قراءة الكتاب نقدر الدكتور Lynnea Brumbaugh المقربين من المخطوطة. وقد رعت هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة منح EB000712 R01 ، R01 EB008085 ، CA134539 R01 ، U54 CA136398 وDK02057933 5P60. البروفيسور وانغ Lihong خامسا له مصلحة مالية في Microphotoacoustics ، وشركة Endra ، وشركة ، والتي ، مع ذلك ، لا تؤيد هذا العمل.

1. نظام التكوين <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> البصري تشعيع <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مصدر الإشعاع الضوئي : الصمام الثنائي ضخ الصلبة للدولة نابض الليزر (INNOSLAB ، Edgewave) وصبغ ليزر (CBR - D ، السيرة). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وتركز عدسة مكثف من قبل (LA1131 ، Thorlabs) لتمر من خلال ثقب صغير 50 ​​ميكرومتر (P50C ، Thorlabs) : شعاع الليزر الناتج (7 نانوثانية نبض العرض). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم وضع الثقب بعيدا قليلا عن بؤرة العدسة المكثف لمباراة قطر الثقب مع قطر شعاع الأساسية في الوضع المكاني لتصفية فعالة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> شعاع تصفيتها هو الموهن من تصفية محايدة الكثافة (NDC - 50C - 2M ، Thorlabs) ثم إضافة إلى واحد من الألياف البصرية وضع (P1 - 460A - FC - 2 ، Thorlabs). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إخراج الألياف يملأ الفتحة الخلفية هدفا المجهر (RMS4X ، Thorlabs) لتحقيق التركيز حيود محدودة البصرية 2.6 ميكرومتر ~ في الطول الموجي من 570 نانومتر. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الكشف بالموجات فوق الصوتية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> محول بالموجات فوق الصوتية : 50 ميغاهرتز وسط تردد (V214 - BB - RM ، أوليمبوس ، NDT). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم إرفاق محول بالموجات فوق الصوتية لالموحد محلية الصنع الصوتية البصرية شعاع 11 للكشف عن الموجات فوق الصوتية ، والتي تتماشى مع محوري حيود الأشعة الضوئية محدودة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هي الأرض كروية وتجويف للخروج من قاع الموحد لإنتاج عدسة الصوتية. هذه العدسة الصوتية له فتحة عددية قدرها 0.5 في الماء ويعطي قطر الصوتية البؤرية من 43 ميكرومتر في وسط تردد 50 ميغاهرتز. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم محاذاة البؤر الضوئية والصوتية confocally لزيادة حساسية الكشف. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اقتران الصوتية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعمل بالموجات فوق الصوتية اقتران الجافة لتجنب غمر حيوانات التجارب في مجال المياه ، والتي كانت تستخدم في وقت مبكر نظم التصوير الضوئي 12. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم فتح نافذة التصوير في الجزء السفلي من طبق بيتري (9 سم في القطر) ومختومة مع غشاء شفاف البولي بالموجات فوق الصوتية وبصريا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هلام بالموجات فوق الصوتية (صورة واضحة ، SonoTech) بين الغشاء البولي اثيلين والكائن إلى أن الأزواج تصوير الضوئي ولدت موجة من الاعتراض على طبق بيتري ، والماء منزوع الأيونات في طبق بتري الأزواج كذلك موجة لرئيس المغمورة التصوير OR - PAM . </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إلكترونيات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إشارة يتم تضخيمه الضوئي الكشف عنها بواسطة محول بالموجات فوق الصوتية من قبل اثنين من مكبرات الصوت تتالي (ZFL 500LN ، ميني الدوائر) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> هو إشارة رقمية تضخيمها من قبل الحصول على بيانات 14 بت (دق) متنها (14200 CompuScope ، غيج العلوم التطبيقية) بمعدل عينة من 200 MS / ثانية. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نظام المسح الضوئي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم التحكم ثنائية الأبعاد (2 - D) النقطية مسح الرأس التصوير OR - PAM على طول الطائرة (س ص) الأفقي جهاز كمبيوتر شخصي ، والذي يطلق على كل من مجلس دق والليزر المضخة. مزامنة إشارة الزناد مع اشارة عقارب الساعة التدريجي من مجلس دق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يتم تعريف سريع للمحور الماسح 2 - D واتجاه مسح مستعرضة (B - المسح). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يمكن الحصول على تسلسل من B - مسح الصور عن طريق ترجمة الرأس على طول محور التصوير البطيء لتكوين صورة الحجمي ، التي يمكن الاطلاع عليها سواء في تقديم 3 - D المباشرة أو في إسقاط الحد الأقصى لسعة 2 - D (MAP) صورة . </li></ol></li></ol> 2. نظام التوافق <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام الموجات فوق الصوتية نبض الصدى وعاكس بالموجات فوق الصوتية لتحديد موقع الطائرة الاتصال الصوتي (أي تأخير الوقت من إشارة الزناد إشارة إلى نبض الصدى أقصى بالموجات فوق الصوتية). مطلوب هذه الخطوة التي يتعين القيام بها مرة واحدة فقط عند بناء نظام OR - PAM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعظيم كفاءة اقتران الألياف أحادية النمط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تطبيق هلام بالموجات فوق الصوتية على رأس كائن استيعاب بصريا (على سبيل المثال ، قطعة من الشريط الأسود) وإرفاق برفق تحت نافذة التصوير في طبق بتري ملئت ماء منزوع الأيونات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تخفيض رأس التصوير في الماء ، وإزالة فقاعات الهواء محاصرين تحت العدسة الصوتية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط مدير التصوير الضوئي حتى إشارة للكائن هو استيعاب طائرة من الاتصال الصوتي ، والتي يمكن أن يحكم من التأخير الصوتية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط الوضع الرأسي (أي موقف ض) هدف المجهر لتحقيق أقصى قدر من السعة للإشارة الضوئي ولدت من كائن مسطح. السعة مكبر إشارة إلى أن يتم محاذاة التركيز البصري السمعي مع التركيز في الاتجاه الرأسي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توفيق أوضاع الأفقي (أي x و y وظيفة) هدف المجهر الضوئي حتى إشارة ولدت من الهدف يظهر نمط متماثل. التماثل يوحي بأن يتم محاذاة التركيز البصري السمعي مع التركيز في الاتجاه الأفقي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوات من 2.6 و 2.7 حتى يتم تحسين إشارة الضوئي في كل من التماثل والسعة. </li></ol> 3. A سا<html> الإجراء التجريبي في mple فيفو OR - PAM من الماوس الأذن الأوعية الدموية <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غير مطلوبة هذه الخطوة من أجل الفئران عارية. تخدير الحيوانات مع حقن داخل الصفاق من كوكتيل [وصفة : 1 مل الكيتامين (100 ملغ / مل) ، و 0.1 مل زيلازين (100 ملغ / مل) ، و 8.9 مل المالحة ؛ الجرعة : 0.1 ml/10 ز]. حلق الشعر في الأذن ، وكذلك يزيل الشعر الشعر المتبقية مع كريم SURGI (الفئة # : 82565 ، الاميركية الدولية للصناعات) قبل تنظيفها بالماء منزوع الأيونات. علما بأن إزالة الشعر من هذا القبيل قد تهيج الجلد قليلا الأوعية الدموية ، وبالتالي يتم تنفيذ أفضل قبل 24 ساعة من التجربة المزمعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدوره على نظام الليزر الضوئي ، والتحقق من المحاذاة النظام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تخدير الفأر مع 3 ٪ isoflurane المتبخرة من استنشاق الغاز (معدل تدفق نموذجي هو 1،0-1،5 لتر / دقيقة ، اعتمادا على وزن جسم الحيوان) ، والحفاظ على التخدير مع 1 ٪ isoflurane في كافة مراحل التجربة. ينصح الطبية الصف الهواء كما استنشاق الغاز للحفاظ على الماوس في حالة فسيولوجية طبيعية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نقل الماوس إلى مرحلة المجسم ، والتحكم في درجة حرارة الجسم عند 37 درجة مئوية مع وسادة التدفئة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تتسطح الأذن الماوس على لوحة بلاستيكية وتطبيق طبقة من الهلام الموجات فوق الصوتية في أعلى الأذن. تجنب احتباس فقاعات الهواء داخل الجل. ثم ، ضع الأذن التصوير تحت النافذة ورفع ببطء في المرحلة الحيوانية إلى أن اتصالات الموجات فوق الصوتية هلام الجزء السفلي من الغشاء البولي اثيلين. مطلوب اللاصقة اللينة بسبب الضغط على الأذن ضد الغشاء قد يؤثر على تدفق الدم في الأذن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المشبك a نبض oximeter في ساقه الماوس أو الذيل لمراقبة حالتها الفسيولوجية ، وتطبيق مرهم للعين لمنع جفاف والتلف العرضي ليزر للعيون الماوس. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خفض رأسه حتى يتم التصوير عدسة مغمورة في الماء منزوع الأيونات الصوتية ، وإزالة فقاعات الهواء محاصرين تحت العدسة الصوتية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التحقق من فلوينس الليزر للتأكد من وجوده ضمن معايير السلامة ليزر للمعهد الوطني الأمريكي للمعايير 13. ينبغي أن فلوينس الليزر لا تتجاوز 20 مللي جول / سم 2 ، وهو ما يترجم إلى 80 نيوجيرسي الطاقة نبضة ليزر عندما تركز شعاع الليزر في 150 ميكرون تحت سطح الجلد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط الليزر لوضع الخارجي الزناد وبدء المسح الضوئي للمحاكمة. ضبط الموقف ض الرأس حتى التصوير الضوئي أقواهما هو من الطائرة الاتصال الصوتي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين المعلمات الصحيح المسح والبدء في الحصول على الصور الرسمية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد التجربة ، وإيقاف ليزر ، ورفع الرأس التصوير خارج الماء منزوع الأيونات ، وانخفاض في المرحلة الحيوانية إلى إطلاق سراح الفأر ، وتنظيف الأذن الفأر مع الماء منزوع الأيونات ، إيقاف نظام التخدير وتحكم في درجة الحرارة ، وتفريغ الماوس من مرحلة المجسم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إذا كان المطلوب تصوير المتكررة ، ووضع الماوس في حاضنة مع درجة حرارة البيئة التي حددت في 37 درجة مئوية. عودة الماوس إلى منشأة الحيوان بعد أن يستيقظ بشكل طبيعي. خلاف ذلك ، اتبع بروتوكولات الحيوانية لeuthanatize والتخلص منها. </li></ol> 4. وظيفية أو حزب الأصالة والمعاصرة ، من التركيز الكلي وتشبع الأوكسجين من الهيموغلوبين <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الأوكسي هيموغلوبين (HBO 2) وديوكسي هيموغلوبين (HBR) هي الأشكال الرئيسيتين من الهيموغلوبين ، والغالب المصدر الضوئي الذاتية في النطاق الطيفي المرئي. HBO 2 و HBR ومتميزة الأطياف امتصاص البصرية ، وبالتالي يمكن أن تكون متمايزة طيفيا لقياس التركيز الكلي على حد سواء (HBT) وتشبع الأوكسجين (SO 2) من الهيموغلوبين 5. هنا مجموعتان من المبادئ التوجيهية للمساعدة في اختيار المناسب للموجات الضوئية قياسات 2 بحيث : </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يجب أن يتم تحديد موجات داخل Q - الفرقة من الهيموغلوبين طيف الامتصاص (أي 550-600 نانومتر) لضمان وجود ما يكفي من الإشارات إلى نسبة الضوضاء والاختراق الكافي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ينصح موجات حيث معاملات امتصاص HBO 2 و HBR يملك الفرق واضح (على سبيل المثال ، HBR المهيمنة نانومتر 561 و HBO 2 - المهيمنة 578 نانومتر). </li></ol> إلى جانب ذلك 2 ، يمكن حساب HBT بإضافة [HBR] و [HBO 2] معا ، أو يمكن قياسه مباشرة على موجات isosbestic من الأطياف الانقراض المعامل المولي من الهيموغلوبين (مثلا ، 530 نانومتر ، 545 نانومتر ، 570 نانومتر ، و 584 نانومتر) 14 ، حيث HBR وHBO 2 متساوية معاملات المولي الانقراض. 5. ممثل النتائج : هو مبين في الشكل رقم 1 هو تشريح الأوعية الدموية وذلك في 2 الأذن الماوس يعيشون عراة التقط بواسطة الطول الموجي المزدوج (561 و 570 نانومتر) أو حزب الأصالة والمعاصرة. والحصول على الصور النمطية الوقت لذلك الطول الموجي المزدوج 2 قياسات مثل هذه المنطقة من الفائدة (حجم الصورة : 10 ملم × 10 ملم ، وحجم الخطوة : 2.5 ميكرومتر × 5 ميكرون) هو ~ 80 دقيقة. p_upload/2729/2729fig1.jpg &quot;بديل =&quot; الشكل 1 &quot;/&gt; الشكل 1. المجهر الضوئي في الاستبانة فيفو الضوئي. صور خريطة (أ) تركيز الهيموغلوبين مجموع يظهر تشريح الأوعية الدموية (المكتسبة في 570 نانومتر) و (ب) الأكسجين تشبع الهيموجلوبين (المكتسبة في 561 نانومتر ونانومتر 570) في أذن الفأر عارية. (C) عن قرب في المنطقة محاصر في لوحة (A). شريط النطاق في لوحة (أ) ينطبق على كل من (أ) و (B)

<ol>
	<li>Maslov, K., Zhang, H. F., Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical-resolution+photoacoustic+microscopy+for+in+vivo+imaging+of+single+capillaries.">Optical-resolution photoacoustic microscopy for in vivo imaging of single capillaries.</a> Opt. Lett. 33, 929-931 (2008).</li><li>Zhang, C., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subwavelength-resolution+label-free+photoacoustic+microscopy+of+optical+absorption+in+vivo.">Subwavelength-resolution label-free photoacoustic microscopy of optical absorption in vivo.</a> Opt. Lett. 35, 3195-3197 (2010).</li><li>Wang, Y., Maslov, K., Kim, C., Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Integrated+photoacoustic+and+fluorescence+confocal+microscopy.">Integrated photoacoustic and fluorescence confocal microscopy.</a> IEEE. Trans. Biomed. Eng. 57, 2576-2578 (2010).</li><li>Jiao, S., Xie, Z., Zhang, H. F., Puliafito, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+multimodal+imaging+with+integrated+photoacoustic+microscopy+and+optical+coherence+tomography.">Simultaneous multimodal imaging with integrated photoacoustic microscopy and optical coherence tomography.</a> Opt. Lett. 34, 2961-2963 (2009).</li><li>Hu, S., Maslov, K., Tsytsarev, V., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+transcranial+brain+imaging+by+optical-resolution+photoacoustic+microscopy.">Functional transcranial brain imaging by optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> J. Biomed. Opt. 14, 040503-040503 (2009).</li><li>Hu, S., Yan, P., Maslov, K., Lee, J. M., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravital+imaging+of+amyloid+plaques+in+a+transgenic+mouse+model+using+optical-resolution+photoacoustic+microscopy.">Intravital imaging of amyloid plaques in a transgenic mouse model using optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Opt. Lett. 34, 3899-3901 (2009).</li><li>Hu, S., Rao, B., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-free+Photoacoustic+Ophthalmic+Angiography.">Label-free Photoacoustic Ophthalmic Angiography.</a> Opt. Lett. 35, 1-3 (2010).</li><li>Jiao, S. L., Jiang, M. S., Hu, J. M., Fawzi, A., Zhou, Q. F., Shung, K. K., Puliafito, C. A., Zhang, H. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+ophthalmoscopy+for+in+vivo+retinal+imaging.">Photoacoustic ophthalmoscopy for in vivo retinal imaging.</a> Opt. Express. 18, 3967-3972 (2010).</li><li>Oladipupo, S., Hu, S., Santeford, A., Yao, J., Kovalski, J. R., Shohet, R., Maslov, K., Wang, L. V., Arbeit, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditional+HIF-1+induction+produces+multistage+neovascularization+with+stage-specific+sensitivity+to+VEGFR+inhibitors+and+myeloid+cell+independence.">Conditional HIF-1 induction produces multistage neovascularization with stage-specific sensitivity to VEGFR inhibitors and myeloid cell independence.</a> Blood. , .</li><li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+functional+chronic+imaging+of+a+small+animal+model+using+optical-resolution+photoacoustic+microscopy.">In vivo functional chronic imaging of a small animal model using optical-resolution photoacoustic microscopy.</a> Med. Phys. 36, 2320-2323 (2009).</li><li>Hu, S., Maslov, K., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Second-generation+optical-resolution+photoacoustic+microscopy+with+improved+sensitivity+and+speed.">Second-generation optical-resolution photoacoustic microscopy with improved sensitivity and speed.</a> Opt. Lett. 36, 1134-1136 (2011).</li><li>Wang, X., Pang, Y., Ku, G., Xie, X., Stoica, G., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+laser-induced+photoacoustic+tomography+for+structural+and+functional+in+vivo+imaging+of+the+brain.">Noninvasive laser-induced photoacoustic tomography for structural and functional in vivo imaging of the brain.</a> Nat. Biotechnol. 21, 803-806 (2003).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laser Institute of America, American National Standard for Safe Use of Lasers ANSI Z136. , (2007).</li><li>Jacques, S. L., Prahl, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+Absorption+of+Hemoglobin+.">Optical Absorption of Hemoglobin .</a> Oregon Medical Laser Center [Internet]. , (1999).</li></ol>

ونفذت جميع الإجراءات على حيوانات التجارب في المختبرات التوافق مع بروتوكول الحيوانية المعتمدة من قبل كلية الطب للدراسات اللجنة الحيوان من جامعة واشنطن في سانت لويس.

في هذا الفيديو ، ونحن نقدم تعليمات مفصلة بشأن البروتوكولات التجريبية OR - PAM ، بما في ذلك تكوين النظام ، والمحاذاة النظام ، والإجراءات التجريبية النموذجية. وقد مكن حزب الأصالة والمعاصرة أو التسمية خالية من موسع دراسات أداء الاوعية الدموية الدقيقة والتمثيل الغذائي على...

محلية الصنع الموحد شعاع الصوتية البصرية : <ul style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحق الزاوية المنشور (NT32 - 545 ، ادموند بصريات) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المعيني المنشور (NT49 - 419 ، ادموند بصريات) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> سيليكون النفط (1000cSt ، منتجات Clearco) </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> OR - PAM النظام (Microphotoacoustics) </li></ul>

three-dimensional optical-resolution photoacoustic microscopy

وقد المجهر الضوئي ، وتوفير معلومات قيمة على المستويين الخلوي وعضية ، اعترف على نطاق واسع التكنولوجيا يعتبر الطب الحيوي مواتية. والدعائم الأساسية في الجسم الحي من ثلاثية الأبعاد (3 - D) المجهر الضوئي ، المجهر مضان single-/multi-photon والبصرية التماسك الرسم السطحي (أكتوبر) أظهرت حساسية غير عادية لمضان يتناقض نثر والبصرية ، على التوالي. ولكن ، على النقيض من امتصاص الأنسجة البيولوجية الضوئية ، والتي بترميز المعلومات الأساسية الفسيولوجية / المرضية ، لم يتم بعد تقييم. وقد أدى ظهور photoacoustics الطب الحيوي لفرع جديد من المجهري البصرية الضوئية القرار المجهر الضوئي (OR - PAM) 1 ، حيث تركز أشعة الضوئية للحد من الانحراف لتحقيق الخلوية 1 أو حتى قرار التحت خلوية المستوى 2 الجانبي. باعتباره مكملا قيما لتكنولوجيات القائمة المجهر الضوئي ، OR - PAM يجلب اثنين على الاقل من المستجدات. الأول والأهم من ذلك ، OR - PAM يكشف تناقضات امتصاص البصرية مع حساسية غير عادية (أي 100 ٪). الجمع بين الأصالة والمعاصرة مع OR - 3 أو مضان المجهر مع الضوئية نثر المستندة 4 أكتوبر (أو كليهما) يوفر خصائص بصرية شاملة من الأنسجة البيولوجية. الثانية ، OR - PAM بترميز امتصاص الموجات الصوتية البصرية في ، على النقيض من العمليات البصرية النقية في مضان المجهري وأكتوبر ، ويوفر خلفية خالية من الكشف. كشف الصوتية في حزب الأصالة والمعاصرة ، أو يخفف من آثار تشتت بصري على تردي الإشارة ويلغي بطبيعة الحال تدخلات ممكنة (أي crosstalks) بين الإثارة والكشف ، وهي مشكلة شائعة في مضان المجهري نظرا للتداخل بين الإثارة والأطياف مضان. فريدة من نوعها للتصوير الضوئي الامتصاص ، وقد أثبتت OR - PAM التطبيقات الطبية الحيوية واسعة منذ اختراع ، بما في ذلك ، ولكن ليس على سبيل الحصر ، الأعصاب 5 ، 6 ، طب العيون 7 و 8 و البيولوجيا الوعائية 9 ، و 10 الأمراض الجلدية. في هذا الفيديو ، ونحن نعلم تكوين النظام والمواءمة بين الأصالة والمعاصرة ، أو فضلا عن الإجراءات التجريبية لتصوير الاوعية الدموية الدقيقة في الجسم الحي وظيفية.

Watch this Scientific Journal Video about Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy at JoVE.com

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

الضوئية القرار المجهر الضوئي (OR - PAM) هو عبارة عن تقنية ناشئة قادرة على استيعاب التناقضات التصوير الضوئي<em&gt; في الجسم الحي</em&gt; مع القرار الخلوية والحساسية. هنا ، ونحن نقدم تعليمة تصور بشأن البروتوكولات التجريبية OR - PAM ، بما في ذلك مواءمة نظام تكوين النظام ، نموذجية<em&gt; في الجسم الحي</em&gt; الإجراءات التجريبية ، ومخططات التصوير وظيفية.

ثلاثي الأبعاد البصرية الميكروسكوب الضوئي الاستبانة

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

three-dimensional-optical-resolution-photoacoustic-microscopy

Research

JoVE Journal

Bioengineering

17.7K Views.  Washington University in St. Louis. الضوئية القرار المجهر الضوئي (OR - PAM) هو عبارة عن تقنية ناشئة قادرة على استيعاب التناقضات التصوير الضوئي في الجسم الحي مع القرار الخلوية والحساسية. هنا ، ونحن نقدم تعليمة تصور بشأن البروتوكولات التجريبية OR - PAM ، بما في ذلك مواءمة نظام تكوين النظام ، نموذجي...

Video: Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Alginate Hydrogels for Three-Dimensional Organ Culture of Ovaries and Oviducts

Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer deaths in women and has a 63% mortality rate in the United States1. The cell type of origin for ovarian cancers is still in question and might be either the ovarian surface epithelium (OSE) or the distal epithelium of the fallopian tube fimbriae2,3. Culturing the normal cells as a primary culture in vitro will enable scientists to model specific changes that might lead to ovarian cancer in the distinct epithelium, thereby definitively determining the cell type of origin. This will allow development of more accurate biomarkers, animal models with tissue-specific gene changes, and better prevention strategies targeted to this disease.
Maintaining normal cells in alginate hydrogels promotes short term in vitro culture of cells in their three-dimensional context and permits introduction of plasmid DNA, siRNA, and small molecules. By culturing organs in pieces that are derived from strategic cuts using a scalpel, several cultures from a single organ can be generated, increasing the number of experiments from a single animal. These cuts model aspects of ovulation leading to proliferation of the OSE, which is associated with ovarian cancer formation. Cell types such as the OSE that do not grow well on plastic surfaces can be cultured using this method and facilitate investigation into normal cellular processes or the earliest events in cancer formation4.
Alginate hydrogels can be used to support the growth of many types of tissues5. Alginate is a linear polysaccharide composed of repeating units of &beta;-D-mannuronic acid and &alpha;-L-guluronic acid that can be crosslinked with calcium ions, resulting in a gentle gelling action that does not damage tissues6,7. Like other three-dimensional cell culture matrices such as Matrigel, alginate provides mechanical support for tissues; however, proteins are not reactive with the alginate matrix, and therefore alginate functions as a synthetic extracellular matrix that does not initiate cell signaling5. The alginate hydrogel floats in standard cell culture medium and supports the architecture of the tissue growth in vitro.
A method is presented for the preparation, separation, and embedding of ovarian and oviductal organ pieces into alginate hydrogels, which can be maintained in culture for up to two weeks. The enzymatic release of cells for analysis of proteins and RNA samples from the organ culture is also described. Finally, the growth of primary cell types is possible without genetic immortalization from mice and permits investigators to use knockout and transgenic mice.

Culture of normal cells in their three-dimensional context represents an alternative method to study early events required for cellular transformation and tumorigenesis. This method is used to grow normal ovarian and oviductal cells to study early events in ovarian cancer formation.

ألجينات الهلاميات المائية للثقافة الجهاز ثلاثي الأبعاد من المبيضين وناقلة البيضات

Ovarian cancer is the fifth leading cause of cancer deaths in women and has a 63% mortality rate in the United States1. The cell type of origin for ...

Planar and Three-Dimensional Printing of Conductive Inks

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical devices1-3. In this paper, we focus on one- (1D), two- (2D), and three-dimensional (3D) printing of conductive metallic inks in the form of flexible, stretchable, and spanning microelectrodes.
Direct-write assembly4,5 is a 1-to-3D printing technique that enables the fabrication of features ranging from simple lines to complex structures by the deposition of concentrated inks through fine nozzles (~0.1 - 250 &mu;m). This printing method consists of a computer-controlled 3-axis translation stage, an ink reservoir and nozzle, and 10x telescopic lens for visualization. Unlike inkjet printing, a droplet-based process, direct-write assembly involves the extrusion of ink filaments either in- or out-of-plane. The printed filaments typically conform to the nozzle size. Hence, microscale features (&lt; 1 &mu;m) can be patterned and assembled into larger arrays and multidimensional architectures.
In this paper, we first synthesize a highly concentrated silver nanoparticle ink for planar and 3D printing via direct-write assembly. Next, a standard protocol for printing microelectrodes in multidimensional motifs is demonstrated. Finally, applications of printed microelectrodes for electrically small antennas, solar cells, and light-emitting diodes are highlighted.

Planar and three-dimensional printing of conductive metallic inks is described. Our approach provides new avenues for fabricating printed electronic, optoelectronic, and biomedical devices in unusual layouts at the microscale.

مستو وثلاثي الابعاد من أحبار الطباعة موصل

Printed electronics rely on low-cost, large-area fabrication routes to create flexible or multidimensional electronic, optoelectronic, and biomedical ...

Photoacoustic Cystography

Conventional pediatric cystography, which is based on diagnostic X-ray using a radio-opaque dye, suffers from the use of harmful ionizing radiation. The risk of bladder cancers in children due to radiation exposure is more significant than many other cancers. Here we demonstrate the feasibility of nonionizing and noninvasive photoacoustic (PA) imaging of urinary bladders, referred to as photoacoustic cystography (PAC), using near-infrared (NIR) optical absorbents (i.e. methylene blue, plasmonic gold nanostructures, or single walled carbon nanotubes) as an optical-turbid tracer. We have successfully imaged a rat bladder filled with the optical absorbing agents using a dark-field confocal PAC system. After transurethral injection of the contrast agents, the rat's bladders were photoacoustically visualized by achieving significant PA signal enhancement. The accumulation was validated by spectroscopic PA imaging. Further, by using only a laser pulse energy of less than 1 mJ/cm2 (1/20 of the safety limit), our current imaging system could map the methylene-blue-filled-rat-bladder at the depth of beyond 1 cm in biological tissues in vivo. Both in vivo and ex vivo PA imaging results validate that the contrast agents were naturally excreted via urination. Thus, there is no concern regarding long-term toxic agent accumulation, which will facilitate clinical translation.

Photoacoustic cystography (PAC) has a great potential to map urinary bladders, a radiation sensitive internal organ in pediatric patients, without using any ionizing radiation or toxic contrast agent. Here we demonstrate the use of PAC for mapping urinary bladders with an injection of optical-opaque tracers in rats in vivo.

تصوير المثانة الضوئي

Conventional pediatric cystography, which is based on diagnostic X-ray using a radio-opaque dye, suffers from the use of harmful ionizing radiation. The ...

Investigating the Three-dimensional Flow Separation Induced by a Model Vocal Fold Polyp

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. Polyps and nodules, which are geometric abnormalities that form on the medial surface of the vocal folds, can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Our laboratory has reported particle image velocimetry (PIV) measurements, within an investigation of a model polyp located on the medial surface of an in&#160;vitro driven vocal fold model, which show that such a geometric abnormality considerably disrupts the glottal jet behavior. This flow field adjustment is a likely reason for the severe degradation of the vocal quality in patients with polyps. A more complete understanding of the formation and propagation of vortical structures from a geometric protuberance, such as a vocal fold polyp, and the resulting influence on the aerodynamic loadings that drive the vocal fold dynamics, is necessary for advancing the treatment of this pathological condition. The present investigation concerns the three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted prolate hemispheroid with a 2:1 aspect ratio in cross flow, i.e. a model vocal fold polyp, using an oil-film visualization technique. Unsteady, three-dimensional flow separation and its impact of the wall pressure loading are examined using skin friction line visualization and wall pressure measurements.

Vocal fold polyps can disrupt vocal fold dynamics and thus can have devastating consequences on a patient&#39;s ability to communicate. Three-dimensional flow separation induced by a wall-mounted model polyp and its impact on the wall pressure loading are examined using particle image velocimetry, skin friction line visualization, and wall pressure measurements.

التحقيق في فصل التدفق ثلاثي الأبعاد الناجم عن نموذج بوليب أضعاف الصوتية

The fluid-structure energy exchange process for normal speech has been studied extensively, but it is not well understood for pathological conditions. ...

Human Cartilage Tissue Fabrication Using Three-dimensional Inkjet Printing Technology

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and regenerative medicine. With digital control&#160;cells, scaffolds, and growth factors can be precisely deposited to the desired two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) locations rapidly. Therefore, this technology is an ideal approach to fabricate tissues mimicking their native anatomic structures. In order to engineer cartilage with native zonal organization, extracellular matrix composition (ECM), and mechanical properties, we developed a bioprinting platform using a commercial inkjet printer with simultaneous photopolymerization capable for 3D cartilage tissue engineering. Human chondrocytes suspended in poly(ethylene glycol) diacrylate (PEGDA) were printed for 3D neocartilage construction via layer-by-layer assembly. The printed cells were fixed at their original deposited positions, supported by the surrounding scaffold in simultaneous photopolymerization. The mechanical properties of the printed tissue were similar to the native cartilage. Compared to conventional tissue fabrication, which requires longer UV exposure, the viability of the printed cells with simultaneous photopolymerization was significantly higher. Printed neocartilage demonstrated excellent glycosaminoglycan (GAG) and collagen type II production, which was consistent with gene expression. Therefore, this platform is ideal for accurate cell distribution and arrangement for anatomic tissue engineering.

The methods described in this paper show how to convert a commercial inkjet printer into a bioprinter with simultaneous UV polymerization. The printer is capable of constructing 3D tissue structure with cells and biomaterials. The study demonstrated here constructed a 3D neocartilage.

الغضروف الإنسان الأنسجة التصنيع باستخدام ثلاثي الأبعاد تكنولوجيا الطباعة النافثة للحبر

Bioprinting, which is based on thermal inkjet printing, is one of the most attractive enabling technologies in the field of tissue engineering and ...

Analysis of Cell Migration within a Three-dimensional Collagen Matrix

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic development, wound healing, and immune responses. However, cell migration is also a key mechanism in cancer enabling these cancer cells to detach from the primary tumor to start metastatic spreading. Within the past years various cell migration assays have been developed to analyze the migratory behavior of different cell types. Because the locomotory behavior of cells markedly differs between a two-dimensional (2D) and three-dimensional (3D) environment it can be assumed that the analysis of the migration of cells that are embedded within a 3D environment would yield in more significant cell migration data. The advantage of the described 3D collagen matrix migration assay is that cells are embedded within a physiological 3D network of collagen fibers representing the major component of the extracellular matrix. Due to time-lapse video microscopy real cell migration is measured allowing the determination of several migration parameters as well as their alterations in response to pro-migratory factors or inhibitors. Various cell types could be analyzed using this technique, including lymphocytes/leukocytes, stem cells, and tumor cells. Likewise, also cell clusters or spheroids could be embedded within the collagen matrix concomitant with analysis of the emigration of single cells from the cell cluster/ spheroid into the collagen lattice. We conclude that the 3D collagen matrix migration assay is a versatile method to analyze the migration of cells within a physiological-like 3D environment.

Cell migration is a biological phenomenon that is involved in a plethora of physiological, such as wound healing and immune responses, and pathophysiological processes, like cancer. The 3D-collagen matrix migration assay is a versatile tool to analyze the migratory properties of different cell types within in a 3D physiological-like environment.

تحليل الهجرة خلية داخل الكولاجين مصفوفة ثلاثية الأبعاد

The ability to migrate is a hallmark of various cell types and plays a crucial role in several physiological processes, including&#160;embryonic ...

Engineering Three-dimensional Epithelial Tissues Embedded within Extracellular Matrix

The architecture of branched organs such as the lungs, kidneys, and mammary glands arises through the developmental process of branching morphogenesis, which is regulated by a variety of soluble and physical signals in the microenvironment. Described here is a method created to study the process of branching morphogenesis by forming engineered three-dimensional (3D) epithelial tissues of defined shape and size that are completely embedded within an extracellular matrix (ECM). This method enables the formation of arrays of identical tissues and enables the control of a variety of environmental factors, including tissue geometry, spacing, and ECM composition. This method can also be combined with widely used techniques such as traction force microscopy (TFM) to gain more information about the interactions between cells and their surrounding ECM. The protocol can be used to investigate a variety of cell and tissue processes beyond branching morphogenesis, including cancer invasion.

This manuscript describes a soft lithography-based technique to engineer uniform arrays of three-dimensional (3D) epithelial tissues of defined geometry surrounded by extracellular matrix. This method is amenable to a wide variety of cell types and experimental contexts and allows for high-throughput screening of identical replicates.

الأنسجة الطلائية الهندسة ثلاثي الأبعاد جزءا لا يتجزأ من داخل خارج الخلية مصفوفة

The architecture of branched organs such as the lungs, kidneys, and mammary glands arises through the developmental process of branching morphogenesis, ...

Fabrication of Three-dimensional Paper-based Microfluidic Devices for Immunoassays

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and directed within a layer of paper. Moreover, stacking multiple layers of patterned paper creates sophisticated three-dimensional microfluidic networks that can support the development of analytical and bioanalytical assays. Paper-based microfluidic devices are inexpensive, portable, easy to use, and require no external equipment to operate. As a result, they hold great promise as a platform for point-of-care diagnostics. In order to properly evaluate the utility and analytical performance of paper-based devices, suitable methods must be developed to ensure their manufacture is reproducible and at a scale that is appropriate for laboratory settings. In this manuscript, a method to fabricate a general device architecture that can be used for paper-based immunoassays is described. We use a form of additive manufacturing (multi-layer lamination) to prepare devices that comprise multiple layers of patterned paper and patterned adhesive. In addition to demonstrating the proper use of these three-dimensional paper-based microfluidic devices with an immunoassay for human chorionic gonadotropin (hCG), errors in the manufacturing process that may result in device failures are discussed. We expect this approach to manufacturing paper-based devices will find broad utility in the development of analytical applications designed specifically for limited-resource settings.

We detail a method to fabricate three-dimensional paper-based microfluidic devices for use in the development of immunoassays. Our approach to device assembly is a type of multilayer, additive manufacturing. We demonstrate a sandwich immunoassay to provide representative results for these types of paper-based devices.

تصنيع أجهزة ميكروفلويديك ثلاثي الأبعاد على الورق ليمونواسايس

Paper wicks fluids autonomously due to capillary action. By patterning paper with hydrophobic barriers, the transport of fluids can be controlled and ...

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

Photoacoustic microscopy (PAM) is a fast-growing invivo imaging modality that combines both optics and ultrasound, providing penetration beyond the optical mean free path (~1 mm in skin) with high resolution. By combining optical absorption contrast with the high spatial resolution of ultrasound in a single modality, this technique can penetrate deep tissues. Photoacoustic microscopy systems can have either a low acoustic resolution and probe deeply or a high optical resolution and probe shallowly. It is challenging to achieve high spatial resolution and large depth penetration with a single system. This work presents an AR-OR-PAM system capable of both high-resolution imaging at shallow depths and low-resolution deep-tissue imaging of the same sample in vivo. A lateral resolution of 4 &#181;m with 1.4 mm imaging depth using optical focusing and a lateral resolution of 45 &#181;m with 7.8 mm imaging depth using acoustic focusing were successfully demonstrated using the combined system. Here,&#160;in vivo&#160;small-animal blood vasculature imaging is performed to demonstrate its biological imaging capability.

Switchable Acoustic and Optical Resolution Photoacoustic Microscopy for In Vivo Small-animal Blood Vasculature Imaging

Here a switchable acoustic resolution (AR) and optical resolution (OR) photoacoustic microscopy (AR-OR-PAM) system capable of both high resolution imaging at shallow depth and low resolution deep tissue imaging on the same sample in vivo is demonstrated.

للتحويل الصوتية والبصرية القرار المجهر الضوئي ل<em&gt; في فيفو</em&gt; الحيوانات الصغيرة الدم الأوعية الدموية التصوير

Photoacoustic microscopy (PAM) is a fast-growing invivo imaging modality that combines both optics and ultrasound, providing penetration beyond the ...

Characterizing Cell Migration Within Three-dimensional In Vitro Wound Environments

Currently, most in vitro models of wound healing, such as well-established scratch assays, involve studying cell migration and wound closure on two-dimensional surfaces. However, the physiological environment in which in vivo wound healing takes place is three-dimensional rather than two-dimensional. It is becoming increasingly clear that cell behavior differs greatly in two-dimensional vs. three-dimensional environments; therefore, there is a need for more physiologically relevant in vitro models for studying cell migration behaviors in wound closure. The method described herein allows for the study of cell migration in a three-dimensional model that better reflects physiological conditions than previously established two-dimensional scratch assays. The purpose of this model is to evaluate cell outgrowth via the examination of cell migration away from a spheroid body embedded within a fibrin matrix in the presence of pro- or anti-migratory factors. Using this method, cell outgrowth from the spheroid body in a three-dimensional matrix can be observed and is easily quantifiable over time via brightfield microscopy and analysis of spheroid body area. The effect of pro-migratory and/or inhibitory factors on cell migration can also be evaluated in this system. This method provides researchers with a simple method of analyzing cell migration in three-dimensional wound associated matrices in vitro, thus increasing the relevance of in vitro cell studies prior to the use of in vivo animal models.

Characterizing Cell Migration Within Three-dimensional In Vitro Wound Environments

The goal of this protocol is to evaluate the effect of pro- and anti-migratory factors on cell migration within a three-dimensional fibrin matrix.