Name: MRM 마이크로코일 성능 교정 및 사용 에 설명 된 메디카고 트런카툴라 뿌리에 22 T (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-01-16T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 22 s
Description: 학습하세요 초고자장 MRI 마이크로코일 교정 및 사용법을 Medicago truncatula 뿌리에 적용하는 방법을. 세포 수준 해상도 이미징을 통해 식물 생물학 연구의 정확도를 높일 수 있습니다.

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950MHz 기기의 실험은 네덜란드의 NWO 지원 국가 로드맵 대규모 시설(프로젝트 184.032.207)인 uNMR-NL에 의해 지원되었습니다. R.S.는 바이오솔라셀 컨소시엄 프로젝트 U2.3의 지원을 받았습니다. J.R.K.는 네덜란드 의 자기 공명 연구 학교 (NMARRS) 대학원 [022.005.029]에 의해 지원되었다. 우리는 메디카고 트런카툴라 샘플을 제공 한 Defeng Shen과 톤 비셀링에게 감사드립니다. 또한, klaartje Houben, 마리 르노, 요한 반 데르 Zwan이 uNMR-NL 시설에서 기술 지원을 해 준 것에 대해 감사드립니다. 또한 볼커 레만, 헤니 얀센, 피터 드 와드에게 기술적인 도움을 주신 것에 대해서도 감사드립니다. 프랭크 버지블트, 존 필립피, 카르후드 비 사이 산카르 굽타에게 그들의 조언을 전해 주셔서 감사드립니다. 마지막으로, 우리는 비디오에 음성 해설을 제공 제시카 드 루이터 감사합니다.

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저자는 공개 할 것이 없습니다.

이 프로토콜은 많은 재료와 지질 학적 샘플이 여기에서 사용되는 서열에 의해 이미지 될 수없는 T2 이완 시간을 상당히 짧기 때문에 생물학적 샘플에 가장 적합합니다. 높은 시료 자기 감수성을 나타내는 일부 생물학적 조직조차도, 그 효과가 필드강도(24)와상관관계가 있기 때문에 초고장에서 이미지화하기 어려울 수 있다. 이 프로토콜은 새로운 코일에 유용할 뿐만 아니라 잠재적인 문제의 문제 해결 및 진단에도 도움이 될 수 있습니다. 새 또는 알 수 없는 샘플을 테스트할 때 이 프로토콜은 참조 솔루션에서 사전에 수행하여 실험 설정이 사양에 따라 작동하는지 확인할 수 있습니다. 이는 분광기가 아티팩트 및 오작동의 원인으로 제외될 수 있기 때문에 문제 해결에 도움이 됩니다. 또한 프로브의 튜닝 및 일치 커패시터를 마이크로코일의 일반적인 값으로 설정합니다.
첫 번째 실험시 신호가 기록되지 않으면, 시료가 보이는지 확인하기 위해 국소화 스캔의 시야를 확대할 수 있다. 다음으로 코일이 올바르게 조정되었는지 다시 확인하고 다른 로컬라이저 스캔을 시도합니다. 코일이 의도하지 않은 추가 공진 모드를 나타낼 수 있으며, 이 경우 올바른 공진 모드를 결정해야 합니다. 여전히 이미지를 얻을 수 없는 경우 샘플을 제거하여 마이크로코일 어셈블리 내의 위치를 확인하고 샘플이 손상되지 않았는지 확인합니다(즉, 씰의 기포 나 누출이 없음). 마지막으로, 샘플은 PFD 대신 물로 제조될 수 있다. 시료가 국소화 스캔에서 감지 가능한 신호를 거의 제공하지 않으면 모세관의 주변 물을 여전히 감지할 수 있습니다.
마이크로코일은 시료에 이상적으로 매우 가깝기 때문에, 공기와 와이어 사이의 자기 감수성 차이는 도 7B에서볼 수 있듯이 추가 신호 손실을 일으킬 수 있다. 잠재적인 아티팩트에는 공간 매핑 및 비정상적인 신호 강도 변화가 포함됩니다. 특히 그라데이션 에코 형 펄스 서열은 이러한 균일하지 않은 신호 손실의 영향을 받습니다. 이러한 이유로, 우리는 불소 액체 (Fomblin 또는 FC-43)에 와이어를 침수하여 감수성 일치 코일을 제시했다. 이 프로토콜에 포함된 B1 추정 방법은 B1 감수성 차이가 코일 어셈블리 설계에 감수성 매칭 전략의 포함을 보증하는지 여부를 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 감수성과 일치하는 코일을 구성하는 또 다른 방법은 감수성 일치와이어(25)를사용하는 것입니다. 또한 코일로 인한 감수성 문제만 이 접근 법으로 해결됩니다. 샘플 내부의 감수성 불일치(예: 에어 스페이스로 인한)는 여전히 어려운 일입니다.
에어 포켓 또는 기포는 공기 와 유체 또는시편(19)의 인터페이스에서 감수성 차이로 인한 광범위한 신호 손실을 유발하는 실험적 과제를 제기합니다(그림5A). 성공적인 샘플 준비의 중요한 측면은 시료와 모세관 모두의 침수입니다. 그러나 작은 거품조차도 특히 그라데이션 에코 유형 시퀀스의 경우 신호 손실을 일으킬 수 있습니다. 이동식 기포는 샘플과 접촉할 때까지 모세관을 통해 이동할 수 있습니다. 이러한 효과 중 일부는 한쪽 끝이 다른 쪽 끝이 더 높을 수 있도록 모세관을 약간 기울임으로써 완화 될 수 있습니다. 기울기는 시료를 방해하지 않고 더 높은 쪽끝에 잠재적기거품이 제자리에 유지되도록 합니다. 탈수가 큰 기포가 형성될 수 있기 때문에 모세관 왁스가 좋은 밀봉을 형성한다는 것도 중요합니다.
샘플 내부의 공기 공간에 대해, PFD는세포막(26)을관통하지 않고 세포간 공기 공간을 채우는 데 사용되었다. 그러나, 이 접근 방식에도 불구하고, 우리는 모든 공기 공간을 제거 할 수 없었다. 또한,이 방법은 우리가 가능한 한 비 침습적으로 시스템을 연구하고자하는 욕망으로 인해 일반적으로 바람직하지 않은 추가 에이전트가 필요하다는 것을 의미합니다.
모세 혈관의 원통형 모양은 특히 생검이나 살아있는 뿌리 물질의 프로세스연구와 같은 부패에 취약한 조직을 위해 관류 설정이 실행 가능해야 한다는 것을 의미합니다. 두 단계는 관류 설정을 실현할 수 있습니다. 첫째, 미디엄 피드 튜브와 모세관의 양쪽에 배수관을 연결하는 것은 체모스타트(chemostat)를 만들기에 충분할 것이다. 둘째, 시료 모세관에 들여쓰기를 첨가하면 흐름 방향에 대한 샘플을 제자리에 고정시킬 수 있었다. 이것은 평면 마이크로코일(10)에대해 발표 된 프로토콜과 유사합니다.
MR 이미징의 비침습적 특성은 이 프로토콜(PFD 또는 Fomblin)에 사용된 불활성 액체와 결합되어 실험 완료 후, 추가 연구를 위해 모세혈관에서 샘플을 제거할 수 있습니다. 조합은 광학 또는 전자 현미경 검사법과 그밖 파괴적인 화상 진찰 기술을 포함합니다. 우리는 최근에 Medicago 트런카툴라 루트 결절27에광학 현미경 검사법과 조합을 시연했습니다.
우리는 초고장 NMR 분광계에 전용 마이크로코일을 사용하여 식물 물질을 이미징하는 방법을 시연했습니다. 상대적으로 큰 샘플 볼륨은 좋은 RF 균질성을 가진 고해상도에서 연구될 수 있습니다. 더욱이, 분광 화상 진찰은 그렇지 않으면 가능하지 않은 보다는 더 높은 해상도에서 수행될 수 있습니다. 마이크로코일 설계를 샘플에 적용하면 코일 성능 특성을 결정하는 효율적인 방법에 의해 촉진됩니다. 솔레노이드 코일 접근법은 또한 동물 조직을 포함한 식물보다 다른 샘플에 쉽게 적용될 수 있다.

자기 공명 화상 진찰은 인간에서 단세포1,2,3에구역 수색하는 다양한 생물학적 표본을 비침습적으로 이미지화하는 다목적 도구이다. 의료 영상 응용 프로그램에 대한 MRI 스캐너는 일반적으로 1.5 T ~ 3 T의 필드 강도를 가진 자석을 사용하지만, 단일 셀 응용 프로그램은 훨씬 더 높은 필드 강도1,3,4에서이미지된다. 백 마이크로미터 이하의 해상도에서 표본을 연구한 연구는 자기 공명 현미경 검사법(MRM)5라고합니다. 그러나 MRM은 다른 사용 가능한 현미경 검사법 또는 이미징 기술(예: 광학 현미경 검사법 또는 CT)에 비해 낮은 신호 대 잡음 비(SNR)를 앓고 있습니다. SNR6을최적화하기 위해 몇 가지 방법을 추구할 수 있습니다. 한 가지 방법은 더 높은 자기장 강도를 사용하는 반면, 상호 보완적인 접근 방식은 개별 샘플에 대한 신호 검출기를 최적화하는 것입니다. 후자의 경우 감지기의 치수를 관심 샘플의 치수에 맞게 조정해야 합니다. 직경이 ≈0.5-2mm인 작은 샘플(예: 루트 조직)의 경우, 마이크로코일은 SNR이 코일 직경6,7에반비례하기 때문에 유용합니다. 전용 마이크로코일8을사용하여 동물 세포에서 7.8 x 7.8 x 15 μm3의 해상도를 달성하였다. 다양한 마이크로코일 유형이 존재하며, 평면 및 솔레노이드 코일은 응용 및 조직 형상9에따라 가장 일반적으로 사용된다. 평면 코일은 표면에 가까운 높은 감도를 가지므로 얇은 조각의 응용 제품에 유용합니다. 예를 들어, 이미징 을 위해 특별히 설계된 방법은 평면 마이크로코일(10)에대해 설명되었다. 그러나 평면 코일은 감도가 높고 잘 정의된 기준 펄스 전력이 없습니다. 원통형인 솔레노이드 코일은 더 넓은 적용 영역을 가지며 두꺼운 시료에 더 선호됩니다. 여기서, 우리는 솔레노이드 코일의 특성, 마이크로코일 MRI에 대한 샘플을 준비하는 프로토콜뿐만 아니라 솔레노이드 마이크로코일(도1A)의보정을 설명한다.
솔레노이드 코일은 코르크 스크류와 같은 전도 와이어 코일로 구성되어 있으며, 샘플을 들고 있는 모세관주위(도 1B). 마이크로코일 어셈블리는 에나멜 구리 와이어, 커패시터 구색 및 부품을 납땜에 적합한베이스(도 1B)만사용하여 구성할 수 있다. 가장 큰 장점은 단위 볼륨 당 SNR 및 B1 필드 균질성 측면에서 좋은 성능 특성과 결합 된 단순성과 저렴한 비용입니다. 시공의 용이성은 코일 설계 및 형상을 빠르게 반복할 수 있게 해줍니다. 솔레노이드 마이크로코일 설계 및 프로브 특성화(즉, 다양한 코일 기하학에 대한 전자이론, 워크벤치 측정 및 분광계 측정)의 특정 요구 사항은7, 11,12,13,14에서광범위하게 설명되었다.
솔레노이드 코일은 다른 곳에서 설명된 지침에 따라 원하는 치수에 대한 설계 규칙을 염두에 두어 제작할 수 있다15,16. 이 특정 한 경우, 코일은 1.5 mm의 내경으로 사용되었으며, 에나멜 구리 와이어로 만들어졌으며 직경 0.4mm, 외경 1.5mm의 모세관 주위에 반복되었습니다. 이 솔레노이드는 튜닝 커패시터(2.5 pF), 가변 매칭 커패시터(1.5-6 pF) 및 구리 연결와이어(도 1A, 1C)로구성된 회로가 만들어지는 베이스 플레이트에서 유지된다. 튜닝 커패시터는 950MHz의 원하는 공진 주파수를 달성하기 위해 선택되며, 일치하는 커패시터는 50 옴의 임피던스에서 최대 신호 전송을 달성하기 위해 선택된다. 커패시터가 클수록 더 미세한 조정이 가능합니다. 정기적인 동작에서는 프로브 베이스의 커패시터를 사용하여 튜닝 및 매칭이 수행됩니다. 조립된 마이크로코일은 자석에 삽입할 수 있도록 프로브에 장착해야 합니다. 시스템에 따라 추가 홀더가 필요할 수 있습니다. 여기에서는 22.3 T 자석 조합과 브루커 콘솔 Avance III HD를 Micro5 프로브와 결합하여 사용합니다. 이 경우, 프로브의 1H채널(도 1A)에연결하는 데 필요한 연결을 갖춘 수정된 지지 인서트를 사용했습니다.
코일의 감수성 매칭 설계에는 침윤성 불일치를 줄이기 위해 침윤액이 있는 저수지가 포함되어 있으며, 구리 코일에서 발생하는 것은샘플(17)에근접한 것으로 발생한다. 저수지는 코일을 감싸고 포블린으로 채워진 플라스틱 주사기로 만들어졌습니다. 불피성 액체가 코일을 둘러싸야 하므로 시료의 사용 가능한 직경은 외지름을 1mm로 감소시킵니다. 시료 의 변화를 용이하게 하기 위해, 시료는 외지 1mm, 내경 700 μm의 모세관에서 제조하였다. 샘플 준비에 필요한 도구는 그림 2A에표시됩니다.
기본 실험 MR 매개 변수는 그라데이션 시스템, 필드 강도 및 콘솔을 포함하여 사용되는 시스템의 하드웨어에 크게 의존합니다. 여러 매개 변수는 시스템 성능을 설명하는 데 사용할 수 있으며, 그 중 90° 펄스 길이와 전력, 단위 부피당 B1-균질성 및 SNR(SNR/mm3)이가장 실질적으로 관련이 있습니다. SNR/mm3은 동일한시스템(18)에서다른 코일의 성능을 비교하는 데 유용합니다. 시스템 간 하드웨어 차이가 존재할 수 있지만 벤치마킹 프로토콜을 균일하게 적용하면 시스템 성능 비교도 용이하게 됩니다.
이 프로토콜은 교정 및 샘플 준비에 중점을 둡니다. 솔레노이드 마이크로코일의 성능의 단계별 특성이 표시됩니다: 90° 펄스 길이 또는 전력을 보정; RF-필드 균질성 평가; 단위 볼륨당 SNR 계산(SNR/mm3). 팬텀을 이용한 표준화된 스핀 에코 측정은 코일 설계의 비교를 용이하게 하기 위해 설명되어 있어 고유한 응용 분야의 최적화를 가능하게 합니다. 마이크로코일에 특이적인 팬텀 및 생물학적 표본 샘플 제제가 설명되어 있습니다. 이 프로토콜은 시판되는 마이크로이미징 시스템을 갖춘 적합한 좁은 보어(≤60mm) 수직 자석에 구현될 수 있다. 다른 시스템의 경우 지침역할을 할 수 있으며 일부 조정과 함께 사용할 수 있습니다.
MRI 측정을 위한 생물학적 표본 준비는 일반적으로 표본이 가능한 한 온전한 것으로 심계되기 때문에 매우 광범위하지 않습니다. 그러나, 생물학적 조직의 공기 공간은 자기감수성(19)의차이로 인해 이미지 아티팩트를 유발할 수 있다. 자기장강도(20)가증가함에 따라 효과가 증가한다. 따라서, 공기 공간은 높은 필드 강도에서 피해야 하며, 조직 주위의 공기를 피하고 조직 구조 내의 공기 공간을 제거하기 위해 액체에 샘플의 침수를 요구할 수 있다. 특히, 마이크로코일이 사용될 때, 원하는 견본 조직의 절제가 필요할 지도 모릅니다, 적당한 액체에 그것을 잠수하는 선행. 이것은 미리 절단된 모세관에 견본의 삽입에 선행되고, 마지막으로 모세관 왁스로 모세관을 밀봉합니다. 접착제, 화염 밀봉 또는 대안 대신 실란트로 왁스를 사용하면 샘플을 쉽게 추출할 수 있습니다. 이 절차는 메디카고 트런카툴라, 작은 콩류 식물의 뿌리에 입증된다. 이 프로토콜의 장점은 MRI 측정 중에 샘플이 파괴되지 않기 때문에 광학 현미경 검사법을 사용하여 MRI 데이터를 후속 공동 등록할 가능성이 있습니다.
제시된 프로토콜은 시투 측정에서 높은 공간 해상도에 적합하며, 보다 정교한 설계를 통해 생명 유지 시스템과 관련된 문제를 해결해야 하는 생체 내 샘플을 이미징할 수 있습니다.

<table><tbody><tr><td>reference solution preparation</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>CuSO4</td><td>Sigma-aldrich</td><td>469130</td><td>참조 용액 생성을 위한 결정성 분말</td></tr><tr><td>D2O</td><td>Sigma-aldrich</td><td>151882</td><td>Liquid는 기준 시료</td></tr><tr><td>Weigh Scale</td><td>Sartorius</td><td>PRACTUM513-1S</td><td>Scale 화합물 계량용</td></tr><tr><td>Sample preparation</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Capillary 1000 &mu; m (외경)</td><td>Hilbenberg GmbH</td><td>1408410</td><td>샘플 모세관</td></tr><tr><td>모세관 왁스</td><td>Hampton Research</td><td>HR4-328</td><td>샘플 밀봉에 사용되는 고체 왁스</td></tr><tr><td>일회용 메스</td><td>Swann-Morton</td><td>No. 11</td><td>샘플 절제에 사용</td></tr><tr><td>Perfluorodecalin</td><td>Sigma-aldrich</td><td>P9900</td><td>샘플 침수에 사용되는 액체</td></tr><tr><td>스테레오 현미경</td><td>Olympus</td><td>SZ40</td><td>탁상용 양안 현미경</td></tr><tr><td>주사기</td><td>일반</td> <td>-</td> <td>PFD를 적용하고 샘플을 조작하는 데 사용됩니다</td></tr><tr><td>진공 펌프</td><td>Vacuubrand</td><td>MZ2C</td><td>샘플에서 공기 주머니를 제거하는 데 사용되는 2단 멤브레인 진공 펌프.</td></tr><tr><td>왁스 펜</td><td>Hampton Research</td><td>HR4-342</td><td>모세관 왁스를 녹여 샘플에 적용하는 데 사용되는 휴대용 왁스 펜</td></tr><tr><td>Imaging Hardware</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>22.3 T Magnet</td><td>Bruker GmbH</td><td>950 US2</td><td>Narrowbore superconducting magnet</td></tr><tr><td>Air cooler</td><td>Bruker GmbH</td><td>-</td><td>프로브 온도</td></tr> <tr><td>조절에 사용콘솔</td><td>Bruker GmbH</td><td>Avance III HD</td><td>분광계 작동 제어</td></tr><tr><td>Micro5 그래디언트 코일</td><td>Bruker GmbH</td><td>Mic5</td><td>탈착식 그래디언트 코일은 Micro5 프로브 본체에 장착</td></tr>됨 <tr><td>Bruker</td><td>GmbH</td><td>Mic5</td><td>마이크로코일 및 그래디언트 코일 고정</td></tr><tr><td>RF 마이크로코일</td><td>홈 내장</td><td></td> <td>Fomblin</td></tr><tr><td>벡터 네트워크 분석기</td><td>Copper Mountain Technologies</td><td>TR1300/1</td><td>S11 반사율 테스트를 수행하는 데 사용, 주파수 범위 300kHz - 1.3GHz</td></tr><tr><td>워터 쿨러</td><td>Bruker GmbH</td><td>BCU-20</td><td>그래디언트 코일 작동에서 열을 발산하기 위한 개방 루프 수냉식.</td></tr></tbody></table>

mrm 마이크로코일 성능 교정 및 사용 에 설명 된 메디카고 트런카툴라 뿌리에 22 t

MRM Microcoil Performance Calibration and Usage Demonstrated on Medicago truncatula Roots at 22 T

이 프로토콜은 MR 현미경(MRM)이라고도 하는 고해상도 자기 공명 영상(MRI)을 위해 설계된 생물학적 샘플과 결합된 솔레노이달 마이크로코일을 위한 신호 대 잡음 비(SNR) 교정 및 샘플 준비 방법을 설명합니다. 그것은 메디카고 트런카툴라 뿌리 샘플에서 입증 된 전 임상 MRI 분광기에서 사용될 수있다. 마이크로코일은 RF 공진기의 크기를 관심 샘플 크기와 일치시켜 감도를 높여 주어진 데이터 수집 시간에 더 높은 이미지 해상도를 가능하게 합니다. 비교적 간단한 설계로 인해 솔레노이드 마이크로코일은 간단하고 저렴하며 시료 요구 사항에 쉽게 적응할 수 있습니다. 체계적으로, 우리는 참조 솔루션을 사용하여, 새로운 또는 가정 내장 마이크로 코일을 보정하는 방법을 설명합니다. 교정 단계는 다음과 같습니다: 견과류 곡선을 이용한 펄스 전력 결정; RF 필드 균질성의 추정; 표준 펄스 시퀀스를 사용하여 볼륨 정규화된 신호 대 잡음 비율(SNR)을 계산합니다. 작은 생물학적 시료에 대한 샘플 준비에 중요한 단계뿐만 아니라 자기 감수성 차이와 같은 가능한 완화 인자를 논의합니다. 최적화된 솔레노이드 코일의 응용 은 루트 샘플의 고해상도(13 x 13 x 13 μm3, 2.2 pL) 3D 이미징으로 입증됩니다.

코일 특성화 코일의 성공적인 튜닝 및 일치시 코일 Q-팩터, 90° 기준 펄스 및 SNR/mm3의성능이 특징일 수 있습니다. 여기서 입증된 1.5mm ID 감수성 매치 솔레노이드 코일의 경우 측정된 Q-계수(언로드)는 244로, 5mm 새장 코일에 대해 561에 비해 측정하였다.
기준 90° 펄스는 0.6W의 전력 수준에서 12 μs; 5mm 새장 코일(그림 4 및 그림 5)에대한 45 W에서 5 μs. 이는 RF 펄스 필드강도(B1)와동일하며, <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/61266/61266eq4.jpg"> 마이크로코일에 대해 0.53mT, 조류코일(1.17 mT)을 사용하여 야자성 비인 새장코일(14)에 대해, 타우는 펄스 지속시간이다. 펄스 전력수준(P)이다르기 때문에 코일은 송신 효율 측면에서 비교될 수 <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/61266/61266eq5.jpg"> 있다: 0.69 mT/W1/2 및 0.18 mT/W1/2 마이크로코일 및 새장에 대해 각각14. 90° 펄스로 비교하면 마이크로코일은 새장 코일보다 4배 더 민감하게 ≈ 것으로 나타났습니다.
감수성 매칭의 효과 초고장 강도에서, 샘플 및 코일 감수성은 도 7A,7B에서 볼 수 있듯이, 이미지 품질에 대한 지배적 인 요소가된다. 유체 저장소와 일치하는 감수성이 결여된 코일과 비교하여, 신호는 기준 샘플에서 더 길고 균일하게 유지됩니다. 그러나 감수성 저수지로 인해 저장소가 없는 코일에 대하여 최대 샘플 치수가 감소합니다.
고해상도 이미징 메디카고 트런카툴라 뿌리 표본의 13 x 13 x 13 μm3의 고해상도는 20시간 23분(그림8)에서달성되었다. 뿌리 의 표면에서 시작, 뿌리 피질은 루트의 외부에 약간의 잔류 물과 함께 볼 수 있습니다. 또한, 자일렘은 플록을 둘러싸고 있는 어두운 밴드로 관찰된다. 일부 에어 포켓은 완전한 신호 손실과 어두운 반점으로 관찰된다.
M. 트런카툴라의 공생 뿌리 결절은 또한 이 프로토콜을 사용하여 이미지될 수있다(도 9). 약간 더 큰 타의 추종을 불허하는 코일 (길이 3500 μm, 내경 1500 μm)을 사용하여 최대 16 x 16 x 16 μm3의 해상도를 가진 이미지를 33 분 만에 획득했습니다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61266/61266fig1.jpg"> 그림 1: 솔레노이드 마이크로코일. (A)솔레노이드 코일 디자인은 전신적으로 모세관을 감싸는 와이어 루프 헬이셜로 구성된다. 그 두께, 직경, 권선 수 및 와이어 간격과 같은 와이어의 형상은 코일 특성에 영향을 미칩니다. (B)감수성 매칭 유체(Fomblin)를 위한 저수지가 있는 홈내장 솔레노이드 마이크로코일. 0.4mm 두께의 코팅 된 구리 와이어로 구성되어 있으며, 외지 1500 μm과 3500 μm의 코일 길이로 모세관 주위에 6 번 감겨 있습니다. 코일은 주사기로 만들어진 저수지에 잠겨 있습니다. 1000 μm의 외부 직경까지의 시료 모세혈관을 삽입할 수 있습니다. 두 개의 커패시터가 사용되며, 인덕터와 함께 1.5 pF 커패시터가 연재되고 두 번째 가변 1.5-6 pF 커패시터는 인덕터와 병행하여 배치된다. 모든 구성 요소는 유리 섬유 보드(노란색)로 납땜됩니다. 저수지를 지지하도록 변형되는 상업용 홀더(grey polymer)에 장착된다.  (C)솔레노이드 코일 설계 성분: 솔레노이드 코일, 2. 샘플 모세관, 3. 1.5 pF 튜닝 커패시터, 4. 가변 매칭 커패시터, 5. 유리 섬유 베이스 플레이트, 6. 구리 와이어 리드. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61266/61266fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61266/61266fig2.jpg"> 그림 2: 스테레오현미경하에서 샘플 준비. (A)마이크로코일 의 준비에 필요한 항목. 왼쪽에서 오른쪽으로: 1. CuSO4 참조 솔루션, 2. 퍼플루오로데칼린, 3. 마이크로코일, 4. 메스, 5. 긍정적 인 긴장 핀셋, 6. 핀셋, 7. 모세 혈관 외부 직경 = 1000 μm, 8. 왁스 펜, 9. 모세 혈관 왁스, 10. 니트릴 장갑, 11. 스테레오 현미경, 12. 페트리 접시 커버가 있는 시계 유리, 13. 성장 기판에 식물 재료. 표시되지 않음: ø 0.8 x 40mm 바늘과 미세 티슈 페이퍼가 있는 2mL 주사기. (B)핀셋을 사용하여 모세관에 시료 삽입을 닫고 둘 다 침수된 채 유지된다. (C)용융 왁스를 사용하여 모세관의 밀봉. (D)제조된 모세관을 마이크로코일에 삽입한다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61266/61266fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61266/61266fig3.jpg"> 그림 3: 마이크로 이미징 프로브의 구성 요소입니다. (A)마이크로5 프로브 베이스는 물 냉각, 난방, 온도 센서, 그라데이션 전력, RF(공동 축 커넥터 가시) 및 선택적으로 프로브 식별(PICS)에 필요한 모든 연결을 포함합니다. 프로브 베이스 아래에는 가변 튜닝 및 일치 커패시터를 조정하고 스크러를 유지하여 분광기 내부에 프로브를 고정할 수 있는 노브가 있습니다. (B)프로브 베이스 위에 홈 내장 마이크로코일 장착. 튜닝 및 일치를 허용하는 프로브 베이스에 장착된 가변 커패시터(흰색 세라믹)를 유의하십시오. (C)그라데이션 접지를 위한 수냉식 리셉터클 및 금 도금 접점이 있는 프로브 베이스에 장착된 통합 된 3 축 그라데이션. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61266/61266fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61266/61266fig4.jpg"> 그림 4: 너트 커브. 측두곡선을 획득하여 기준 펄스 전력을 결정한다. 기준 펄스 전력(90° 펄스)은 z 방향으로 사용 가능한 모든 자화를 횡면 평면으로 뒤집는 B1 필드를 생성하는 데 필요한 전력 및 펄스 길이의 조합으로 정의됩니다. 그라데이션 인코딩이 없는 경우 일련의 펄스가 기록됩니다. 각 펄스를 사용하면 펄스 길이 또는 펄스 전력이 증가합니다. 여기서 펄스 전력은 0.6W로 설정되고 펄스 길이는 매번 1 μs씩 증가합니다. 최대 신호 강도는 90° 펄스, 약 12 μs를 나타냅니다. 180° 펄스는 또한 최소 강도를 사용하여 이 방법으로 결정될 수 있다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61266/61266fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61266/61266fig5.jpg"> 그림 5: 90° 펄스 전력의 시각적 측정. 대략적인 기준 펄스 전력이 견과류 곡선을 사용하여 발견되면 펄스 길이를 변화시킴으로써 시각적으로 검사될 수 있다. 코일에 따라 B 1 필드는 변화에 다소 민감할 수 있습니다. (A)11 μs 펄스 길이. (B)12 μs 펄스 길이, 이 코일에 최적. (C)13 μs 펄스 길이. (D)20 μs 펄스 길이. 펄스 전력이 너무 높게 설정되면 과다 팁이 발생할 수 있어 코일(arrowhead)의 중심에서 이미지 강도를 줄일 수 있습니다. 증가된 B1 필드는 또한 코일의 범위를 증가시킵니다, 이미지의 폭에서 관찰될 수 있는 바와 같이. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61266/61266fig5large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61266/61266fig6.jpg"> 그림 6: 관심 지역 배치. 볼륨 정규화 SNR 계산에 대한 관심 영역(ROI)을 볼 수 있습니다. 평균 샘플 강도는 참조 용액 샘플 내에 속하는 ROI에서 채취됩니다. 평균 노이즈 및 표준 편차는 이미지 모서리에 있는 하나 이상의 ROI에서 계산됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61266/61266fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61266/61266fig7.jpg"> 그림 7: 그라데이션 에코 이미징에 의해 평가된 RF 균질성. 여러 그라데이션 에코(MGE) 서열은 일련의 그라데이션 에코를 사용하여RF(B1-Field) 균질성을 평가하는 데 사용됩니다. 기본 매개 변수는 : 반복 시간 200 ms, 에코 시간 3.5 ms 에코 의 수와 에코 시간 3.5 ms 48, 에코 간격 3.5 ms, 64 평균, 취득 시간 27 m 18 s, 플립 각도 30 °. 시야는 5 x 5mm, 매트릭스 128 x 128, 해상도 39 x 39 x 200μm(A)감수성 일치 코일이었다. RF 코일을 둘러싼 감수성 일치 유체(Fomblin)는 코일 와이어로 인한 감수성 효과를 감소시킵니다. 작은 기포는 에코 시간이 증가함에 따라 신호손실을 발생시킵니다. (B)코일 직경이 동일한 코일(감수성이 일치하지 않음). 더 긴 에코 시간에 B0 필드 불균일성으로 인한 아티팩트가 증가하는 것이 관찰됩니다. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61266/61266fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61266/61266fig8.jpg"> 그림 8: 메디카고 트런카툴라 루트 섹션의 3D 이미징. (상단)플래시 이미지. 표피(e), 피질(c), 플록(ph) 및 자일렘(xy)을 포함하여 루트 섹션의 여러 특징을 구별할 수 있다. 공기 포켓 (a)은 근본 원인 완전한 신호 손실을 일으킬 수 있습니다. 기본 매개 변수는 다음과 같습니다 : 반복 시간 70 ms, 에코 시간 2.5 ms, 256 평균, 취득 시간 20 h 23 m. 해상도 13 x 13 x 13 μm3. 매트릭스 크기는 128 x 64 x 64및 시야 1.6 x 0.8 x 0.8 mm였습니다. 수신기 대역폭 50 kHz. (하단) MSME 이미지. 기본 매개 변수는 다음과 같습니다 : 반복 시간 500 ms, 에코 시간 5.2 ms, 28 평균, 취득 시간 15 h 55 m. 해상도 13 x 13 x 13 μm3. 매트릭스 크기는 128 x 64 x 64및 시야 1.6 x 0.8 x 0.8 mm였습니다. 수신기 대역폭 70 kHz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61266/61266fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61266/61266fig9.jpg"> 그림 9: 메디카고 트런카툴라 루트 결절의 3D 이미징. (상단)저해상도 이미지. 기본 매개 변수는 다음과 같습니다 : 반복 시간 60 ms, 에코 시간 2.3 ms, 4 평균, 취득 시간 4m. 해상도 31 x 31 x 31 μm3. 매트릭스 크기는 64 x 32 x 32 및 시야 2 x 1 x 1mm였습니다. 수신기 대역폭 50 kHz. (하단) 고해상도 이미지. 기본 매개 변수는 다음과 같습니다 : 반복 시간 60 ms, 에코 시간 2.3 ms, 8 평균, 취득 시간 33m. 해상도 16 x 16 x 16 μm3. 매트릭스 크기는 128 x 64 x 64및 시야 2 x 1 x 1mm였습니다. 수신기 대역폭 50 kHz. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61266/61266fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

마이크로코일을 이용한 초고장 자기 공명 현미경검사법(MRM)을 이용하여 고공간 분해능에서 생물학적 조직을 연구하는 프로토콜이 제시된다. 마이크로코일을 특성화하기 위한 단계별 지침이 제공됩니다. 마지막으로, 이미징의 최적화는 식물 뿌리에서 입증됩니다.

MRM 마이크로코일 성능 교정 및 사용 에 설명 된 메디카고 트런카툴라 뿌리에 22 T

This protocol describes a signal-to-noise ratio (SNR) calibration and sample preparation method for solenoidal microcoils combined with biological ...

이 프로토콜은 초고장 자기 공명 이미징을 위한 마이크로코일의 특성화 및 사용을 허용합니다. MRI는 생물학적 표본의 생리학, 신진 대사 및 확산 특성을 탐구하기위한 독특하고 비침습적 도구입니다. 관심 있는 샘플에 적응된 높은 자기장 강도와 마이크로코일을 사용하여 최대 세포 분해능이미지를 얻을 수 있습니다.이 방법에서는 이미징 응용 프로그램을 위해 상업용 또는 가정내장 마이크로코일의 특성을 결정하는 단계별 방법을 설명합니다. 우리는 직경이 1밀리미터 보다 작은 생물학적 표본과 초고장 수직 보어 NMR 분광계를 사용합니다. 집에서 만든 마이크로코일을 사용하여 무선 주파수 코일의 크기를 샘플 크기로 조정할 수 있습니다.이 연구에서는 식물 뿌리의 작은 조각을 사용하고 있습니다. 이는 코일 감도가 코일 직경 감소에 비례하기 때문에 유용합니다. 따라서 우리는 작은 샘플에 대한 높은 신호 대 잡음 비율로 이미지를 얻을 수 있습니다.이러한 마이크로코일의 작은 크기와 연약한 특성으로 인해 90도 펄스 길이및 펄스 전력, 안전한 작동 한계와 같은 몇 가지 기본 파라미터를 설정하고 마지막으로 다른 NMR 시스템에서 비교할 수 있는 방식으로 코일 감도를 계산하는 것이 중요합니다. 솔레노이드 마이크로코일은 모세관 과 두 개의 커패시터 주위에 코일 와이어로 구성됩니다: 튜닝과 일치하는 커패시터. 튜닝 커패시터는 950메가헤르츠의 원하는 공진 주파수를 달성하기 위해 선택되며, 매칭 커패시터는 최대 신호 전송을 달성하기로 결정했습니다.그것은 50 옴의 임피던스입니다. 커패시터가 클수록 더 미세한 조정이 가능합니다. 코일은 수정된 소켓에 고정된 베이스 플레이트에 있습니다.선택적으로, 감수성 일치 유체에 대한 저장소가 첨가되어 코일 와이어로부터 의 감수성 효과를 감소시킬 수 있다. 시계 유리로 시료를 침수하는 데 사용되는 퍼플루오로데칼린 또는 PFD의 1밀리리터를 전송합니다. PFD는 생물학적 세포에 들어가지 않고 시편의 공기 공간을 채울 수 있으므로 사용된다.그것은 또한 양성자 MRI에 의해 관찰 할 수 없습니다. 필요한 경우 증발을 방지하기 위해 페트리 접시 뚜껑으로 PFD를 즉시 덮습니다. 참조 샘플을 준비하는 경우 대신 구리 황산염 용액을 사용한다.다음으로, 조심스럽게 성장 기판에서 루트 시스템을 추출. 메스를 사용하여 작은 부분을 소비합니다. 진공 처리를 위해 고정 용액을 포함하는 Eppendorf 튜브에 샘플을 배치합니다.그런 다음 필라멘트와 펀치 구멍으로 튜브를 밀봉하여 환기를 허용합니다. 샘플을 진공 처리로 받습니다. 기포는 샘플을 탈출하는 것을 볼 수 있다.스테레오 현미경을 통해 보는 동안 핀셋을 사용하여 이전에 준비된 용액에 샘플과 모세관을 모두 담급합니다. 그런 다음 모세관과 완전히 침수된 샘플을 샘플링하는 동안 핀셋을 사용하여 모세관에 샘플을 삽입합니다. 작은 모세관 또는 주사기 바늘 끝을 밀어 붙이는 막대로 사용하십시오.티슈 페이퍼를 미세한 점으로 모양화하고 모세관의 양쪽 끝에서 약 1 밀리미터의 액체를 제거합니다. 녹는, 왁스 펜을 사용하여 모세관 왁스의 작은 볼륨. 양쪽에 왁스를 바르습니다.왁스가 굳어지면 불투명하게 변합니다. 모세관에서 기포를 제외하십시오. 그 후, 메스를 사용하여 여분의 왁스를 긁어.마이크로코일을 안정적으로 유지하면서 핀셋을 사용하여 마이크로코일에 샘플을 삽입합니다. 로드를 사용하여 코일에 샘플을 중심으로 합니다. 코일이 처음으로 테스트되는 경우 전력 보정및 SNR 및 B1 필드 균질성을 결정하기 위해 구리 황산염 기준 샘플을 사용하십시오.이 프로토콜은 수직 보어 22.3 Tesla 분광계에 통합된 그라데이션 코일이 장착된 마이크로 이미징 프로브를 장착하여 미터당 최대 3대의 Tesla가 사용할 수 있음을 입증합니다. 마이크로코일을 똑바로 유지하면서 마이크로코일을 프로브 베이스에 부착합니다. 그런 다음 트리플 축 그라데이션 코일 위로 밀어 내십시오.프로브 베이스의 나사 스레드를 돌려 그라데이션을 제자리에 고정합니다. 프로브를 자석에 삽입하고 필요한 연결을 만듭니다. 흔들림 곡선을 시작하고 필요에 따라 튜닝 및 일치를 조정합니다.높은 스펙트럼 스윕 폭으로 시작하는 것이 좋습니다. 여러 공진 모드가 있을 수 있습니다. 올바른 공진 모드를 결정하기 위해 각 모드에 대한 SNR 테스트가 필요할 수 있습니다.마이크로코일에 대한 올바른 코일 구성을 선택합니다. 코일에 대한 안전 한계가 알려지지 않은 경우, 0.6와트의 낮은 펄스 전력에서 10 마이크로초로 시작하여 신호가 나타날 때까지 펄스 길이를 한 번에 1 마이크로초 씩 천천히 증가시다. 90도 펄스에 대한 올바른 펄스 길이와 전력을 얻기 위해 새로운 코일에 대한 견과류 곡선을 기록합니다.이를 위해서는 펄스 전력을 일정하게 유지하면서 펄스 지속 시간을 체계적으로 변화시다. 불균일한 B1 필드의 경우, 90도 펄스는 최대 신호 강도를 얻는 길이로부터 추정될 수 있다. 시야가 큰 로컬라이저 스케일을 사용하여 자석 내에서 코일의 위치를 찾습니다.샘플이 그라데이션 시스템의 중심에 정확히 있는 경우, 로컬라이저 스캔에는 샘플이 표시됩니다. 코일 또는 샘플이 중심이 않으면 로컬라이저 스캔을 조정합니다. 견과류 곡선을 사용하여 대략적인 펄스 전력이 발견되면 일련의 이미지가 가장 균일한 이미지를 확인하기 위해 펄스 전력이 점차 다양합니다.불균일한 B1 필드를 가진 몇몇 코일의 경우, 결정된 90도 펄스는 코일의 원하는 단맛 반점에서 과팁으로 이끌어 내는 과대 평가될 수 있다. FID 신호를 기반으로 자기장을 수동으로 심습니다. 다른 방향을 가진 미세 코일 의 방향에 따라 B0 균질성의 강한 보정을 초래할 수 있습니다.다음으로 정규화된 볼륨을 계산해야 합니다. 먼저 X및 Y 해상도 시간을 슬라이스 두께의 곱셈으로 복셀 볼륨을 계산합니다. SNR은 평균 신호에서 평균 노이즈를 빼고 복셀 볼륨을 곱한 노이즈의 표준 편차로 나누어 계산됩니다.평균 신호는 이미지의 중심에서 가져온 반면 노이즈 신호는 코너 패치에서 계산됩니다. 여러 그라데이션 에코 시퀀스를 실행하여 코일 와이어 및 샘플 자체로 인한 잠재적 감수성 문제를 확인합니다. 침수 코일의 경우 코일 와이어와 환경 간의 감수성의 차이가 크게 줄어듭니다.고해상도 이미징은 3D 플래시 실험으로 달성될 수 있습니다. 더 큰 코일을 사용하여 해결하기 어려운 내도, 피질 및 자일렘과 같은 여러 루트 특징이 구별될 수 있습니다. 다중 슬라이스, 다중 에코 시퀀스는 감수성의 영향을 줄이기 위해 사용될 수도 있다.그러나, 이것은 시간의 단위 당 감도 감소의 비용에 온다. 메디카고 트런카툴라의 루트 결절도 이 프로토콜을 사용하여 이미지화될 수도 있다. 31 마이크로미터의 등위축 분해능은 4분 만에 얻어졌고, 16마이크로미터의 등위축 분해능은 33분 만에 얻어졌다.이것은 작은 뿌리 목절의 각종 생리적인 양상을 상세히 공부할 수 있습니다. 성공적인 시료 준비를 위해 액체에 시료와 모세관을 완전히 침수하는 것이 중요합니다. 이렇게 하면 이미지 품질에 부정적인 영향을 미치는 기포가 형성되지 않습니다.MR 이미징은 비파괴적이기 때문에 MR 스캔 후 생물학적 시편을 제거하고 광학 현미경 검사와 같은 추가 연구를 위해 사용할 수 있습니다. 이 비디오를 시청한 후에는 이미징 응용 프로그램을 위한 마이크로코일 특성화 및 작동에 대한 기본적인 이해가 있어야 합니다. 이는 다양한 생물학적 시편에 적용될 수 있다.

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