कैविटेशन गतिविधि के गुणात्मक और मात्रात्मक आकलन की ओर जाता है।

  1. इंस्ट्रूमेंटेशन (चित्र 3भी देखें)।
    1. जब तक आवेदन एक अनुकूलित डिवाइस के लिए कॉल, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एकल तत्व ट्रांसड्यूसर की विस्तृत श्रृंखला से एक PCD का चयन करें, आम तौर पर जलमग्न लक्ष्यों के गैर विनाशकारी परीक्षण के लिए विपणन । इन आपूर्तिकर्ताओं में केबलिंग और एक्सेसरीज भी हैं (उदाहरण के लिए, SAT3 में दर्पण रिफ्लेक्टर)।
    2. अमेरिकी स्रोत के लिए पीसीडी प्रतिक्रिया को कम करें। यह पीसीडी (केंद्र आवृत्ति और बैंडविड्थ) के चयन और एक पायदान या उच्च पास फिल्टर का उपयोग करके दोनों किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध या तो स्टैंडअलोन मॉड्यूल के रूप में या सिग्नल कंडीशनिंग डिवाइस के हिस्से के रूप में लागू किया जा सकता है।
    3. छोटे संकेतों के उच्च सिग्नल क्लिपिंग और अधिकतम सिग्नल टू शोर अनुपात (एसएनआर) की न्यूनतम संभावना के साथ जितना संभव हो उतना डेटा कैप्चर करने के लिए एक बड़ी गतिशील रेंज (कम से कम 12 बिट्स) के साथ एक डिजिटाइजर का उपयोग करें। उपकरणों की तुलना करते समय, सिग्नल टू शोर और विरूपण और/या प्रभावी संख्या बिट्स के लिए विनिर्देशों की समीक्षा करें, क्योंकि ये प्राप्य गतिशील रेंज के अधिक पूर्ण विवरण हैं । यह भी विचार करें कि क्या मेमोरी बफर का आकार वांछित लंबाई और डेटा कैप्चर की दर के लिए पर्याप्त है या नहीं।
    4. डिजिटाइज़र की गतिशील रेंज के उपयोग को अनुकूलित करें। पीसीडी सिग्नल परिमाण के कई आदेशों को कवर कर सकते हैं, क्योंकि लंबे एक्सपोजर (बुलबुले समाप्त हो जाते हैं) और यदि अलग-अलग यूएस ड्राइव स्तरों पर प्रयोग चल रहे हैं। इसलिए यह जांचना आवश्यक है कि सिग्नल कंडीशनिंग चेन सभी संकेतों को तराजू ताकि उन्हें ठीक से दर्ज किया जा सके।
    5. सिग्नल श्रृंखला में एक प्रीएम्प्लिफायर शामिल करें, ताकि छोटे अपेक्षित संकेतों को पर्याप्त रूप से कैप्चर किया जा सके। हमारे अनुभव में, पीसीडी आत्म-शोर अधिकांश डिजिटाइजरों से काफी नीचे है, इसलिए प्रीएम्पिलिफिकेशन (जैसे, <100x) की मामूली डिग्री अभी भी अंतिम परिणाम के एसएनआर में सुधार कर सकती है।
    6. एम्पलीफायर को संतृप्त करने से बचने के लिए प्रीएम्पलिफिकेशन से पहले अमेरिकी स्रोत आवृत्ति को फ़िल्टर करें।
    7. यदि किसी यूएस पल्सर/रिसीवर का उपयोग लाभ और/या फ़िल्टरिंग क्षमताओं को प्रदान करने के लिए किया जाता है, तो इसका उपयोग पल्सर मोड में पथ की लंबाई/संरेखण की पुष्टि करने के लिए करें या पीसीडी और सेल एक्सपोजर कंपार्टमेंट के बीच प्रचार पथ में अप्रत्याशित स्कैटर की जांच करें ।
    8. डेटा की रियल टाइम स्ट्रीमिंग को स्टोरेज में सक्षम करें। SAT2 और SAT3 सिस्टम दोनों 12-बिट स्ट्रीमिंग यूएसबी ऑसिलोस्कोप (सामग्री की तालिकादेखें) को नियोजित करते हैं, जिसमें पोर्टेबिलिटी और अच्छी तरह से निर्मित उपयोगकर्ता इंटरफेस की सहूलियतें हैं।
    9. लाभ या बैंडविड्थ त्रुटियों से बचने के लिए सिग्नल श्रृंखला में उचित बाधा मिलान की पुष्टि करें। पीसीडी उपकरणों में आमतौर पर 50 ओम के पास आउटपुट बाधाएं होती हैं, इसलिए एक उपयुक्त प्रक्रिया पीसीडी को एक वेवफॉर्म जनरेटर (50 ओम आउटपुट बाधा के साथ) से एक ज्ञात संकेत के साथ बदलना है और पुष्टि करता है कि डिजिटाइज़र पर दिखाई देने वाला सिग्नल आकार अपेक्षाओं से मेल खाता है, इंजेक्शन सिग्नल बदलने पर तराजू, और ब्याज के सबसे बड़े संकेत के लिए कोई क्लिपिंग नहीं देखी जाती है।
  2. प्री-प्रोसेसिंग
    1. सिग्नल पथ में सभी ज्ञात लाभों और संवेदनशीलताओं के लिए कच्चे वोल्टेज संकेतों को सही करें जो ब्याज की आवृत्ति सीमा में डेटा के प्रसंस्करण से संबंधित हैं।
    2. यदि डेटा डीसी इनपुट कपलिंग के साथ दर्ज किया गया था या अन्यथा डीसी-ऑफसेट दिखाते हैं, तो इस ऑफसेट को सीधे घटाव या उच्च पास फ़िल्टर के साथ हटा दें।
  3. प्रत्येक रिकॉर्ड किए गए संकेत के पावर स्पेक्ट्रम पी की गणना करें।
    1. फोरियर ट्रांसफॉर्म लेंथ एनफीट सेट करें ताकि अमेरिकी सोर्स एफ0 की फंडामेंटल फ्रीक्वेंसी ट्रांसफॉर्म बिन चौड़ाई का एक बड़ा पूर्णांक मल्टीपल हो: एनफीट =   एनएफएस/एफ0,जहां एन एक पूर्णांक है और एफएस डिजिटाइज्ड डेटा का नमूना आवृत्ति है । स्पेक्ट्रल सुविधाओं के स्पष्ट कैप्चर के लिए 50 ≥ सेट करें। 50 मेगाहर्ट्ज पर नमूना 1 मेगाहर्ट्ज मौलिक के उदाहरण के लिए, एनफीट 2500 है और बिन चौड़ाई 0.02 मेगाहर्ट्ज है।
    2. चूंकि ट्रांसफॉर्म लेंथ एनफीट आमतौर पर रिकॉर्ड किए गए सिग्नल की अवधि से छोटा होता है, इसलिए वेल्च की विधि73जैसे पावर स्पेक्ट्रल डेंसिटी(पीएसडी)अनुमानक का उपयोग करें। एफ1 -एफ2 में फैले एक आवृत्ति बैंड में पावर Equation 13 है, जहां डीएफ ट्रांसफॉर्म बिन चौड़ाई है।
    3. प्रत्येक एक्सपोजर के दौरान बुलबुला गतिविधि की विशेषता के लिए, एफ 0 (हार्मोनिक्स), एफ0 /2 (अल्ट्राहारमोनिक्स), और ब्रॉडबैंड शोर (जड़त्वीय गुहा) केपूर्णांक गुणकों से बिजली स्पेक्ट्रम में योगदान का अनुमान लगाएं।
    4. हार्मोनिक और अल्ट्राहारमोनिक सामग्री सबसे बस विशिष्ट आवृत्तियों पर बिजली स्पेक्ट्रम मूल्यों का चयन करके अनुमान लगाया है । हालांकि, बड़े आयाम तानवाला प्रतिक्रियाएं आसपास की आवृत्ति डिब्बे (उदाहरण के लिए f0 ± 2-3) की एक छोटी संख्या में फैल सकती हैं, इसलिए इन्हें संकीर्ण बैंड पावर गणना में शामिल किया जाना चाहिए और ब्रॉडबैंड गणना से बाहर रखा जाना चाहिए।
    5. कुल पावर स्पेक्ट्रम से हार्मोनिक और अल्ट्राहारमोनिक योगदान के घटाव द्वारा ब्रॉडबैंड बैंड कैविटेशन पावर का अनुमान लगाएं। वैकल्पिक रूप से, इन योगदानों का अनुमान अधिक परिष्कृत पूर्व प्रसंस्करण74का उपयोग करके किया जा सकता है।
    6. जोखिम की अवधि में संचयी कैविटेशन सिग्नल ऊर्जा का अनुमान लगाएं, अधिमानतः स्पेक्ट्रम सुविधा/बुलबुला गतिविधि प्रकार के अनुसार ।
    7. यह मानते हुए कि सभी डेटा रिकॉर्ड में समान अवधि टीआरथी, रिकॉर्ड किए गए डेटा में संचयी ऊर्जा Equation 15 है, जहां एम रिकॉर्ड की संख्या को इंगित करता है।
    8. यदि रिकॉर्डिंग के बीच अंतराल हैं, जैसा कि एक्सपोजर निरंतर होने पर हो सकता है, और सहेजी गई फाइलें कुल एक्सपोजर अवधि टीईके एक अंश को कैप्चर करती हैं, तो संचयी ऊर्जा का अनुमान लगाया जा सकता है Equation 16
    9. अमेरिका की अनुपस्थिति में दर्ज पृष्ठभूमि शोर के उन लोगों के साथ स्पेक्ट्रम के स्तर की तुलना में माप एसएनआर का अनुमान लगाएं।

3. प्रायोगिक प्रोटोकॉल

  1. सैट की तैयारी
    1. कम से कम दो घंटे के लिए -105 पीए के दबाव में भरने वाले तरल (आमतौर पर फ़िल्टर किए गए पानी) को डीगैस करके प्रचार पथ में कैविटेशन की संभावना को कम करें। एक भंग ऑक्सीजन जांच के साथ पुष्टि है कि ऑक्सीजन का आंशिक दबाव 10 kPa से नीचे है की सिफारिश की है ।
    2. डिगास्ड तरल में हवा के फिर से शुरू होने को कम करने के लिए परीक्षण कक्ष को धीरे-धीरे भरें। यदि आवश्यक हो तो भरे हुए कक्ष को डीगैस करना जारी रखें।
    3. एक्सपोजर प्रयोग शुरू करने से तुरंत बाद और फिर से भरने के तुरंत बाद ट्रांसड्यूसर और मीडिया कंटेनर सतहों से सभी अवशिष्ट बुलबुले साफ करें।
    4. सुनिश्चित करें कि एक्सपोजर प्रयोग शुरू करने से पहले कक्ष और उसकी सामग्री का तापमान स्थिर हो गया है।
    5. अमेरिकी स्रोत पावर एम्पलीफायर को गर्म करने की अनुमति दें (निर्माता सिफारिश के अनुसार) ताकि समय के संबंध में लाभ और उत्पादन स्थिर रहे।
  2. एक्सपोजर कंपार्टमेंट की तैयारी
    1. कैविटेशन एजेंट निलंबन
      1. कैविटेशन एजेंट को कमजोर करते समय, मैक्रोबबल्स को फंसाए बिना या एजेंट को नष्ट किए बिना एक समान निलंबन करने के लिए धीरे-धीरे और लगातार हलचल करें (खासकर यदि वे बुलबुले खोल रहे हैं)।
      2. जब एमबीएस के साथ काम कर रहे हैं, तो लोडिंग प्रक्रिया75के दौरान विनाश को कम करने के लिए उपलब्ध सबसे बड़े गेज सुई का उपयोग करके धीरे-धीरे हटाएं और वितरित करें। सैट सिस्टम के साथ नियमित रूप से 18 जी कुंद भरने वाली सुई का उपयोग किया गया है।
  3. SAT2 तैयारी
    1. लाइव कोशिकाओं के साथ प्रयोगों में उपयोग करने से पहले पीडीएमएस ढक्कन को स्टरलाइज करें।
    2. संस्कृति पकवान के लिए पीडीएमएस ढक्कन फिटिंग प्रेस द्वारा सेल एक्सपोजर डिब्बे फार्म ।
    3. एक 18 जी कुंद सुई के साथ एक सिरिंज तैयार करें और लगभग 10 मिलीएमएल तरल (जैसे, एमबी निलंबन या पानी नियंत्रण) से भरें।
    4. पीडीएमएस में से एक के माध्यम से सुई डालें छेद भरें और धीरे-धीरे कक्ष को भरें, झुकाव ताकि मैक्रोबबल खुले भरने के छेद के माध्यम से बच सकें। सर्वोत्तम परिणामों के लिए, कक्ष को झुकाएं ताकि खुला छेद फिल होल से ऊपर हो।
    5. जब भरा, एक छोटी (4-5 मिमी) बहुलक रॉड डालने से खुले छेद को बंद करें। विधानसभा सेट करें ताकि दोनों छेद क्षैतिज हों।
    6. अतिरिक्त तरल पदार्थ का इंजेक्शन लगाते समय कुंद भरने वाली सुई को हटा दें ताकि हवा अंदर न खींची जा सके। एक और बहुलक रॉड के साथ छेद बंद करो। यह प्रक्रिया सेल एक्सपोजर डिब्बे की सीलिंग को पूरा करती है।
    7. नेत्रहीन फंसे मैक्रोबबल के सबूत के लिए डिब्बे की जांच करें, और यदि कोई पाया जाता है, तो 3.3.3.-3.3.6 दोहराएं।
    8. कंपार्टमेंट होल्डर में सेल एक्सपोजर कंपार्टमेंट को दबाएं। कक्ष के ऊपर जगह में कक्ष ढक्कन स्थापित करें। क्षैतिज के कोण के साथ ढक्कन को कम करना मैक्रोबुबल्स को जलमग्न हिस्सों (अवशोषक, धारक) पर आराम करने से हतोत्साहित करता है।
    9. सेल एक्सपोजर डिब्बे (जैसे, फ्लोटिंग बुलबुले या डूबने वाले नैनोकणों) के अभिविन्यास को तय करते समय निलंबन में कणों की उछाल पर विचार करें और यह कोशिकाओं के साथ उनके संपर्क को कैसे प्रभावित करेगा।
    10. सभी कार्यों में, कोशिका विकास की सतह और कोशिकाओं की टुकड़ी के लचीलेपन को कम करने के लिए जितना संभव हो उतना कम बल का उपयोग करें।
  4. SAT3 तैयारी
    1. ट्रांसवेल को लगभग 150 माइक्रोन तरल (जैसे, एमबी निलंबन या पानी नियंत्रण) के साथ भरें।
    2. एक रबर प्लग के साथ ट्रांसवेल को सावधानीपूर्वक सील करके सेल एक्सपोजर डिब्बे बनाएं, किसी भी ओवरफ्लो तरल को साफ पेपर तौलिया या पोंछ के साथ हटा दें। लाइव कोशिकाओं के साथ प्रयोगों में उपयोग करने से पहले, रबर प्लग को निष्फल करें।
    3. नेत्रहीन फंसे मैक्रोबबल के सबूत के लिए डिब्बे की जांच करें, और यदि कोई पाया जाता है, तो प्लग को हटा दें, मैक्रोबबल्स को हटा दें और 4.4.2 दोहराएं।
    4. कंपार्टमेंट होल्डर में सेल एक्सपोजर कंपार्टमेंट को दबाएं। कक्ष के ऊपर जगह में कक्ष ढक्कन स्थापित करें। क्षैतिज के कोण के साथ ढक्कन को कम करना मैक्रोबुबल्स को जलमग्न हिस्सों (अवशोषक, धारक) पर आराम करने से हतोत्साहित करता है।
      नोट: जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, मैक्रोबबल्स अमेरिकी एक्सपोजर प्रयोगों पर विभिन्न प्रकार के गैर-दोहराने योग्य और संभावित हानिकारक प्रभाव पैदा कर सकते हैं। सबसे गंभीर रूप से, सेल एक्सपोजर डिब्बे में फंसे मैक्रोबबल पीसीडी प्रतिक्रियाओं और स्थानीय सेलुलर बायोइफेक्ट का कारण बन सकते हैं जो अभीष्ट उपचार के प्रतिनिधि नहीं हैं। हमेशा नेत्रहीन अमेरिकी प्रयोगों को शुरू करने से पहले मैक्रोबबल्स को खोजने और हटाने के लिए सभी सिस्टम घटकों का निरीक्षण करें।

4. डाटा कलेक्शन

  1. नियंत्रण तरल (जैसे, डिगैस्ड पानी या सेल मीडिया) से भरे सेल एक्सपोजर डिब्बे के साथ प्रारंभिक प्रयोगों का संचालन करके पृष्ठभूमि पीसीडी प्रतिक्रिया स्तर स्थापित करें।
  2. पृष्ठभूमि इलेक्ट्रॉनिक शोर के स्तर को स्थापित करने के लिए अमेरिकी स्रोत ड्राइविंग के बिना पीसीडी डेटा रिकॉर्ड करें।
  3. नियोजित ड्राइव स्तरों की पूरी श्रृंखला पर अमेरिकी स्रोत को चलाते समय पीसीडी डेटा रिकॉर्ड करें। यह डेटा यह इंगित करेगा कि ध्वनिक प्रतिक्रिया के कौन से हिस्से बाद में परीक्षण किए जाने वाले कैविटेशन एजेंटों से असंबंधित हैं।
    नोट: आम प्रयोगशाला तरल पदार्थ (जैसे, पीबीएस या सेल मीडिया) मध्यम दबाव (उदाहरण के लिए 0.5 मेगाहर्ट्ज पर 0.5 MPa) पर कैविटेशन प्रदर्शित करेगा यदि नहीं डेगास किया गया है।
  4. माप शुरू करने से पहले, निलंबन के लिए समय दें कि कक्ष तापमान के साथ थर्मल रूप से संतुलन बना रहे हैं। इस उद्देश्य के लिए एक ठीक सुई थर्मोकपल उपयोगी हो सकता है।
  5. समय और आवृत्ति दोनों डोमेन में वास्तविक समय में प्रयोगों की निगरानी करें।
    1. पीसीडी की टाइम डोमेन मॉनिटरिंग से पता चलता है कि सिग्नल वर्तमान इंस्ट्रूमेंटेशन सेटिंग्स के लिए उचित आकार के हैं या नहीं। विशेष रूप से, सिग्नल क्लिपिंग से बचा जाना है, क्योंकि यह आवृत्ति डोमेन में बहु-टोन हार्मोनिक प्रतिक्रिया के रूप में दिखाई देगा।
    2. पीसीडी की टाइम डोमेन मॉनिटरिंग से यह भी पता चलता है कि अमेरिकी स्रोत से पीसीडी के एक्सपोजर कंपार्टमेंट तक प्रचार-प्रसार के समय के आधार पर कैविटेशन सिग्नल उम्मीद से पहले देखे जाते हैं या नहीं । यदि ऐसे संकेत देखे जाते हैं, तो यह परीक्षण कक्ष में कैविटेशन एजेंट के रिसाव का संकेत दे सकता है।
    3. पीसीडी की आवृत्ति डोमेन निगरानी बुलबुला व्यवहार के प्रकार को इंगित करती है और वांछित सेल उत्तेजना (उदाहरण के लिए, हार्मोनिक उत्तेजना के लिए कम ड्राइव स्तर) को प्राप्त करने के लिए आवश्यकतानुसार ड्राइव स्तरों को समायोजित करने के लिए उपयोग किया जा सकता है।
  6. यह सुनिश्चित करने के लिए कि पहले एक्सपोजर छूटे नहीं हैं, अमेरिकी स्रोत ड्राइव सिग्नल को चालू करने से पहले डेटा संग्रह प्रक्रिया शुरू करें।
  7. एम्पलीफायर आउटपुट सिग्नल की निगरानी करें जो पूरे प्रयोग में यूएस स्रोत (तरंग जनरेटर आउटपुट के विपरीत) ड्राइव करता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि एक्सपोजर उम्मीद के अनुसार आगे बढ़ रहा है। इस माप के लिए एक उच्च वोल्टेज जांच का उपयोग करें और सुनिश्चित करें कि आस्टसिलोस्कोप जांच क्षीणन के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए सेट है ।
  8. एक नमूना उजागर करने के बाद, ध्यान से परीक्षण कक्ष से इसे हटा दें।
    1. किसी भी बाद के उपयोग की तैयारी में पीडीएमएस ढक्कन (SAT2) /रबर प्लग (SAT3) को हटाएं और साफ करें।
    2. बाद के विश्लेषण (जैसे, माइक्रोस्कोपी, फ्लोरेसेंस इमेजिंग) के लिए आवश्यक संस्कृति पकवान (SAT2) /ट्रांसवेल (SAT3) को स्थानांतरित करें।
    3. एक्सपोजर की एक छोटी संख्या (जैसे, 3-5) के बाद, बेसलाइन कैविटेशन संकेतों (कैविटेशन एजेंट के अभाव में) को फिर से प्राप्त करना और यह सुनिश्चित करने के लिए मूल डेटा सेट के साथ तुलना करना अच्छा अभ्यास है कि चैंबर मीडिया दूषित नहीं हुआ है।

Representative Results

चित्रा 4 समय और आवृत्ति डोमेन पीसीडी प्रतिक्रियाओं के उदाहरण दिखाता है, जो तीन अलग-अलग कैविटेशन व्यवहार को दर्शाता है। सभी डेटा SAT3 पर एकत्र किए गए थे सोनोकुई एमबीएस का उपयोग करके पीबीएस में 5x पतला, ~2 * 107 MBs/ml की अंतिम एकाग्रता के साथ । इस खंड में सभी उदाहरणों के लिए तापमान 19 ± 1 डिग्री सेल्सियस था। अमेरिकी स्रोत 0.5 मेगाहर्ट्ज पर 2.0 एमएस पल्स के साथ 0.20(चित्रा 4A और 4B),0.30(चित्रा 4C और 4D),और 0.70 MPa(चित्रा 4ई और 4F)के घटना पीक नकारात्मक दबाव प्राप्त करने के लिए प्रेरित किया गया था। संकेत रिकॉर्डिंग अमेरिका पल्स के टी = 0 शुरू होने से पहले 1.4 एमएस शुरू हुआ। इनसेट निशान रिकॉर्ड (लाल) के रूप में संकेत दिखाते हैं और एक समय खिड़की के लिए एक 2 मेगाहर्ट्ज उच्च पास फिल्टर (नीला) के साथ स्रोत से सेल एक्सपोजर डिब्बे के लिए पीसीडी के लिए उड़ान के समय केंद्रित । इस समय से पहले निम्न स्तर की प्रतिक्रिया स्रोत से सीधे विकिरण प्राप्त होने के कारण है, जो विन्यास में आम है जहां पीसीडी अमेरिकी स्रोत के पीछे है।

सबसे कम घटना दबाव पर, पीसीडी प्रतिक्रिया में पूरी तरह से 0.5 मेगाहर्ट्ज मौलिक अमेरिकी आवृत्ति के पूर्णांक हार्मोनिक्स होते हैं। 0.20 से 0.30 एमपीए परिणाम में आगे ऊंचा पूर्णांक हार्मोनिक्स के अलावा स्पेक्ट्रम में स्पष्ट अल्ट्राहारमोनिक्स में परिणाम है। इन दो दबावों पर डोमेन तरंग समान दिखते हैं, हालांकि 0.30 एमपीए परिणाम पल्स अवधि में अधिक परिवर्तनशीलता दिखाते हैं। उच्चतम दबाव पर, स्पेक्ट्रम में दिखाई देने वाले स्पष्ट रूप से ऊंचा ब्रॉडबैंड शोर के परिणामस्वरूप कम दबावों के सापेक्ष समय डोमेन तरंग आयाम कम हो गया है। इस शोर को आमतौर पर जड़ता गुहा का परिणाम माना जाता है और इस उदाहरण में, आरबीएस के विनाश से मेल खाती है।

इसे और अधिक स्पष्ट रूप से देखने के लिए, समय के एक समारोह के रूप में पीसीडी प्रतिक्रियाओं चित्रा 5में दिखाया गया है । बाएं पैनल(चित्रा 5A)में, पूर्ण स्पेक्ट्रा को 50 सेकंड के एक्सपोजर समय पर दिखाया गया है, जिसके दौरान स्रोत हर 0.20 सेकंड में 2.0 एमएस दालों का उत्सर्जन करता है। इसी कुल, हार्मोनिक और ब्रॉडबैंड शक्तियों को सही पैनल(चित्रा 5B)में दिखाया गया है । अमेरिका टी = 3 .0 एस पर चालू किया गया था, जिस पर समय बड़े आयाम ब्रॉडबैंड प्रतिक्रियाओं को देखा गया । प्रारंभिक स्पाइक को निलंबन में सबसे बड़े बुलबुले के विनाश के अनुरूप माना जाता है (सोनोव्यू पॉलीडिस्पर्स है) और खोल बुलबुले के साथ और यहां तक कि गैर-डेगास्ड मीडिया (जैसे, पीबीएस) के साथ कैविटेशन प्रयोगों में एक आम अवलोकन है।

कुछ सेकंड के बाद, ब्रॉडबैंड प्रतिक्रिया तेजी से कम हो गई, जाहिरा तौर पर बुलबुला विनाश के कारण, और संकेत मुख्य रूप से हार्मोनिक्स शामिल है। इससे पता चलता है कि मुक्त गैस और शेष एमबीएस स्थिर और गैर-अतिष्टात्मक रूप से कंपन कर रहे हैं । टी ~ 50 के दशक में, ब्रॉडबैंड घटक मूल पृष्ठभूमि शोर के स्तर तक गिर गया है । इस तरह के एक्सपोजर परीक्षण इसलिए महत्वपूर्ण हैं जब टाइमस्केल को समझने की कोशिश कर रहे हैं जिसके दौरान विभिन्न बुलबुला प्रभाव कक्ष में कोशिकाओं पर कार्य कर सकते हैं।

बुलबुले अमेरिका के जोखिम और देखने के पीसीडी क्षेत्र में और बाहर के बाहर एमबीएस के आंदोलन के दौरान उत्पन्न विकिरण बलों के जवाब में अनुवाद करने की संभावना है, खासकर जब तनु निलंबन से निपटने पर निगरानी गुहा संकेत में परिवर्तनशीलता बढ़ सकती है । इसलिए पीसीडी के संवेदनशील क्षेत्र को जितना संभव हो सके सेल एक्सपोजर सतह का अधिक हिस्सा होना चाहिए। समान केंद्र आवृत्तियों के साथ केंद्रित प्रतिक्रियाओं और अनफोकस्ड पीसीडी की तुलना (चित्रा 2देखें) चित्रा 6में दिखाया गया है, सामान्य पीबीएस में एमबीएस के 20:1 कमजोर पड़ने का उपयोग करके SAT2 है। पैनल फिगर 6ए में समय और नमूना-औसत स्पेक्ट्रा से पता चलता है कि अनफोकस्ड पीसीडी में एक मजबूत ब्रॉडबैंड प्रतिक्रिया होती है, जिसके साथ हार्मोनिक(चित्रा 6 बी)और अल्ट्राहारमोनिक शक्तियों(चित्रा 6C)दोनों में कम नमूना-टू-सैंपल परिवर्तनशीलता होती है।

यह पहचानना महत्वपूर्ण है कि इन विट्रो सेल कार्य के लिए उपयोग किए जाने वाले मीडिया को डिगास नहीं किया जाता है और बुलबुला गतिविधि का एक बढ़ाया पृष्ठभूमि स्तर पेश कर सकता है। चित्रा 7 अपने आपूर्तिकर्ता द्वारा प्रदान किए गए रूप में उपयोग किए जाने वाले पीबीएस के SAT2 में प्रतिक्रिया दिखाता है और वैक्यूम के तहत दो घंटे के डेगासिंग के बाद, जिसके बाद ऑप्टिकल सेंसर (प्रेसेंस, जर्मनी) के साथ निर्धारित वायु संतृप्ति को 92% से घटाकर 46% कर दिया गया था। चित्रा 7A में स्पेक्ट्रा जोखिम समय पर औसत थे और पांच स्वतंत्र नमूनों के साथ दोहराता है, और स्पष्ट रूप से सामान्य PBS में स्पष्ट रूप से ऊंचा अल्ट्राहारमोनिक्स दिखाते हैं । तीन हार्मोनिक्स(चित्रा 7B)पर अभिव्यक्त शक्तियां प्रत्येक प्रायोगिक उत्पादन के मानक विचलन के भीतर अच्छी तरह से हैं। इसके विपरीत, चित्रा 7C में अल्ट्राहारमोनिक रकम से पता चलता है कि सामान्य पीबीएस में लगभग परिमाण उच्च स्तर का एक आदेश है और नमूनों के बीच काफी अधिक परिवर्तनशीलता है । इन उदाहरणों से संकेत मिलता है कि एक आम सेल-संगत माध्यम उन व्यवहारों को प्रदर्शित कर सकता है जो एमबीएस की उपस्थिति के लिए जिम्मेदार (गलत) हो सकते हैं। चूंकि कोशिकाओं और/या कैविटेशन एजेंट स्थिरता पर नकारात्मक प्रभाव के कारण संस्कृति माध्यम को डेगास करना आमतौर पर अव्यावहारिक होता है, इसलिए किसी भी कैविटेशन से संबंधित अध्ययन में उपयुक्त नियंत्रण करना महत्वपूर्ण है ।

Figure 1
चित्रा 1: कैविटेशन मॉनिटरिंग को शामिल करते हुए दो अमेरिकी एक्सपोजर सिस्टम डिजाइनों के चित्र: SAT3 (D-F)। (A)SAT2 एनोटेटेड असेंबली जिसमें साइड वॉल को स्पष्टता के लिए हटाया गया है । (ख)साइड वॉल के साथ SAT2 बरकरार है । (ग)SAT2 सेल एक्सपोजर डिब्बे, अलग । (घ)SAT3 एनोटेटेड असेंबली । (ई)सामान्य (बाएं) में SAT3 और विभिन्न आवृत्तियों पर बीम चौड़ाई मिलान के लिए लेंस (दाएं) विन्यास। (F)SAT3 सेल एक्सपोजर कंपार्टमेंट, अलग। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 2
चित्रा 2: 12.7 मिमी व्यास अनफोकस्ड (बाएं) और गोलाकार रूप से केंद्रित (दाएं) ट्रांसड्यूसर के लिए आधा आयाम दबाव क्षेत्र आकृति की गणना। समन्वय मूल (0,0) पर पीसीडी तत्व के लिए क्रमशः 2, 4 और 8 मेगाहर्ट्ज की आवृत्तियों को लाल, नीले और हरे रंग की आकृति के रूप में दिखाया गया है। अनफोकस्ड डिवाइस की सबसे बाहरी आकृति आवृत्ति के प्रति अपेक्षाकृत असंवेदनशील है, लेकिन आंतरिक संरचना आवृत्ति निर्भर है। आवृत्ति के रूप में गोलाकार रूप से केंद्रित क्षेत्र अनुबंध बढ़ जाती है, लेकिन आकृति के अंदर, खेतों में सुचारू रूप से भिन्नता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 3
चित्र 3: कैविटेशन सिग्नल कंडीशनिंग और रिकॉर्डिंग (नीले तीर), अमेरिकी स्रोत उत्तेजन (लाल रेखाएं), और डेटा अधिग्रहण ट्रिगर के लिए इंस्ट्रूमेंटेशन। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 4
चित्रा 4: पीबीएस में 5x पतला MBs के साथ दर्ज समय (बाएं) और आवृत्ति (दाएं) डोमेन पीसीडी प्रतिक्रियाएं। घटना पीक नकारात्मक दबाव थे (ए, बी) ०.२ MPa, (सी, डी) ०.४ MPa, (ई, एफ) ०.७ MPa, सभी पर ०.५ मेगाहर्ट्ज । सिग्नल रिकॉर्डिंग २.० एमएस अवधि अल्ट्रासाउंड पल्स के टी = 0 शुरू होने से पहले १.४ एमएस शुरू करते हैं । (ए, सी, ई) टाइम डोमेन सिग्नल (लाल) एक निश्चित ऊर्ध्वाधर पैमाने पर दिखाए जाते हैं, जो यह दर्शाता है कि घटना के दबाव के साथ प्रतिक्रिया स्तर कैसे बदलता है। इनसेट निशान रिकॉर्ड (लाल) के रूप में संकेत दिखाते हैं और एक समय खिड़की के लिए एक 2 मेगाहर्ट्ज उच्च पास फिल्टर (नीला) के साथ स्रोत से सेल एक्सपोजर डिब्बे के लिए पीसीडी के लिए उड़ान के समय केंद्रित । (बी, डी, एफ) शोर और सिग्नल पावर स्पेक्ट्रल घनत्व क्रमशः टी<0 और टी>0 के लिए गणना की जाती है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 5
चित्रा 5: पीबीएस में 5x पतला MBs के निलंबन के एक ५० दूसरे जोखिम पर स्पेक्ट्रम इतिहास । (A)पूर्ण स्पेक्ट्रा और(बी)कुल, हार्मोनिक और ब्रॉडबैंड सिग्नल शक्तियां, सभी समय के एक समारोह के रूप में । ड्राइव की स्थिति 0.5 मेगाहर्ट्ज, 0.7 MPa पीक नकारात्मक दबाव, 2.0 एमएस पल्स अवधि, 200 एमएस पल्स पुनरावृत्ति अवधि थे। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 6
चित्रा 6: सामान्य पीबीएस में माइक्रोबबल्स के 20:1 कमजोर पड़ने के साथ दर्ज की गई ज्यामिति को ध्यान में रखते हुए पीसीडी का प्रभाव। ड्राइव की स्थिति थी: 1.0 मेगाहर्ट्ज, 0.50 MPa पीक नकारात्मक दबाव, 3.0 एमएस पल्स अवधि, 10 एमएस पल्स पुनरावृत्ति अवधि। (क)एक्सपोजर समय पर पूर्ण स्पेक्ट्रा का औसत और तीन स्वतंत्र नमूना दोहराता है । (B)3, 4 और 5 मेगाहर्ट्ज हार्मोनिक्स में पावर, और(C)2.5, 3.5 और 4.5 मेगाहर्ट्ज अल्ट्राहारमोनिक्स में पावर। मोटी लाइनें नमूना साधन हैं, छायांकित क्षेत्रों से संकेत मिलता है +/-1 मानक विचलन । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

Figure 7
चित्रा 7: PBS के साथ दर्ज degassed मीडिया का प्रभाव । (क)एक्सपोजर समय पर पूर्ण स्पेक्ट्रा का औसत और पांच स्वतंत्र नमूना दोहराता है । (B)3, 4 और 5 मेगाहर्ट्ज हार्मोनिक्स में पावर, और(C)2.5, 3.5 और 4.5 मेगाहर्ट्ज अल्ट्राहारमोनिक्स में पावर। मोटी लाइनें नमूना साधन हैं, छायांकित क्षेत्रों से संकेत मिलता है +/-1 मानक विचलन । ड्राइव की स्थिति 1.0 मेगाहर्ट्ज, 0.50 एमपीए पीक निगेटिव प्रेशर, 1.0 एमएस पल्स अवधि, 200 एमएस पल्स पुनरावृत्ति अवधि थी। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।

प्राचल इकाई कम से कम अधिकतम
आवृत्ति मेगाहर्ट्ज 0.02 15
दबाव (पीक निगेटिव) एमपीए 0.1 20
नाड़ी की लंबाई चक्र 1 सीडब्ल्यू
कर्तव्य चक्र % 1 सीडब्ल्यू
एक्सपोजर समय एस 10 1000

तालिका 1: विट्रो मेंसोनोपोरेशन की सुविधा देने वाले रिपोर्ट किए गए मापदंडों की सीमा का सारांश।

Discussion

किसी भी ध्वनिक माप के लिए महत्वपूर्ण कदम १९८१७६ में Apfel द्वारा समझाया गया था के रूप में "तेरा तरल पता है, तेरा ध्वनि क्षेत्र पता है, पता है जब कुछ होता है." इस प्रोटोकॉल के संदर्भ में, ये ट्रांसड्यूसर अंशांकन और संरेखण और पानी की तैयारी और बुलबुला हैंडलिंग चरणों को शामिल करते हैं। सबसे पहले, यह आवश्यक है कि हाइड्रोफोन ड्राइविंग ट्रांसड्यूसर और/या पीसीडी को कैलिब्रेट करने के लिए उपयोग किया जाता है, नियमित रूप से बाहरी सर्विसिंग या इन-हाउस की तुलना संदर्भ मानक के माध्यम से सही ढंग से कैलिब्रेट किया जाता है । इसी प्रकार, ड्राइविंग ट्रांसड्यूसर और पीसीडी दोनों की प्रतिक्रिया को नियमित रूप से आउटपुट में किसी भी परिवर्तन और/या संवेदनशीलता के नुकसान की जांच करने की विशेषता की आवश्यकता है । यदि ड्राइविंग की स्थिति और प्रणाली की संवेदनशीलता अज्ञात है, तो एक्सपोजर स्थितियों, बायोइफेक्ट और ध्वनिक उत्सर्जन के बीच किसी भी सार्थक संबंध का अनुमान लगाना असंभव होगा। सीधे तौर पर इससे संबंधित, ट्रांसड्यूसर के एक दूसरे के संरेखण और नमूना कक्ष को ध्यान से जांचने की आवश्यकता है ताकि यह सुनिश्चित किया जा सके कि कक्ष के भीतर एक्सपोजर की स्थिति अपेक्षा के अनुसार हो और पीसीडी के लिए नमूना मात्रा ब्याज के क्षेत्र से मेल खाती है। जैसा कि संकेत दिया गया है, निलंबित माध्यम का तापमान और गैस की मात्रा अंतिम परिणामों को काफी प्रभावित कर सकती है और इस संबंध में77, 78में स्थिरता अत्यंत महत्वपूर्ण है। इसी तरह, कैविटेशन एजेंट निलंबन की तैयारी, लक्षण वर्णन और हैंडलिंग पर यह सुनिश्चित करने के लिए बहुत करीब ध्यान देने की आवश्यकता होती है कि नमूने के भीतर अपेक्षित आकार वितरण और कणों की एकाग्रता मौजूद है। उदाहरण के लिए, यदि बुलबुले की एकाग्रता बहुत अधिक है, तो घटना अमेरिकी क्षेत्र से नमूना मात्रा की प्रभावी परिरक्षण होगा। एमबी एजेंट विशेष रूप से विनाश और संसाभ के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं और उनकी हैंडलिंग पर आगे मार्गदर्शन मुल्वाना एट में पाया जा सकता है। अल. (2012)79.

कैविटेशन संकेतों का पता लगाने के साथ एक बहुत ही आम समस्या एक पर्याप्त एसएनआर प्राप्त कर रही है। यह आंशिक रूप से संकेत की प्रकृति के कारण है, जैसा कि वर्णित है, लेकिन यह भी प्रायोगिक स्थापित करने के भीतर बिजली के शोर के स्रोतों के कारण हो सकता है । सिस्टम घटकों के बीच कनेक्शन की जांच, विशेष रूप से सह-अक्षीय केबल शामिल हैं, इनमें से कुछ को खत्म करने में मदद कर सकते हैं। सह-अक्षीय केबल की जगह या मरम्मत आवश्यक हो सकती है। प्रयोगशाला में अन्य उपकरणों की पहचान करना और उन्हें हटाना या निष्क्रिय करना जैसे पंप जो विद्युत शोर का कारण बन सकते हैं, भी मदद कर सकते हैं। सिस्टम घटकों के बीच खराब विद्युत बाधा मिलान शोर अनुपात के लिए खराब संकेत का एक और कारण हो सकता है और उपकरणों को नुकसान की भी संभावित रूप से जांच की जानी चाहिए। सिग्नल जनरेटर और ऑसिलोस्कोप पर ट्रिगरिंग सेटिंग्स को इसी तरह इस बात की पुष्टि करने के लिए जांचा जाना चाहिए कि उन्हें प्रयोग के लिए उचित रूप से कॉन्फ़िगर किया गया है और निर्माता डिफ़ॉल्ट सेटिंग्स में वापस नहीं आए हैं। यदि हैंडलिंग के दौरान बुलबुले का महत्वपूर्ण विनाश होता है, तो SAT2 के मामले में, आउटलेट पोर्ट पर एक दूसरी सिरिंज संलग्न करना और इसका उपयोग धीरे-धीरे कक्ष से तरल पदार्थ निकालने के लिए हो सकता है, जिससे निलंबन में ड्राइंग हो। यह भी मैक्रोबबल्स को नष्ट करने या अमेरिका के जोखिम के दौरान प्रवाह को सक्षम करने में मदद कर सकते हैं, अगर वांछित ।

नमूना कक्ष के भीतर ध्वनिक प्रतिबिंब को पूरी तरह से खत्म करना संभव नहीं है और इसलिए घटना क्षेत्र पूरे नमूना मात्रा पर पूरी तरह से समान नहीं होगा। जैसा कि चरण 1.3.2 और 1.3.3 में उल्लेख किया गया है, ध्वनिक खिड़कियों की संक्रामकता आवृत्ति निर्भर होगी और इस प्रकार ध्वनिक उत्सर्जन माप के लिए वांछित बैंडविड्थ पर सावधानीपूर्वक विचार किया जाना चाहिए। विशेष रूप से, उच्च आवृत्ति घटकों के महत्वपूर्ण कई प्रतिबिंब हो सकते हैं। यह एक और कारण है कि पूरी तरह से इकट्ठे प्रणाली के भीतर क्षेत्र के अंशांकन घटना के दबाव में अनिश्चितता को कम करने के लिए इतना महत्वपूर्ण है । कई प्रतिबिंबों के प्रभाव को कम करने के लिए रिकॉर्ड किए गए संकेतों की उपयुक्त गेटिंग पर भी विचार किया जाना चाहिए। सुविधा के लिए वाणिज्यिक उपकरणों के उपयोग और ध्वनिक पारदर्शिता की आवश्यकता का मतलब है कि कुछ ऑप्टिकल पारदर्शिता का बलिदान किया जाना चाहिए । यह कोशिका व्यवहार्यता या दवा तेज का आकलन करने के लिए बाद की इमेजिंग की गुणवत्ता को प्रभावित कर सकता है, उदाहरण के लिए। वाणिज्यिक उपकरणों में उपयोग की जाने वाली कुछ झिल्ली भी असुरक्षित हैं और इस प्रकार, नमूना कक्ष और आसपास के पानी के स्नान के बीच अपूर्ण अलगाव होता है। ऊपर के रूप में, संदूषण के इसी जोखिम को एक छोटे उप-कक्ष का उपयोग करके कम किया जा सकता है, जिसकी सामग्री को नियमित रूप से प्रतिस्थापित किया जा सकता है। सामग्री की तालिका में दर्शाए गए सेल कल्चर डिवाइस मुख्य रूप से सेल मोनोलेयर्स के लिए उपयुक्त हैं जो सभी यूएस/कैविटेशन-मध्यस्थता बायोइफेक्ट के संदर्भ में ऊतकों के प्रतिनिधि नहीं हो सकते हैं । एक ठोस सतह के लिए कोशिकाओं की निकटता भी एक तरह से एमबी गतिशीलता को प्रभावित करेगा जो वीवो में स्थितियों को प्रतिबिंबित नहीं कर सकता है, उदाहरण के लिए, परिचय में वर्णित माइक्रोस्ट्रीमिंग और माइक्रोजेटटिंग को बढ़ावा देना। हालांकि, वैकल्पिक ऊतक मॉडल के एक साधारण प्रतिस्थापन के माध्यम से इन सीमाओं को संबोधित किया जा सकता है।

SATs का प्रस्ताव करने में उद्देश्य ध्वनिक जोखिम स्थितियों और अमेरिका के अध्ययन के बीच ध्वनिक उत्सर्जन की पुनरुत्पादनता में सुधार करने का एक साधन प्रदान करने के लिए है-bioeffects मध्यस्थता, इस प्रकार उंमीद है कि अंतर्निहित तंत्र की बेहतर समझ और उपचार निगरानी तकनीकों के विकास की सुविधा के लिए सुरक्षा और प्रभावकारिता में सुधार होगा । सिस्टम को व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सेल संस्कृति उपकरणों के साथ संगत होने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिससे जैविक परख की एक विस्तृत श्रृंखला को ब्याज के आवेदन के अनुसार किया जा सकता है और उच्च थ्रूपुट प्रयोगों के प्रदर्शन को सक्षम किया जा सकता है, जिससे रनों के बीच समय लेने वाली संरेखण प्रक्रियाओं की आवश्यकता को हटाया जा सके। एक्सपोजर स्थितियों के लक्षण वर्णन और ध्वनिक उत्सर्जन के कब्जे के लिए प्रोटोकॉल मानकीकरण करके, प्रणाली पर निर्भर परिवर्तनशीलता को उम्मीद है कि कम किया जा सकता है। किसी विशेष प्रयोग के लिए जिन मापदंडों का पता लगाया जाना चाहिए, उनकी सीमा आवेदन (वांछित जैव-प्रभाव, सेल प्रकार, वीवो आदि में लक्ष्य ऊतक की गहराई) और किसी भी कैविटेशन एजेंट की प्रकृति पर निर्भर करेगी। चर की बड़ी संख्या को देखते हुए (यूएस फ्रीक्वेंसी, प्रेशर आयाम, पल्स लेंथ, पल्स रिपीटेशन फ्रीक्वेंसी आदि) पूरी तरह से पूरे पैरामीटर स्पेस की खोज करना व्यावहारिक होने की संभावना नहीं है। प्रस्तावित प्रोटोकॉल का एक लाभ यह है कि यह इस पैरामीटर अंतरिक्ष पर कुछ सीमा को जल्दी से स्थापित करने में सक्षम बनाता है । उदाहरण के लिए, यह न्यूनतम दबाव का निर्धारण करने में सक्षम बनाता है जिस पर एक कैविटेशन सिग्नल उत्पन्न होता है, अधिकतम दबाव या पल्स की लंबाई जिसका उपयोग सेल टुकड़ी/मृत्यु होने से पहले किया जा सकता है, और वह दबाव जिस पर आंशिक हार्मोनिक्स या ब्रॉडबैंड शोर का उत्पादन किया जाता है । यह सिफारिश की जाती है कि किसी भी अध्ययन में पहले कदम के रूप में स्कोपिंग माप का ऐसा सेट किया जाए।

जैसा कि प्रस्तुत किया गया है, SATs ध्वनिक उत्सर्जन की वास्तविक समय निगरानी के लिए डिज़ाइन किए गए हैं, जैविक परख के साथ प्रयोग के बाहर प्रदर्शन किया जा रहा है। हालांकि, माइक्रोस्कोप उद्देश्य के माध्यम से नमूना कक्ष के प्रत्यक्ष ऑप्टिकल अवलोकन को सक्षम करने के लिए सैट को संशोधित करना अपेक्षाकृत सरल होगा। यह बदले में एक फ्लोरेसेंस और/या उच्च गति माइक्रोस्कोपी प्रणाली के लिए युग्मित किया जा सकता है दवा तेज और बुलबुला गतिशीलता के अवलोकन को सक्षम करने के लिए, उदाहरण के लिए । वर्तमान में वोल्टेज के संदर्भ में प्रस्तुत पीसीडी आउटपुट इंगित करता है: i) कैविटेशन व्यवहार के प्रकार और उनके सापेक्ष अनुपात; ii) ये कैविटेशन व्यवहार कब तक बना रहता है; iii) क्या मनाया गया समय-संचयी एक्सपोजर विशेषताएं किसी विशेष जैव प्रभाव से सहसंबद्ध हैं; और iv) क्या सापेक्ष स्तर और समय पर निर्भर व्यवहार एक्सपोजर सिस्टम में पिछले प्रयोगों के अनुरूप हैं। जबकि पीसीडी की संवेदनशीलता प्राप्त करने के लिए निर्धारित किया जा सकता है, ताकि पूर्ण ऊर्जा के मामले में ध्वनिक उत्सर्जन को मज़बूती से चित्रित किया जा सके, अतिरिक्त स्थानिक जानकारी की आवश्यकता होती है। यह निष्क्रिय ध्वनिक मानचित्रण (पाम)80को लागू करने के लिए एक सरणी जांच के साथ पीसीडी की जगह प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि इससे सिग्नल प्रोसेसिंग की जटिलता और कम्प्यूटेशनल समय और आवश्यक शक्ति में वृद्धि होगी ।

झिल्ली विद्युत प्रतिरोध या भौतिक लक्ष्यीकरण विधियों के अनुप्रयोग के मापन के लिए अन्य इंस्ट्रूमेंटेशन, उदाहरण के लिए चुंबकीय क्षेत्र, भी शामिल किया जा सकता है। यह भी इस तरह के ट्यूमर गोलाकार, ऑर्गेनॉइड, या यहां तक कि सेल मोनोलेयर्स के स्थान पर ध्वनिक "नरम" जेल सब्सट्रेट्स पर पूर्व वीवो ऊतक नमूनों के रूप में तीन आयामी ऊतक संरचनाओं का उपयोग करने के लिए अमेरिका और अधिक यथार्थवादी ऊतक वातावरण में कैविटेशन मध्यस्थता प्रभाव का अध्ययन करने के लिए संभव होगा ।

Disclosures

लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

लेखक अनुदान EP/L024012/1 के माध्यम से इस काम का समर्थन करने के लिए इंजीनियरिंग और भौतिक विज्ञान अनुसंधान परिषद का शुक्रिया अदा करते हैं । वीबी को इंजीनियरिंग एंड फिजिकल साइंसेज रिसर्च काउंसिल (ईपीएसआरसी) और मेडिकल रिसर्च काउंसिल (एमआरसी) (ग्रांट ईपी/एल016052/1) का भी समर्थन है । वीबी और एवी पोस्ट ग्रेजुएट स्कॉलरशिप के लिए क्लेंडन फाउंडेशन का शुक्रिया अदा करते हैं । एवी भी एक सैंटंडर छात्रवृत्ति के लिए एक्ज़ेटर कॉलेज धन्यवाद। लेखक उपकरण के निर्माण में अपनी अमूल्य सहायता के लिए जेम्स फिस्क और डेविड सैलिसबरी के ऋणी हैं। वे पहले के प्रोटोटाइप SATs के विकास में डीआरएस डारियो कारुगो और जोशुआ ओवेन के योगदान को भी कृतज्ञता से स्वीकार करते हैं ।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Absorber Precision Acoustics APTFlex F28 panel 1.0 cm standard thickness
Amplifier (power) E&I Ltd. 1040L 400W power amplifier to drive ultrasound source
Amplifier (pre) Stanford Research Systems SR445A Fixed gain multi-stage preamplifier for PCD signals
Aquarium heater Aquael Ultra 50W Different models for different tank sizes.
Digitizer TiePie Engineering HS5-110-XM Extended memory option: 32M points per channel
Hydrophone Precision Acoustics FOH 0.01 mm diameter sensitive area minimises directivity effects
Microbubbles Bracco SonoVue FDA approved microbubbles
PCD mirror (SAT3) Olympus NDT F-102 90 degree beam reflection
PCD transducer Olympus NDT V320-SU Immersion transducer, 7.5MHz
PCD waterproof cable Olympus NDT BCU-58-1 W
PDMS (SAT2 compartment lid) Corning Sylgard 184 See Carugo et al. (2015) for preparation guidelines
Polymer rod (SAT2 seal) Zeus PTFE monofilament
Rubber plug (SAT3 lid/seal) VWR 391-2101 6mm bottom dia., 8mm top dia., red
Signal generator Agilent 33250 Waveform generator for ultrasound source
Substrate for cell exposure compartment, SAT2 Ibidi µ-Dish 35mm
Substrate for cell exposure compartment, SAT3 Corning Transwell 6.5mm
Ultrasound source (SAT3) Sonic Concepts H107 with central hole Use of a HIFU-capable source allows pressures >1MPa to be generated both at the focus and pre-focally for expanded spatial coverage

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References

  1. Maier, A., Steidl, S., Christlein, V., Hornegger, J. Medical Imaging Systems - An Introductory Guide. Lecture Notes in Computer Science. , Springer. (2018).
  2. Tachibana, K., Tachibana, S. Albumin microbubble echo-contrast material as an enhancer for ultrasound accelerated thrombolysis. Circulation. 92, 1148-1150 (1995).
  3. Bao, S., Thrall, B. D., Miller, D. L. Transfection of a reporter plasmid into cultured cells by sonoporation in vitro. Ultrasound in Medicine and Biology. 23 (6), 953-959 (1997).
  4. Price, R. J., Skyba, D. M., Kaul, S., Skalak, T. C. Delivery of colloidal particles and red blood cells to tissue through microvessel ruptures created by targeted microbubble destruction with ultrasound. Circulation. 98 (13), 1264-1267 (1998).
  5. Theek, B., et al. Sonoporation enhances liposome accumulation and penetration in tumors with low EPR. Journal of Controlled Release. 231, 77-85 (2016).
  6. Dimcevski, G., et al. A human clinical trial using ultrasound and microbubbles to enhance gemcitabine treatment of inoperable pancreatic cancer. Journal of Controlled Release. 243, 172-181 (2016).
  7. Snipstad, S., et al. Ultrasound Improves the Delivery and Therapeutic Effect of Nanoparticle-Stabilized Microbubbles in Breast Cancer Xenografts. Ultrasound in Medicine and Biology. 43 (11), 2651-2669 (2017).
  8. Unga, J., Hashida, M. Ultrasound induced cancer immunotherapy. Advanced Drug Delivery Reviews. 72, 144-153 (2014).
  9. Yang, C., Du, M., Yan, F., Chen, Z. Focused ultrasound improves NK-92MI cells infiltration into tumors. Frontiers in Pharmacology. 10, 326 (2019).
  10. McDannold, N., Arvanitis, C. D., Vykhodtseva, N., Livingstone, M. S. Temporary disruption of the blood-brain barrier by use of ultrasound and microbubbles: Safety and efficacy evaluation in rhesus macaques. Cancer Research. 72 (14), 3652-3663 (2012).
  11. O'Reilly, M. A., Hynynen, K. Ultrasound and microbubble-mediated blood-brain barrier disruption for targeted delivery of therapeutics to the brain. Methods in Molecular Biology. 1831, 111-119 (2018).
  12. Mainprize, T., et al. Blood-Brain Barrier Opening in Primary Brain Tumors with Non-invasive MR-Guided Focused Ultrasound: A Clinical Safety and Feasibility Study. Scientific Reports. 9, 321 (2019).
  13. Ebben, H. P., Nederhoed, J. H., Lely, R. J., Wisselink, W., Yeung, K. Microbubbles and UltraSound-accelerated Thrombolysis (MUST) for peripheral arterial occlusions: Protocol for a phase II single-arm trial. BMJ Open. 7, 014365 (2017).
  14. de Saint Victor, M., Barnsley, L. C., Carugo, D., Owen, J., Coussios, C. C., Stride, E. Sonothrombolysis with Magnetically Targeted Microbubbles. Ultrasound in Medicine & Biology. 45 (5), 1151-1163 (2019).
  15. Dixon, A. J., Li, J., Rickel, J. M. R., Klibanov, A. L., Zuo, Z., Hossack, J. A. Efficacy of Sonothrombolysis Using Microbubbles Produced by a Catheter-Based Microfluidic Device in a Rat Model of Ischemic Stroke. Annals of Biomedical Engineering. , (2019).
  16. Horsley, H., et al. Ultrasound-activated microbubbles as a novel intracellular drug delivery system for urinary tract infection. Journal of Controlled Release. 301, 166-175 (2019).
  17. Lattwein, K. R., et al. Sonobactericide: An Emerging Treatment Strategy for Bacterial Infections. Ultrasound in Medicine and Biology. 46 (2), 193-215 (2020).
  18. Crum, L. A., Fowlkes, J. B. Acoustic cavitation generated by microsecond pulses of ultrasound. Nature. 319, 52-54 (1986).
  19. Holland, C. K., Apfel, R. E. Thresholds for transient cavitation produced by pulsed ultrasound in a controlled nuclei environment. Journal of the Acoustical Society of America. 88, 2059-2069 (1990).
  20. Rifai, B., Arvanitis, C. D., Bazan-Peregrino, M., Coussios, C. C. Cavitation-enhanced delivery of macromolecules into an obstructed vessel. The Journal of the Acoustical Society of America. 128, (2010).
  21. Wu, J., Ross, J. P., Chiu, J. F. Reparable sonoporation generated by microstreaming. The Journal of the Acoustical Society of America. 111 (3), 1460-1464 (2002).
  22. Doinikov, A. A., Bouakaz, A. Acoustic microstreaming around a gas bubble. The Journal of the Acoustical Society of America. 127 (2), 703-709 (2010).
  23. De Cock, I., et al. Ultrasound and microbubble mediated drug delivery: acoustic pressure as determinant for uptake via membrane pores or endocytosis. Journal of Controlled Release Official Journal of the Controlled Release Society. 197, 20-28 (2015).
  24. Pereno, V., Lei, J., Carugo, D., Stride, E. Microstreaming inside Model Cells Induced by Ultrasound and Microbubbles. Langmuir. 36, 6388-6398 (2020).
  25. Chen, H., Brayman, A. A., Kreider, W., Bailey, M. R., Matula, T. J. Observations of translation and jetting of ultrasound-activated microbubbles in mesenteric microvessels. Ultrasound in Medicine and Biology. 37 (12), 2139-2148 (2011).
  26. Lentacker, I., De Smedt, S. C., Sanders, N. N. Drug loaded microbubble design for ultrasound triggered delivery. Soft Matter. 5, 2161-2170 (2009).
  27. Song, J. H., Moldovan, A., Prentice, P. Non-linear Acoustic Emissions from Therapeutically Driven Contrast Agent Microbubbles. Ultrasound in Medicine and Biology. 45 (8), 2188-2204 (2019).
  28. Ohl, C., Arora, M., Ikink, R., De Jong, N., Versluis, M., Delius, M. Sonoporation from Jetting Cavitation Bubbles. Biophysical Journal. 91 (11), 4285-4295 (2006).
  29. Li, Z. G., Liu, aQ., Klaseboer, E., Zhang, J. B., Ohl, C. D. Single cell membrane poration by bubble-induced microjets in a microfluidic chip. Lab on a Chip. 13 (6), 1144-1150 (2013).
  30. Wang, Q. X., Manmi, K. Three dimensional microbubble dynamics near a wall subject to high intensity ultrasound. Physics of Fluids. 26, 032104 (2014).
  31. Suslick, K. S. Ultrasound: Its Chemical, Physical, and Biological Effects. Radiology. , VHC Publishers. New York. (1988).
  32. Mitragotri, S. Healing sound: the use of ultrasound in drug delivery and other therapeutic applications. Nature reviews. Drug discovery. 4 (3), 255-260 (2005).
  33. Mitragotri, S. Sonophoresis: Ultrasound-mediated transdermal drug delivery. Percutaneous Penetration Enhancers Physical Methods in Penetration Enhancement. , 3-14 (2017).
  34. Park, J., Lee,, et al. Enhanced Transdermal Drug Delivery by Sonophoresis and Simultaneous Application of Sonophoresis and Iontophoresis. AAPS PharmSciTech. 20 (3), 96 (2019).
  35. Lentacker, I., De Cock, I., Deckers, R., De Smedt, S. C., Moonen, C. T. W. Understanding ultrasound induced sonoporation: Definitions and underlying mechanisms. Advanced Drug Delivery Reviews. 72, 49-64 (2014).
  36. Wawryka, P., Kiełbik, A., Iwanek, G. Microbubble based sonoporation - the basics into clinical implications. Medical Research Journal. 4 (3), 178-183 (2019).
  37. Hilgenfeldt, S., Lohse, D., Zomack, M. Sound scattering and localized heat deposition of pulse-driven microbubbles. The Journal of the Acoustical Society of America. 107 (6), 3530-3539 (2000).
  38. Holt, R. G., Roy, R. A. Measurements of bubble-enhanced heating from focused, MHz-frequency ultrasound in a tissue-mimicking material. Ultrasound Medical Biology. 27 (10), 1399-1412 (2001).
  39. Tan, J., Li, P., Xue, H., Li, Q. Cyanidin-3-glucoside prevents hydrogen peroxide (H 2 O 2 )-induced oxidative damage in HepG2 cells. Biotechnology Letters. 42 (11), 2453-2466 (2020).
  40. Costley, D., et al. Treating cancer with sonodynamic therapy: A review. International Journal of Hyperthermia. 31 (2), 107-117 (2015).
  41. You, D. G., et al. ROS-generating TiO2 nanoparticles for non-invasive sonodynamic therapy of cancer. Scientific Reports. 6, 23200 (2016).
  42. Canavese, G., et al. Nanoparticle-assisted ultrasound: A special focus on sonodynamic therapy against cancer. Chemical Engineering Journal. 340, 155-172 (2018).
  43. Beguin, E., et al. Direct Evidence of Multibubble Sonoluminescence Using Therapeutic Ultrasound and Microbubbles. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (22), 19913-19919 (2019).
  44. Stride, E., et al. Microbubble Agents: New Directions. Ultrasound in Medicine and Biology. 46 (6), 1326-1343 (2020).
  45. Rapoport, N., Gao, Z., Kennedy, A. Multifunctional nanoparticles for combining ultrasonic tumor imaging and targeted chemotherapy. Journal of the National Cancer Institute. 99 (14), 1095-1106 (2007).
  46. Cao, Y., et al. Drug release from phase-changeable nanodroplets triggered by low-intensity focused ultrasound. Theranostics. 8 (5), 1327-1339 (2018).
  47. Zhang, L., et al. Mitochondria-Targeted and Ultrasound-Activated Nanodroplets for Enhanced Deep-Penetration Sonodynamic Cancer Therapy. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (9), 9355-9366 (2019).
  48. Delogu, L. G., et al. Functionalized multiwalled carbon nanotubes as ultrasound contrast agents. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (41), 16612-16617 (2012).
  49. Paris, J. L., et al. Ultrasound-mediated cavitation-enhanced extravasation of mesoporous silica nanoparticles for controlled-release drug delivery. Chemical Engineering Journal. 340, 2-8 (2018).
  50. Mannaris, C., et al. Gas-Stabilizing Gold Nanocones for Acoustically Mediated Drug Delivery. Advanced Healthcare Materials. 7 (12), 1800184 (2018).
  51. Kwan, J. J., et al. Ultrasound-induced inertial cavitation from gas-stabilizing nanoparticles. Physical Review E - Statistical, Nonlinear, and Soft Matter Physics. 92 (2), (2015).
  52. Kwan, J. J., et al. Ultrasound-Propelled Nanocups for Drug Delivery. Small. 11 (39), 5305-5314 (2015).
  53. Mannaris, C., et al. Microbubbles, Nanodroplets and Gas-Stabilizing Solid Particles for Ultrasound-Mediated Extravasation of Unencapsulated Drugs: An Exposure Parameter Optimization Study. Ultrasound in Medicine and Biology. 45, 954-967 (2019).
  54. Roovers, S., et al. The Role of Ultrasound-Driven Microbubble Dynamics in Drug Delivery: From Microbubble Fundamentals to Clinical Translation. Langmuir. 35, 10173-10191 (2019).
  55. Lentacker, I., Geers, B., Demeester, J., De Smedt, S. C., Sanders, N. N. Design and Evaluation of Doxorubicin-containing Microbubbles for Ultrasound-triggered Doxorubicin Delivery: Cytotoxicity and Mechanisms Involved. Molecular Therapy. 18 (1), 101-108 (2010).
  56. De Cock, I., Lajoinie, G., Versluis, M., De Smedt, S. C., Lentacker, I. Sonoprinting and the importance of microbubble loading for the ultrasound mediated cellular delivery of nanoparticles. Biomaterials. 83, 294-307 (2016).
  57. Roovers, S., et al. Sonoprinting of nanoparticle-loaded microbubbles: Unraveling the multi-timescale mechanism. Biomaterials. 217, 119250 (2019).
  58. Carugo, D., et al. Modulation of the molecular arrangement in artificial and biological membranes by phospholipid-shelled microbubbles. Biomaterials. 113, 105-117 (2017).
  59. Stride, E. P., Coussios, C. C. Cavitation and contrast: The use of bubbles in ultrasound imaging and therapy. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 224 (2), 171-191 (2010).
  60. Stride, E., Coussios, C. Nucleation, mapping and control of cavitation for drug delivery. Nature Reviews Physics. 1, 495-509 (2019).
  61. Dong, Y., et al. Antibiofilm effect of ultrasound combined with microbubbles against Staphylococcus epidermidis biofilm. International Journal of Medical Microbiology. 307 (6), 321-328 (2017).
  62. Van Rooij, T., et al. Vibrational Responses of Bound and Nonbound Targeted Lipid-Coated Single Microbubbles. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 64 (5), 785-797 (2017).
  63. Duan, X., Yu, A. C. H., Wan, J. M. F. Cellular Bioeffect Investigations on Low-Intensity Pulsed Ultrasound and Sonoporation: Platform Design and Flow Cytometry Protocol. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 66 (9), 1422-1434 (2019).
  64. Hu, Y., Wan, J. M. F., Yu, A. C. H. Membrane Perforation and Recovery Dynamics in Microbubble-Mediated Sonoporation. Ultrasound in Medicine and Biology. 39 (12), 2393-2405 (2013).
  65. Carugo, D., Owen, J., Crake, C., Lee, J. Y., Stride, E. Biologicallyand acoustically compatible chamber for studying ultrasound-mediated delivery of therapeutic compounds. Ultrasound in Medicine and Biology. 41 (7), 1927-1937 (2015).
  66. Pereno, V., et al. Layered acoustofluidic resonators for the simultaneous optical and acoustic characterisation of cavitation dynamics, microstreaming, and biological effects. Biomicrofluidics. 12 (3), 034109 (2018).
  67. Fan, Z., Liu, H., Mayer, M., Deng, C. X. C. X. Spatiotemporally controlled single cell sonoporation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (41), 16486-16491 (2012).
  68. Helfield, B., Chen, X., Watkins, S. C., Villanueva, F. S. Biophysical insight into mechanisms of sonoporation. Proceedings of the National Academy of Sciences. , (2016).
  69. Helfield, B. L., Chen, X., Qin, B., Watkins, S. C., Villanueva, F. S. Mechanistic Insight into Sonoporation with Ultrasound-Stimulated Polymer Microbubbles. Ultrasound in Medicine and Biology. 43 (11), 2678-2689 (2017).
  70. Aron, M., Vince, O., Gray, M., Mannaris, C., Stride, E. Investigating the Role of Lipid Transfer in Microbubble-Mediated Drug Delivery. Langmuir. 35 (40), 13205-13215 (2019).
  71. Kinsler, L. E., Frey, A. R., Coppens, A. B., Sanders, J. V. Fundamentals of Acoustics, 4th Edition. , Wiley. ISBN: 0-471-84789-5 (2000).
  72. Wear, K. A. Considerations for Choosing Sensitive Element Size for Needle and Fiber-Optic Hydrophones-Part I: Spatiotemporal Transfer Function and Graphical Guide. IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 66 (2), 318-339 (2019).
  73. Stoica, P., Moses, R. Spectral Analysis of Signals. , Prentice Hall. Upper Saddle River, NJ. (2005).
  74. Lyka, E., Coviello, C., Kozick, R., Coussios, C. C. Sum-of-harmonics method for improved narrowband and broadband signal quantification during passive monitoring of ultrasound therapies. Journal of the Acoustical Society of America. 140 (1), 741-754 (2016).
  75. Barrack, T., Stride, E. Microbubble Destruction During Intravenous Administration: A Preliminary Study. Ultrasound in Medicine and Biology. 35 (3), 515-522 (2009).
  76. Apfel, R. E. Acoustic cavitation. Methods in Experimental Physics. 19, 355-411 (1981).
  77. Mulvana, H., Stride, E., Tang, M. X., Hajnal, J. V., Eckersley, R. J. The Influence of Gas Saturation on Microbubble Stability. Ultrasound in Medicine and Biology. 38 (6), 1097-1100 (2012).
  78. Mulvana, H., Stride, E., Hajnal, J. V., Eckersley, R. J. Temperature dependent behavior of ultrasound contrast agents. Ultrasound in Medicine and Biology. 36 (6), 925-934 (2010).
  79. Mulvana, H., Eckersley, R. J., Tang, M. X., Pankhurst, Q., Stride, E. Theoretical and Experimental Characterisation of Magnetic Microbubbles. Ultrasound in Medicine and Biology. 38 (5), 864-875 (2012).
  80. Coviello, C., et al. Passive acoustic mapping utilizing optimal beamforming in ultrasound therapy monitoring. Journal of the Acoustical Society of America. 137 (5), 2573-2585 (2015).

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Gray, M., Vasilyeva, A. V., Brans, V., Stride, E. Studying Cavitation Enhanced Therapy. J. Vis. Exp. (170), e61989, doi:10.3791/61989 (2021).

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