نود أن نشكر كون لو وكورتس رونالد لتقديم المساعدة التقنية. وأيد هذا العمل من قبل موري ONR جائزة رقم : N00014 - 10 - 1-0072 NSF ، منح # SBE - 0542013 لديناميات الزمنية من مركز التعلم ، وهي علوم NSF مركز التعلم ، ومنحة المعاهد الوطنية للصحة # 2 NS036449 R01 - 11.

1. خارج غرفة الماسح الضوئي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الجدول المتداول مع نهاية حرة وانتهاء بدعم خارجي من مقبض طويل منفصلة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الاختيار التي يتم فيها تشغيل الروبوت قبالة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الروبوت في المقبس الطاولة وتأمين السلامة لوحة الألومنيوم على الروبوت مع 2 البراغي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إرفاق effecter نهاية للتعامل مع الروبوت مع محول الألومنيوم والتحقق من انه يتحرك بحرية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نعلق كابل 10 &#39;بالتوازي مع الالومنيوم التدريع مع الروبوت وتأكد من أن التدريع سليمة. إضافة احباط اضافية اذا لزم الامر. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مكان مربع الألومنيوم التدريع على الروبوت الحرص على وضع مواز وكابلات الكهرباء في أخدود على ظهره. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المسمار بعناية في مربع التدريع. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حزمة رقائق الألومنيوم في الأخدود كابل في مربع التدريع والتأكد من احباط يجعل الاتصال مع التدريع على الكابل المتوازي. </li></ol> 2. الانتقال الى غرفة الماسح الضوئي مع شخصين ، A و B <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الاستعداد للدخول في بيئة عالية المجال المغناطيسي عن طريق إزالة أي وجميع الأجسام المعدنية غير الحديدية بما في ذلك منها ، على سبيل المثال ، الهواتف المحمولة ، ومفاتيح ، والنقود المعدنية ، الخ... </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مع نهاية عقد ألف شخص في نهاية الجدول خالية من وباء الروبوت الشخص استقرار نهاية مربع ، ولفة انها الحرة الأولى حتى يدخل الروبوت مجرد باب الغرفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مقاطع B الشخص مربوط الحبل الأمن إلى ثقب مرساة على خلفية قضية التدريع والشيكات التي ترتبط بقوة الطرف الآخر مرتكزا الجدار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> العمل معا ، ولفة على طاولة في غرفة وإرفاقه مع الأشرطة فيلكرو إلى سفح الجدول الرنين المغناطيسي الوظيفي. يجب على الروبوت نهاية الجدول البقاء بعيدة عن الماسح الضوئي ممكن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نعلق كابل الروبوت موازية لتصفية مخصص على بالمرور إلى غرفة التحكم ، والمكونات في الروبوت. ينبغي للاحباط التدريع على كبل متوازي اجراء اتصالات مع المرشح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نعلق الجزء الخارجي من مقبض طويل (effecter النهاية) والتحقق من أنها سوف تدخل تحمل من الرنين المغناطيسي الوظيفي نظيفة. </li></ol> 3. في غرفة التحكم <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء تشغيل جهاز الكمبيوتر مراقبة ونعلق كابل 6 &#39;بالتوازي مع الروبوت. تأكد من إزالة أية عوامل تصفية الإضافية التي قد تكون على الجزء الداخلي من بالمرور. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحقق من أن يتم تشغيل المحركات الروبوت إيقاف ، بدء روتين فانتوم المعايرة والتحقق من أن قراءات موقف المحركات من الروتين المعايرة الروبوت مستقرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> المزدوج تحقق من اتصال كبل متوازي وهذا هو تعلق فقط تصفية واسعة مخصصة إذا روتين المعايرة لا تستطيع رؤية الروبوت أو هناك اختلافات كبيرة في قراءات السيارات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل الروبوت عن طريق فتح منفذ على الجزء الخلفي من المربع التدريع واضغط على مفاتيح بعصا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة معايرة روتينية مع نهاية effecter تركزت تقريبا في نهاية الدليل الموجي المخروطية. الخطوة من خلال معايرة والتحقق من أن مربع مربع المعايرة والتفاعل لمسي المناسبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نعلق الإخراج TTL من الرنين المغناطيسي الوظيفي (موصل BNC) إلى ADC Labjack السيطرة على جهاز الكمبيوتر. </li></ol> 4. الموضوع <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> يعد هذا الموضوع من أجل بيئة الحقل المغناطيسي عالية مع البروتوكولات القياسية الرنين المغناطيسي الوظيفي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعداد أي معدات اضافية للتجربة ، على سبيل المثال ، نظام العرض المرئي. نستخدم مختبر NordicNeuro الرؤية المحدودة ، التي تنص على نظام ستيريو عرض من العروض البصرية ، وهي الميزة التي هي مفيدة بشكل خاص عند تقديم البيئات الافتراضية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد هذا الموضوع يستلقي على الطاولة ، ويقع لفائف الرأس ، وضبط المسافة من الروبوت من خلال تخفيف الخناق جهة وانزلاق الجزء العلوي من الجدول حتى يمكن نقل هذا الموضوع بشكل مريح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> دليل الجدول يدويا عن طريق التمسك نهاية الروبوت في حين أن الجدول الرنين المغناطيسي الوظيفي يتحرك داخل وخارج الفتحة لمنع العجلات من متذبذب. تأكد من effecter يذهب الى نهاية تتحمل ولا يصاب في الخارج. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل التجربة. </li></ol> 5. كسر الإعداد مع شخصين A و B <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد خروج المريض ، وإزالة نهاية الخارجي للمعالجة طويلة وفصل الجدول الروبوت من الجدول بواسطة الرنين المغناطيسي الوظيفي فك رباط الفيلكرو. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من الروبوت ، والتراجع عن محمية الكابل المتوازي وافصل كابل الطاقة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ألف شخص مع نهاية عقد خالية من الجدول الروبوت وباء شخص توجيه الروبوت نهاية ، نقل الجدول إلى الباب. عند الباب ، والتراجع عن الحبل ، ولفة الجدول الروبوت إلى القاعة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التراجع عن كل المسامير من مربع التدريع ومسامير اثنين من لوحة السلامة وإزالة الروبوت. </li></ol> 6. ممثل النتائج : من الناحية المثالية ، ينبغي أن الروبوت والرنين المغناطيسي الوظيفي لمسي لا تؤثر على بعضها البعض. يمكن أن نقول إذا كان يتم عبر الإنترنت أثرت على الروبوت من الرنين المغناطيسي الوظيفي. عموما ، إذا لم يتم كابل الروبوت موازية محمية بشكل صحيح وتصفيتها ، ثم قراءات من المحركات oscilبسرعة في وقت متأخر. هذا يمكن ان تكون ثابتة عن طريق فحص مضاعفة الألومنيوم التدريع في كابل ، التي يتم وضعها بشكل صحيح الأساسية حديدية على كبل متوازي بالقرب من الروبوت ، وأنه مرشح فقط على الروبوت هو تصفية مخصص على الماسح الضوئي غرفة من الجانب بالمرور . اكتشاف أخطاء في الرنين المغناطيسي الوظيفي هو حقا ممكن فقط بعد أن تم تقليص البيانات وتحليلها ، ولكن ينبغي أن تؤخذ تفحص التشريحية في وقت مبكر من دراسة وفحص للتأثيرات سستة أو غيرها من الأعمال الفنية يدل على الضوضاء ارتباطا (على سبيل المثال ارتفاع الضوضاء) 7. بشكل متكرر ، مثل الضوضاء يأتي من المعادن المعدنية على الاتصال ، ويمكن تنظيف من خلال تشديد الخناق على كل طاولة الروبوت ، وبخاصة مسامير التكيف اليد على جانب من طاولة المفاوضات. من تجاربنا إشارة الرنين المغناطيسي الوظيفي الأساس إلى نسبة الضوضاء (SNR) هو ~ 380 و مع الروبوت محمية تماما في الغرفة التي تنخفض إلى معقولة لا يزال ~ 330. إذا كان الدرع ليس في مكان على الروبوت ، ثم تراجع لمزيد من SNR ~ 250 ، وآثار الضجيج تصبح كبيرة جدا. كما هو مبين في 4 و 3 من درجة مشتركة الحرية في وسط مقبض له تأثير يذكر على ديناميات التفاعل الروبوت / ومن ناحية باستثناء التحول بعيدا عن الروبوت. المشترك في وسط مقبض يتصرف مثل نقطة ارتكاز ويعكس هذا الاقتراح واضح في اثنين من الاتجاهات (اليسار واليمين وحتى أسفل) ولكن لا ثالث (إلى الأمام والخلف) منذ فانتوم واليد هي على طرفي نقيض من ذراع التعامل مع مثل نقطة ارتكاز في الوسط ، وتطبق المكاسب في مجال البرمجيات في كل من الاتجاهات الثلاثة الإقليدية : المكاسب السلبية في الاتجاهين التي يسيطر عليها قطب المشتركة ، وكسب إيجابي في اتجاه مشترك المنزلق. الأثر الصافي للمقبض دوار ويستنسخ كامل 3 درجات الحرية للروبوت فانتوم ، فقط 9 &#39;بعيدا. <img src="/files/ftp_upload/3364/3364fig1.jpg" alt="الشكل 1"/> الشكل 1 استخدام جهاز لتركيب الروبوت لمسي للاستخدام في بيئة الرنين المغناطيسي الوظيفي. يظهر أعلى الروبوت منصة لمسي في حالة قبل الضميمة (أعلى ، يسار) وgimbal / المنزلق مشتركة في منتصف المقبض (أعلى ، يمين). أسفل ، يسار يظهر الموضوع في الماسح الضوئي التلاعب في التعامل معها. القاع ، هو حق لرسم كاريكاتوري للeffecter التدريع ونهاية. <img src="/files/ftp_upload/3364/3364fig2.jpg" alt="الشكل 2"/> الشكل 2 نتائج اختبار الروبوت بيورن لمحمية تماما مع الحركة. الصور الثلاث مع الصلبان تظهر أجزاء من نموذج الرأس الكروية ، والجزء السفلي يبين حق عرض ثلاثي الأبعاد. النقاط الصغيرة هي فقاعات في نموذج الرأس ثابت ودائما ما تكون موجودة. عدم وجود خطوط كبيرة أو السوستة يشير إلى أن الضجيج غير مترابطة من الروبوت.

<ol>
	<li>Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+magnetic+resonance+imaging+with+contrast+dependent+on+blood+oxygenation.">Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87, 9868-9872 (1990).</li><li>Heeger, D. J., Ress, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+does+fMRI+tell+us+about+neuronal+activity.">What does fMRI tell us about neuronal activity.</a> Nat. Rev. Neurosci. 3, 142-151 (2002).</li><li>deCharms, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Applications+of+real-time+fMRI.">Applications of real-time fMRI.</a> Nat. Rev. Neurosci. 9, 720-729 (2008).</li><li>Hribar, A., Koritnik, B., Munih, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phantom+haptic+device+upgrade+for+use+in+fMRI.">Phantom haptic device upgrade for use in fMRI.</a> Medical and Biological Engineering and Computing. 47, 677-684 (2009).</li><li>Trommershauser, J., Gepshtein, S., Maloney, L. T., Landy, M. S., Banks, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+compensation+for+changes+in+task-relevant+movement+variability.">Optimal compensation for changes in task-relevant movement variability.</a> J. Neurosci. 25, 7169-7178 (2005).</li><li>Konczak, J., Li, K. Y., Tuite, P. J., Poizner, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Haptic+perception+of+object+curvature+in+Parkinson's+disease.">Haptic perception of object curvature in Parkinson's disease.</a> PLoS ONE. 3, e2625-e2625 (2008).</li><li>Lipton, M. L., Lipton, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Artifacts:+When+things+go+wrong,+it's+not+necessarily+all+bad.">Artifacts: When things go wrong, it's not necessarily all bad.</a> Totally Accessible MRI. , 139-153 (2008).</li><li>Rajh, M., Glodez, S., Flasker, J., Gotlih, K., Kostanjevec, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+analysis+of+an+fMRI+compatible+haptic+robot.">Design and analysis of an fMRI compatible haptic robot.</a> Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 27, 267-275 (2011).</li><li>Burdet, E., Gassert, R., Gowrishankar, G., Chapuis, D., Bleuler, H., Ang, M., Khatib, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fMRI+compatible+haptic+interfaces+to+investigate+human+motor+control.">fMRI compatible haptic interfaces to investigate human motor control.</a> Experimental Robotics IX, of Springer Tracts in Advanced Robotics. 21, 25-34 (2006).</li><li>Nakamura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+networks+in+motor+sequence+learning:+abnormal+topographies+in+Parkinson's+disease.">Functional networks in motor sequence learning: abnormal topographies in Parkinson's disease.</a> Hum Brain Mapp. 12, 42-60 (2001).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

الرنين المغناطيسي الوظيفي للروبوت متوافق يفتح آفاقا جديدة لإجراء التجارب في علم الأعصاب من التحكم في المحركات. الخطوة الأكثر أهمية في الإعداد هو التدريع للروبوت لمنع القطع الأثرية في الرنين المغناطيسي الوظيفي ، وهو ما كنا نفعله في خطوتين. الأول ، هو الروبوت ذاته حو?...

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> شبح قسط 1.5/6dof ، وارتفاع قوة النموذج </td><td> Sensable </td><td> <a href="www.sensable.com">www.sensable.com</a> </td></tr></tbody></table>

adaptation of a haptic robot in a 3t fmri

التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (الرنين المغناطيسي الوظيفي) على تصوير الدماغ وظيفية ممتازة عن طريق إشارة BOLD 1 مع المزايا بما في ذلك الإشعاع غير المؤين ، والدقة المكانية للبيانات ملليمتر التشريحية والوظيفية 2 ، وتقريبا في الوقت الحقيقي والتحليلات 3. الروبوتات اللمسية تقديم قياس دقيق والسيطرة على الموقف وقوة المؤشر في مكان ضيق إلى حد معقول. هنا جمعنا بين هذه التقنيات اثنين للسماح التجارب التي تنطوي على الدقة والتحكم الحركي مع لمسي / اللمس تفاعل البيئة مثل التوصل أو استيعاب. الفكرة الأساسية هي أن إرفاق effecter نهاية 8 القدم معتمدة في مركز للروبوت 4 موضوع السماح لاستخدام الروبوت ، ولكن ذلك التدريع وابقائها خارج الجزء الأكثر تطرفا من الحقل المغناطيسي من جهاز الرنين المغناطيسي الوظيفي (الشكل 1 ). قسط فانتوم 3.0 ، 6DoF ، وارتفاع قوة الروبوت (SensAble تكنولوجيز ، وشركة) هو خيار ممتاز لتوفير قوة التغذية المرتدة في تجارب الواقع الافتراضي 5 ، 6 ، ولكنها بطبيعتها غير آمنة السيد ، ويدخل ضوضاء كبيرة للحساسية الرنين المغناطيسي الوظيفي يمكن أن تتأثر المعدات ، والمحركات الكهربائية والخمسين من الرنين المغناطيسي الوظيفي وبقوة متفاوتة المجال المغناطيسي. لقد وضعنا جدولا ونظام التدريع الذي يسمح للروبوت قدم بأمان في البيئة الرنين المغناطيسي الوظيفي وحدود كل من تدهور للإشارة الرنين المغناطيسي الوظيفي من المحركات الصاخبة كهربائيا وتدهور أداء المحركات الكهربائية بواسطة الحقل المغناطيسي بقوة متفاوتة من الرنين المغناطيسي الوظيفي. مع الدرع ، وإشارة إلى نسبة الضوضاء (SNR : تعني إشارة / ضجيج الانحراف المعياري) من يذهب الرنين المغناطيسي الوظيفي من خط الأساس من ~ ~ 380 إلى 330 ، 250 و ~ دون التدريع. الضجيج ويبدو أن ما تبقى غير مترابطة والتحف لا يضيف إلى الرنين المغناطيسي الوظيفي لكرة الاختبار (الشكل 2). منذ فترة طويلة ، والتعامل مع تيبس يسمح وضع الروبوت خارج النطاق من أكثر الأجزاء بقوة متفاوتة من المجال المغناطيسي لذلك ليس هناك تأثير كبير من الرنين المغناطيسي الوظيفي على الروبوت. تأثير التعامل مع الحركيات الروبوت هو الحد الأدنى لأنها خفيفة الوزن (~ 2،6 £) ولكن للغاية قاسية 3 / 4 &quot;الغرافيت ومتوازن على المفصل 3DoF في الوسط ، والنتيجة النهائية هي الرنين المغناطيسي الوظيفي متوافق نظام لمسي ، مع حوالي 1 قدم مكعب من مساحة العمل ، وعندما يقترن الواقع الافتراضي ، فإنه يسمح لمجموعة من التجارب الجديدة التي سيتم تنفيذها في البيئة الطبيعية بما في ذلك الرنين المغناطيسي الوظيفي التشرد ، والتوصل إلى سلبية من طرف والادراك لمسي ، وتعلم التكيف في مجالات متفاوتة القوة ، أو تحديد الملمس 5 ، 6.

Watch this Scientific Journal Video about Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI at JoVE.com

Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

يوصف التكيف واستخدام الروبوت لمسي في 3T الرنين المغناطيسي الوظيفي.

التكيف من الروبوت في الرنين المغناطيسي الوظيفي لمسي 3T

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides excellent functional brain imaging via the BOLD signal 1 with advantages including non-ionizing ...

adaptation-of-a-haptic-robot-in-a-3t-fmri

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.6K Views.  University of California. يوصف التكيف واستخدام الروبوت لمسي في 3T الرنين المغناطيسي الوظيفي.

Video: Adaptation of a Haptic Robot in a 3T fMRI

Fabrication of Electrochemical-DNA Biosensors for the Reagentless Detection of Nucleic Acids, Proteins and Small Molecules

As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to 
receive the results. Many patients would be better served by rapid, bedside tests. To this end our laboratory and others have developed a versatile, reagentless 
biosensor platform that supports the quantitative, reagentless, electrochemical detection of nucleic acids (DNA, RNA), proteins (including antibodies) and small 
molecules analytes directly in unprocessed clinical and environmental samples. In this video, we demonstrate the preparation and use of several biosensors in this 
"E-DNA" class. In particular, we fabricate and demonstrate sensors for the detection of a target DNA sequence in a polymerase chain reaction mixture, an HIV-specific antibody and the drug cocaine. The preparation procedure requires only three hours of hands-on effort followed by an overnight incubation, and their use requires only minutes.

"E-DNA" sensors, reagentless, electrochemical biosensors that perform well even when challenged directly in blood and other complex matrices, have been adapted to the detection of a wide range of nucleic acid, protein and small molecule analytes. Here we present a general procedure for the fabrication and use of such sensors.

تصنيع أجهزة الاستشعار الكهروكيميائية الدنا للكشف Reagentless من الأحماض النووية والبروتينات والجزيئات الصغيرة

As medicine is currently practiced, doctors send specimens to a central laboratory for testing and thus must wait hours or days to 
receive the results. ...

Haptic/Graphic Rehabilitation: Integrating a Robot into a Virtual Environment Library and Applying it to Stroke Therapy

Recent research that tests interactive devices for prolonged therapy practice has revealed new prospects for robotics combined with graphical and other forms of biofeedback. Previous human-robot interactive systems have required different software commands to be implemented for each robot leading to unnecessary developmental overhead time each time a new system becomes available. For example, when a haptic/graphic virtual reality environment has been coded for one specific robot to provide haptic feedback, that specific robot would not be able to be traded for another robot without recoding the program. However, recent efforts in the open source community have proposed a wrapper class approach that can elicit nearly identical responses regardless of the robot used. The result can lead researchers across the globe to perform similar experiments using shared code. Therefore modular "switching out"of one robot for another would not affect development time. In this paper, we outline the successful creation and implementation of a wrapper class for one robot into the open-source H3DAPI, which integrates the software commands most commonly used by all robots.

Recently, a vast amount of prospects have come available for human-robot interactive systems. In this paper we outline the integration of a new robotic device with open source software that can rapidly make possible a library of interactive functionality. We then outline a clinical application for a neurorehabilitation application.

لمسي / تأهيل الجرافيكي : دمج روبوت في المكتبة الظاهرية والبيئة وتطبيقا لعلاج السكتة الدماغية

Recent research that tests interactive devices for prolonged therapy practice has revealed new prospects for robotics combined with graphical and other ...

Creating Two-Dimensional Patterned Substrates for Protein and Cell Confinement

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1 While microcontact printing can be employed to directly print a large number of molecules, including proteins,2 DNA,3 and silanes,4 the formation of self-assembled monolayers (SAMs) from long chain alkane thiols on gold provides a simple way to confine proteins and cells to specific patterns containing adhesive and resistant regions. This confinement can be used to control cell morphology and is useful for examining a variety of questions in protein and cell biology. Here, we describe a general method for the creation of well-defined protein patterns for cellular studies.5 This process involves three steps: the production of a patterned master using photolithography, the creation of a PDMS stamp, and microcontact printing of a gold-coated substrate. Once patterned, these cell culture substrates are capable of confining proteins and/or cells (primary cells or cell lines) to the pattern.
The use of self-assembled monolayer chemistry allows for precise control over the patterned protein/cell adhesive regions and non-adhesive regions; this cannot be achieved using direct protein stamping. Hexadecanethiol, the long chain alkane thiol used in the microcontact printing step, produces a hydrophobic surface that readily adsorbs protein from solution. The glycol-terminated thiol, used for backfilling the non-printed regions of the substrate, creates a monolayer that is resistant to protein adsorption and therefore cell growth.6 These thiol monomers produce highly structured monolayers that precisely define regions of the substrate that can support protein adsorption and cell growth. As a result, these substrates are useful for a wide variety of applications from the study of intercellular behavior7 to the creation of microelectronics.8
While other types of monolayer chemistry have been used for cell culture studies, including work from our group using trichlorosilanes to create patterns directly on glass substrates,9 patterned monolayers formed from alkane thiols on gold are straight-forward to prepare. Moreover, the monomers used for monolayer preparation are commercially available, stable, and do not require storage or handling under inert atmosphere. Patterned substrates prepared from alkane thiols can also be recycled and reused several times, maintaining cell confinement.10

Self-assembled monolayers (SAMs) formed from long chain alkane thiols on gold provide well-defined substrates for the formation of protein patterns and cell confinement. Microcontact printing of hexadecanethiol using a polydimethylsiloxane (PDMS) stamp followed by backfilling with a glycol-terminated alkane thiol monomer produces a pattern where protein and cells adsorb only to the stamped hexadecanethiol region.

إنشاء ثنائي الأبعاد ركائز منقوشة على الحبس البروتين والخلايا

Microcontact printing provides a rapid, highly reproducible method for the creation of well-defined patterned substrates.1  While microcontact printing ...

Cellular Lipid Extraction for Targeted Stable Isotope Dilution Liquid Chromatography-Mass Spectrometry Analysis

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including numerous stereoisomers1,2. These metabolites can be formed from free or esterified fatty acids. Many of these oxidized metabolites have biological activity and have been implicated in various diseases including cardiovascular and neurodegenerative diseases, asthma, and cancer3-7. Oxidized bioactive lipids can be formed enzymatically or by reactive oxygen species (ROS). Enzymes that metabolize fatty acids include cyclooxygenase (COX), lipoxygenase (LO), and cytochromes P450 (CYPs)1,8. Enzymatic metabolism results in enantioselective formation whereas ROS oxidation results in the racemic formation of products.
While this protocol focuses primarily on the analysis of AA- and some LA-derived bioactive metabolites; it could be easily applied to metabolites of other fatty acids. Bioactive lipids are extracted from cell lysate or media using liquid-liquid (l-l) extraction. At the beginning of the l-l extraction process, stable isotope internal standards are added to account for errors during sample preparation. Stable isotope dilution (SID) also accounts for any differences, such as ion suppression, that metabolites may experience during the mass spectrometry (MS) analysis9. After the extraction, derivatization with an electron capture (EC) reagent, pentafluorylbenzyl bromide (PFB) is employed to increase detection sensitivity10,11. Multiple reaction monitoring (MRM) is used to increase the selectivity of the MS analysis. Before MS analysis, lipids are separated using chiral normal phase high performance liquid chromatography (HPLC). The HPLC conditions are optimized to separate the enantiomers and various stereoisomers of the monitored lipids12. This specific LC-MS method monitors prostaglandins (PGs), isoprostanes (isoPs), hydroxyeicosatetraenoic acids (HETEs), hydroxyoctadecadienoic acids (HODEs), oxoeicosatetraenoic acids (oxoETEs) and oxooctadecadienoic acids (oxoODEs); however, the HPLC and MS parameters can be optimized to include any fatty acid metabolites13.
Most of the currently available bioanalytical methods do not take into account the separate quantification of enantiomers. This is extremely important when trying to deduce whether or not the metabolites were formed enzymatically or by ROS. Additionally, the ratios of the enantiomers may provide evidence for a specific enzymatic pathway of formation. The use of SID allows for accurate quantification of metabolites and accounts for any sample loss during preparation as well as the differences experienced during ionization. Using the PFB electron capture reagent increases the sensitivity of detection by two orders of magnitude over conventional APCI methods. Overall, this method, SID-LC-EC-atmospheric pressure chemical ionization APCI-MRM/MS, is one of the most sensitive, selective, and accurate methods of quantification for bioactive lipids.

This protocol will demonstrate the extraction and analysis of free and esterified bioactive fatty acids from cells. Fatty acids are accurately quantified using stable isotope dilution, chiral liquid chromatography, electron capture atmospheric chemical ionization multiple reaction monitoring mass spectrometry (SID-LC-ECAPCI-MRM/MS).

الخلوية لاستخراج الدهن المستهدفة التخفيف النظائر المستقرة تحليل السائل الطيف اللوني القداس

The metabolism of fatty acids, such as arachidonic acid (AA) and linoleic acid (LA), results in the formation of oxidized bioactive lipids, including ...

Designing a Bio-responsive Robot from DNA Origami

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in parallel computing2,3 , recognize and bind molecular or cellular targets4,5 , catalyze chemical reactions6,7 , and generate calculated responses in a biological system8,9. Importantly, nucleic acids can be programmed to self-assemble into 2D and 3D structures10-12, enabling the integration of all these remarkable features in a single robot linking the sensing of biological cues to a preset response in order to exert a desired effect.
Creating shapes from nucleic acids was first proposed by Seeman13, and several variations on this theme have since been realized using various techniques11,12,14,15 . However, the most significant is perhaps the one proposed by Rothemund, termed scaffolded DNA origami16. In this technique, the folding of a long (&gt;7,000 bases) single-stranded DNA 'scaffold' is directed to a desired shape by hundreds of short complementary strands termed 'staples'. Folding is carried out by temperature annealing ramp. This technique was successfully demonstrated in the creation of a diverse array of 2D shapes with remarkable precision and robustness. DNA origami was later extended to 3D as well17,18 .
 
The current paper will focus on the caDNAno 2.0 software19 developed by Douglas and colleagues. caDNAno is a robust, user-friendly CAD tool enabling the design of 2D and 3D DNA origami shapes with versatile features. The design process relies on a systematic and accurate abstraction scheme for DNA structures, making it relatively straightforward and efficient.
In this paper we demonstrate the design of a DNA origami nanorobot that has been recently described20. This robot is 'robotic' in the sense that it links sensing to actuation, in order to perform a task. We explain how various sensing schemes can be integrated into the structure, and how this can be relayed to a desired effect. Finally we use Cando21 to simulate the mechanical properties of the designed shape. The concept we discuss can be adapted to multiple tasks and settings.

DNA origami is a powerful method for fabricating precise nanoscale objects by programming the self-assembly of DNA molecules. Here, we describe how DNA origami can be utilized to design a robotic robot capable of sensing biological cues and responding by shape shifting, subsequently relayed to a desired effect.

تصميم روبوت الحيوية استجابة من اوريغامي الحمض النووي

Nucleic acids are astonishingly versatile. In addition to their natural role as storage medium for biological information1, they can be utilized in ...

Identification of Metal Oxide Nanoparticles in Histological Samples by Enhanced Darkfield Microscopy and Hyperspectral Mapping

Nanomaterials are increasingly prevalent throughout industry, manufacturing, and biomedical research. The need for tools and techniques that aid in the identification, localization, and characterization of nanoscale materials in biological samples is on the rise. Currently available methods, such as electron microscopy, tend to be resource-intensive, making their use prohibitive for much of the research community. Enhanced darkfield microscopy complemented with a hyperspectral imaging system may provide a solution to this bottleneck by enabling rapid and less expensive characterization of nanoparticles in histological samples. This method allows for high-contrast nanoscale imaging as well as nanomaterial identification. For this technique, histological tissue samples are prepared as they would be for light-based microscopy. First, positive control samples are analyzed to generate the reference spectra that will enable the detection of a material of interest in the sample. Negative controls without the material of interest are also analyzed in order to improve specificity (reduce false positives). Samples can then be imaged and analyzed using methods and software for hyperspectral microscopy or matched against these reference spectra in order to provide maps of the location of materials of interest in a sample. The technique is particularly well-suited for materials with highly unique reflectance spectra, such as noble metals, but is also applicable to other materials, such as semi-metallic oxides. This technique provides information that is difficult to acquire from histological samples without the use of electron microscopy techniques, which may provide higher sensitivity and resolution, but are vastly more resource-intensive and time-consuming than light microscopy.

Enhanced darkfield microscopy and hyperspectral imaging with spectral mapping enable screening, localization, and identification of nanoscale materials in histological samples with improved speed and accuracy over traditional methods. The goal of this paper is to provide methods for darkfield imaging and hyperspectral mapping of metal oxide nanoparticles in histological samples.

تحديد أكسيد المعادن النانوية في العينات النسيجية من خلال تعزيز بمجهر ذي ساحة مظلمة المجهري الطيفي ورسم الخرائط

Nanomaterials are increasingly prevalent throughout industry, manufacturing, and biomedical research. The need for tools and techniques that aid in the ...

Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal Therapy and Surgery) project. One of the aims of this project is to engineer novel, real-time image processing methods for intra-operative use in the treatment of congenital birth defects, such as spina bifida and the twin-to-twin transfusion syndrome. The developed target allows for the sterility-preserving optical distortion calibration of endoscopes within a few minutes. Good optical distortion calibration and compensation are important for mitigating undesirable effects like radial distortions, which not only hamper accurate imaging using existing endoscopic technology during fetal surgery, but also make acquired images less suitable for potentially very useful image computing applications, like real-time mosaicing. In this paper proposes a novel fabrication method to create an affordable, sterilizable calibration target suitable for use in a clinical setup. This method involves etching a calibration pattern by laser cutting a sandblasted stainless steel sheet. This target was validated using the camera calibration module provided by OpenCV, a state-of-the-art software library popular in the computer vision community.

This article describes the design and development of a sterilizable custom camera optical distortion calibration target for the peri-operative, fluid-immersed calibration of endoscopes during endoscopic interventions.

الطبية الصف الهدف تعقيمها ل-مغمورة السائل منظار الجنين البصرية تشويه المعايرة

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal ...

Optimizing the Use of a Liquid Handling Robot to Conduct a High Throughput Forward Chemical Genetics Screen of Arabidopsis thaliana

Chemical genetics is increasingly being employed to decode traits in plants that may be recalcitrant to traditional genetics due to gene redundancy or lethality. However, the probability of a synthetic small molecule being bioactive is low; therefore, thousands of molecules must be tested in order to find those of interest. Liquid handling robotics systems are designed to handle large numbers of samples, increasing the speed with which a chemical library can be screened in addition to minimizing/standardizing error. To achieve a high-throughput forward chemical genetics screen of a library of 50,000 small molecules on Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), protocols using a bench-top multichannel liquid handling robot were developed that require minimal technician involvement. With these protocols, 3,271 small molecules were discovered that caused visible phenotypic alterations. 1,563 compounds induced short roots, 1,148 compounds altered coloration, 383 compounds caused root hair and other, non-categorized, alterations, and 177 compounds inhibited germination.

Optimizing the Use of a Liquid Handling Robot to Conduct a High Throughput Forward Chemical Genetics Screen of Arabidopsis thaliana

A high throughput screen of synthetic small molecules was conducted on the model plant species, Arabidopsis thaliana. This protocol, developed for a liquid handling robot, increases the speed of forward chemical genetics screens, accelerating the discovery of novel small molecules affecting plant physiology.

الاستخدام الأمثل "روبوت مناولة السائل" إجراء "عالية الإنتاجية إلى الأمام الكيميائية الوراثة شاشة" التمويل نبات

Chemical genetics is increasingly being employed to decode traits in plants that may be recalcitrant to traditional genetics due to gene redundancy or ...

Decellularization of Whole Human Heart Inside a Pressurized Pouch in an Inverted Orientation

The ultimate solution for patients with end-stage heart failure is organ transplant. But donor hearts are limited, immunosuppression is required, and ultimately rejection can occur. Creating a functional, autologous bio-artificial heart could solve these challenges. Biofabrication of a heart comprised of scaffold and cells is one option. A natural scaffold with tissue-specific composition as well as micro- and macro-architecture can be obtained by decellularizing hearts from humans or large animals such as pigs. Decellularization involves washing out cellular debris while preserving 3D extracellular matrix and vasculature and allowing &#34;cellularization&#34; at a later timepoint. Capitalizing on our novel finding that perfusion decellularization of complex organs is possible, we developed a more &#34;physiological&#34; method to decellularize non-transplantable human hearts by placing them inside a pressurized pouch, in an inverted orientation, under controlled pressure. The purpose of using a pressurized pouch is to create pressure gradients across the aortic valve to keep it closed and improve myocardial perfusion. Simultaneous assessment of flow dynamics and cellular debris removal during decellularization allowed us to monitor both fluid inflow and debris outflow, thereby generating a scaffold that can be used either for simple cardiac repair (e.g. as a patch or valve scaffold) or as a whole-organ scaffold.

This method enables decellularization of a complex solid organ using a simple protocol based on osmotic shock and perfusion of ionic detergent with minimal organ matrix disruption. It comprises a novel decellularization technique for human hearts inside a pressurized pouch with real-time monitoring of flow dynamics and cellular debris outflow.

ديسيلولاريزيشن قلب البشري برمته داخل حقيبة الضغط في اتجاه معكوس

The ultimate solution for patients with end-stage heart failure is organ transplant. But donor hearts are limited, immunosuppression is required, and ...

A Tripeptide-Stabilized Nanoemulsion of Oleic Acid

We describe a method to produce a nanoemulsion composed of an oleic acids-Pt(II) core and a lysine-tyrosine-phenylalanine (KYF) coating (KYF-Pt-NE). The KYF-Pt-NE encapsulates Pt(II) at 10 wt. %, has a diameter of 107 &#177; 27 nm and a negative surface charge. The KYF-Pt-NE is stable in water and in serum, and is biologically active. The conjugation of a fluorophore to KYF allows the synthesis of a fluorescent nanoemulsion that is suitable for biological imaging. The synthesis of the nanoemulsion is performed in an aqueous environment, and the KYF-Pt-NE forms via self-assembly of a short KYF peptide and an oleic acids-platinum(II) conjugate. The self-assembly process depends on the temperature of the solution, the molar ratio of the substrates, and the flow rate of the substrate addition. Crucial steps include maintaining the optimal stirring rate during the synthesis, permitting sufficient time for self-assembly, and pre-concentrating the nanoemulsion gradually in a centrifugal concentrator.

This protocol describes an efficient method to synthesize a nanoemulsion of an oleic acids-platinum(II) conjugate stabilized with a lysine-tyrosine-phenylalanine (KYF) tripeptide. The nanoemulsion forms under mild synthetic conditions via self-assembly of the KYF and the conjugate.

نانومولسيون تريبيبتيدي استقرت حمض الأولييك

We describe a method to produce a nanoemulsion composed of an oleic acids-Pt(II) core and a lysine-tyrosine-phenylalanine (KYF) coating (KYF-Pt-NE). The ...