The authors thank G&#252;nter Oberd&#246;rster, DVM, PhD and Alison Elder, PhD (University of Rochester) and Mary Frame, PhD (Stony Brook University) for animal research collaborations resulting in tissue samples for analysis. Additionally, the authors thank: Christina Rotondi (Albany Medical College Histology Core); Rani Sellers, DVM, PhD and Barbara Cannella, PhD (Albert Einstein College of Medicine Histology and Comparative Pathology Facility); Leonardo Bezerra and Ahlam Abuawad (Brenner research team members); and Leslie Krauss, Byron Cheatham and Elyse Johnson (CytoViva). This work was supported in part by CDC-NIOSH grant OH-009990-01A1 and the NanoHealth and Safety Center, New York State, awarded to S.B.

<ol>
	<li>Sun, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Endocytosis+of+a+single+mesoporous+silica+nanoparticle+into+a+human+lung+cancer+cell+observed+by+differential+interference+contrast+microscopy.">Endocytosis of a single mesoporous silica nanoparticle into a human lung cancer cell observed by differential interference contrast microscopy.</a> Anal Bioanal Che. 391 (6), 2119-2125 (2008).</li><li>Anselme, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+interaction+of+cells+and+bacteria+with+surfaces+structured+at+the+nanometre+scale.">The interaction of cells and bacteria with surfaces structured at the nanometre scale.</a> Acta Biomate. 6 (10), 3824-3846 (2010).</li><li>Anshup, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+gold+nanoparticles+in+human+cells.">Growth of gold nanoparticles in human cells.</a> Langmui. 21 (25), 11562-11567 (2005).</li><li>Weinkauf, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+dark+field+microscopy+for+rapid+artifact+free+detection+of+nanoparticle+binding+to+Candida+albicans+cells+and+hyphae.">Enhanced dark field microscopy for rapid artifact free detection of nanoparticle binding to Candida albicans cells and hyphae.</a> Biotechnol. 4 (6), 871-879 (2009).</li><li>Sondi, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Silver+nanoparticles+as+antimicrobial+agent:+a+case+study+on+E+coli+as+a+model+for+Gram+negative+bacteria.">Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E coli as a model for Gram negative bacteria.</a> J Colloid Interface Sc. 275 (1), 177-182 (2004).</li><li>Berry, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Possible+exploitation+of+magnetic+nanoparticle+cell+interaction+for+biomedical+applications.">Possible exploitation of magnetic nanoparticle cell interaction for biomedical applications.</a> J Mater Chem. 15 (5), 543-547 (2005).</li><li>Chithrani, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elucidating+the+mechanism+of+cellular+uptake+and+removal+of+protein+coated+gold+nanoparticles+of+different+sizes+and+shapes.">Elucidating the mechanism of cellular uptake and removal of protein coated gold nanoparticles of different sizes and shapes.</a> Nano Lett. 7 (6), 1542-1550 (2007).</li><li>Chithrani, B. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determining+the+size+and+shape+dependence+of+gold+nanoparticle+uptake+into+mammalian+cells.">Determining the size and shape dependence of gold nanoparticle uptake into mammalian cells.</a> Nano Lett. 6 (4), 662-668 (2006).</li><li>Elechiguerra, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interaction+of+silver+nanoparticles+with+HIV+1.">Interaction of silver nanoparticles with HIV 1.</a> J Nanobiotechnol. 3 (6), 1-10 (2005).</li><li>Carlson, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unique+cellular+interaction+of+silver+nanoparticles+size+dependent+generation+of+reactive+oxygen+species.">Unique cellular interaction of silver nanoparticles size dependent generation of reactive oxygen species.</a> J Phys Chem. 112 (43), 13608-13619 (2008).</li><li>Roth, G. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+microscopy+as+an+analytical+tool+for+nanomaterials.">Hyperspectral microscopy as an analytical tool for nanomaterials.</a> WIREs Nanomed Nanobiotechnol In Press. , (2015).</li><li>Williams, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maize+kernel+hardness+classification+by+near+infrared+(NIR)+hyperspectral+imaging+and+multivariate+data+analysis.">Maize kernel hardness classification by near infrared (NIR) hyperspectral imaging and multivariate data analysis.</a> Anal Chim Act. 653 (2), 121-130 (2009).</li><li>Ziph Schatzberg, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+imaging+enables+industrial+applications.">Hyperspectral imaging enables industrial applications.</a> Industrial Photonic. , (2014).</li><li>Sun, 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=.">.</a> Hyperspectral imaging for food quality analysis and contro. , (2010).</li><li>ElMasry, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+imaging+for+nondestructive+determination+of+some+quality+attributes+for+strawberry.">Hyperspectral imaging for nondestructive determination of some quality attributes for strawberry.</a> J Food En. 81 (1), 98-107 (2007).</li><li>Mortimer, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Potential+of+hyperspectral+imaging+microscopy+for+semi+quantitative+analysis+of+nanoparticle+uptake+by+protozoa.">Potential of hyperspectral imaging microscopy for semi quantitative analysis of nanoparticle uptake by protozoa.</a> Environ Sci Techno. 48, 8760-8767 (2014).</li><li>Sarlo, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+distribution+of+20+nm+100+nm+and+1000+nm+fluorescent+polystyrene+latex+nanospheres+following+acute+systemic+or+acute+and+repeat+airway+exposure+in+the+rat.">Tissue distribution of 20 nm 100 nm and 1000 nm fluorescent polystyrene latex nanospheres following acute systemic or acute and repeat airway exposure in the rat.</a> Toxico. 263, 117-126 (2009).</li><li>Husain, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+instillation+of+low+doses+of+titanium+dioxide+nanoparticles+in+mice+leads+to+particle+retention+and+gene+expression+changes+in+the+absence+of+inflammation.">Pulmonary instillation of low doses of titanium dioxide nanoparticles in mice leads to particle retention and gene expression changes in the absence of inflammation.</a> Toxicol Appl Pharmacol. 269, 250-262 (2013).</li><li>Meyer, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+uptake+and+associated+toxicity+of+silver+nanoparticles+in+Caenorhabditis+elegan.">Intracellular uptake and associated toxicity of silver nanoparticles in Caenorhabditis elegan.</a> Aquatic Toxicol. 100, 140-150 (2010).</li><li>Badireddy, A. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=characterization+and+abundance+of+engineered+nanoparticles+in+complex+waters+by+hyperspectral+imagery+with+enhanced+darkfield+microscopy.">characterization and abundance of engineered nanoparticles in complex waters by hyperspectral imagery with enhanced darkfield microscopy.</a> Environ Sci Technol. 46 (18), 10081-10088 (2012).</li><li>Dettmeyer, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Staining techniques and microscopy Forensic histopathology fundamentals and perspectives. , 370 (2011).</li><li>Titford, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Progress+in+the+development+of+microscopical+techniques+for+diagnostic+pathology.">Progress in the development of microscopical techniques for diagnostic pathology.</a> J Histotechnol. 32 (1), 9-19 (2009).</li><li>Kumar, G. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Special stains and H&amp;E. , (2014).</li><li>Manolakis, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+image+processing+for+automatic+target+detection+applications.">Hyperspectral image processing for automatic target detection applications.</a> Lincoln Laboratory Journal. 14 (1), 79-116 (2003).</li><li>Mercer, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulmonary+fibrotic+response+to+aspiration+of+multi+walled+carbon+nanotubes.">Pulmonary fibrotic response to aspiration of multi walled carbon nanotubes.</a> Part Fibre Toxicol. 8 (1), 21 (2011).</li><li>Kim, M. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperspectral+reflectance+and+fluorescence+imaging+system+for+food+quality+and+safety.">Hyperspectral reflectance and fluorescence imaging system for food quality and safety.</a> T Am Soc Ag En. 44 (3), 721-730 (2001).</li><li>Mercer, R. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extrapulmonary+transport+of+MWCNT+following+inhalation+exposure.">Extrapulmonary transport of MWCNT following inhalation exposure.</a> Part Fibre Toxico. 10 (1), 38 (2013).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

ליכולים להיות מושגת על דגימות רקמה שעברו צביעה היסטולוגית קונבנציונלית, זיהוי וניתוח של חלקיקי תחמוצת מתכת באמצעות שילוב של EDFM, מיפוי HSI, וטכניקות ניתוח תמונה. אמנם יש גמישות בהכנת מדגם להיסטולוגיה או אימונוהיסטוכימיה (למשל, באמצעות רקמות קבועות או קפוא; סוג של כתם), חשובה שהדגימות הם מחולק לעובי של 5-10 מיקרומטר להדמיה אופטימלית. דוגמאות משמשות כאן היו קבוע פורמלין ולפני חתך עם microtome סיבובי עד 6 מיקרומטר עובי מוטבע פרפין, רכוב על שקופיות מיקרוסקופ הזכוכית, מוכתם hematoxylin ו eosin וcoverslipped. רקמות עור חזיריות משיתוף הפעולה טוקסיקולוגיה החדירה עורית vivo לשעבר שמשו למחקר זה. הרקמות נחשפו לחלקיקי תחמוצת מתכת (אלומינה, סיליקה, ceria) במתלים מימיים. איתור של האזור (ים) של עניין (eleme ניגודיות גבוההNTS) עם EDFM הוא צעד ראשון קריטי המאפשר מיפוי HSI לאחר מכן וניתוח. דגימות בקרה חיוביות ושליליות חייבים להיות צילמו וניתחו ראשון כדי ליצור ספריית רפאים להתייחסות. הספקטרום שנאסף מהביקורת החיובית מיוצא לספריית רפאים ביקורת חיובית. לאחר מכן, כל הספקטרום מתמונות השליטה השליליות מופחתים ספריית הרפאים של הבקרה החיובית על מנת לשפר את הספציפיות (להפחית חיוביים שגוי). ספריית רפאים המסוננת וכתוצאה מכך נחשבת RSL המשמש לניתוח חומרים של עניין. כל דגימות הרקמה לעבור את אותו תהליך ההדמיה וממופות נגד RSL. התמונה המתקבלת תכיל אזורים רק עם אלמנטים של עניין על רקע שחור. תמונה זו אז יכולה להיות מנותחת עם ImageJ באמצעות פונקציות הסף וניתוח חלקיקים שלה כדי לקבל את השטח של חלקיקים ממופים לשדה הראייה. נתונים מספריים המתקבלים מImageJ יכולים להיות יצואאד לגיליון אלקטרוני לניתוח נוסף. חשוב לקחת בחשבון כי כדגימות ביולוגיות הן שונות בהמהות מזה, ושיטות צביעה עשויות להשפיע להדמיה באמצעות EDFM וHSI, צריכה להיקבע הגדרות החשיפה בהתאם למה שמייצר את תמונת ניגודיות גבוהה הטובה ביותר עבור סוג מסוים של מדגם. למרות ירידה של תוצאות חיוביות שגויות יכולה להיות מושגת באמצעות הסינון של ספריות רפאים, זה הוא חיוני כדי להשיג פקדים שליליים אמינות שנמנעו זיהום עם האלמנט של עניין, כפי שהספקטרום המתאים לזיהום זה עלול להיות מסונן מספריית הרפאים של הבקרה החיובית , הגדלת שיעורים שליליים כוזבים. כמו כן, מגוון עוצמת הספקטרום שניתן לזהות עם תוכנת הדמיה היפרספקטראלית לא יכול לעלות את המגבלה של תוכנה המסוימת (לצורך מחקר זה, שהוא 16,000 יחידות): אזורים עם מספר גבוה של חלקיקים שנצברו המייצרים spעוצמות ectral מעל גבול עוצמת נותרות מחוץ לספריית הרפאים, בשל הסיכון של הגדלת מספר שלילית שווא. בעוד מערכת HSI מקנה יתרונות רבים על פני שיטות מסורתיות, יש כמה חסרונות ומגבלות לשקול. הוא אחד שהכמות הגדולה של נתונים שנאספו אופטיים עשויים לדרוש כוח מחשוב משמעותי. נוסף הוא שHSI יכול להיות זמן אינטנסיבי, במיוחד בשלבים הראשונים כאשר ספריות רפאים התייחסות נוצרות. כמו כן, זמן הדמיה עשוי לדרוש כמה דקות ללכידת תמונה, מה שהופך את איטי יותר מאשר ההדמיה darkfield פשוטה; עם זאת, הוא עדיין מהיר יותר מביצוע הכנת דגימה והדמיה על ידי מיקרוסקופי אלקטרונים. בנוסף, מערכות מורכבות עלולות לגרום לספקטרום אופייני מרובה, הדורש הפיתוח של בקרות מאוד מיוחדות ולהפוך את הקמת ספריות סטנדרטיות, אוניברסליות התייחסות קשה 26. לבסוף, טקתוצאות nique ברזולוציה נמוכה יותר מאשר טכניקות probe- או אלקטרון-מיקרוסקופי, כגון מיקרוסקופ כוח אטומי או במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים, אשר יכול לפתור אטומים בודדים. הרזולוציה של טכניקה זו היא מוגבלת בשל האופי פוטוניים, שמונע ממנו להיות כלי דיוק גבוה למדידת גודל חלקיקים ברמת ננומטר או לאיתור חומרים בדיוק ברמה תת-מיקרון. בעוד הטכניקה עשויה להיות מסוגל להצביע חלקיקים בתוך תאי רקמה מסוימים או אברונים תאיים גדול מ -1 מיקרומטר (כגון גרעין תא), האברונים או תכונות קטנים יותר מאתגרים לדמיין בצורה מדויקת בשיטה זו. כן, יש לציין, שניתן ברזולוציה מרחבית שלה, שיטה זו לא יכולה להבדיל בין חלקיקים וagglomerates 11 בודדים. שיקולים אחרים כוללים: חומרים מסוימים (כגון מתכות אצילות) יש החזרה ופרופילי רפאים ברורים הרבה יותר גבוהות, אשר יכול לגרום להם קל יותר analyze ומפת spectrally עם הכלי הזה. אחרים, כגון תחמוצות מתכתיות למחצה נחקרו במחקר זה וננו מבוסס פחמן 24, 27, עשויים להיות מאתגרים יותר בשל ההרכב, הצורה הבסיסית שלהם, ובהתאם למטריצה. בשני מחקרים שאיפה עכברי על ידי מרסר et al., מערכת דומה לזו שהועסקה במחקר זה נעשה שימוש על מנת לאתר צינורות פחמן ובריאות באיברים משני המבוססים על ניגודיות הגבוהה להפליא שלהם עם רקמות הסובבות. עם זאת, מיפוי היפרספקטראלית לא הפגין באו מחקר, ככל הנראה משום שצורתו הייחודית של סיבי פחמן הייתה תכונה מספיקה לזיהוי. שיקול נוסף נוגע באופן ספציפי לרקמות: מאז הפקדת חלקיקים של עניין לאיברים ספציפיים באמצעות תהליכי biophysical נורמלים היא בלתי צפויה (ולעתים קרובות עצמו את הנושא של מחקר), קביעת בקרה חיובית ישימה יכולה להיות קשה ודורש שיקול של איך דור של מטר השליטהight להשפיע על המצב חומרי של עניין. לדוגמא, אם ספריית רפאים נוצר מחלקיקים וטהור של עניין, זה עלול להיות קשה כדי למפות את הספרייה לאותם חלקיקים ברקמות או תאים עקב שינויים בספקטרום כתוצאה משינוי של החלקיק (למשל, כתוצאה משינוי ב pH, פירוק, מסכת, חלבון מחייב) ומייקרו-הסביבה הכללית או מטריצה. לבסוף, הטכניקה מוגבלת בטבע חצי כמותית שלה: זה יכול להיות רק כמותי כמו שיטות מיקרוסקופיה דו ממדים אחרות של החלטה דומה, מה שאומר שלא ניתן להשתמש בם בקלות לבצע משימות כגון אפיון נטל איבר כולל של חומר. בסך הכל, EDFM וHSI לספק מספר יתרונות על פני שיטות הדמיה nanomaterial ואפיון קונבנציונליות, כגון TEM, HAADF ודסק&quot;ש. EDFM / HSI מאפשר רכישה מהירה תמונה וניתוח, אשר חוסך זמן ועלות בהשוואה לconven האינטנסיבי יותרטכניקות tional. בנוסף, הכנת מדגם לEDFM / HSI היא בדרך כלל גם מינימאלית ולא הרסני, אשר חוסך זמן וגם מאפשר ניתוח גמיש יותר של מדגם נתון שכן הוא עשוי לשמש לטכניקות אחרות. יתר על כן, HSI הוא תכליתי, המאפשר ניתוח של חומרים ננומטריים של יצירות רבות ובמגוון רחב של מטריצות. צוות המחקר הוא עובד כדי לחדד את השיטה המתוארת כאן לחומרים אחרים וסוגי מדגם, כוללים הערכה מעמיקה של הספציפיות של הטכנולוגיה. השלב הבא קריטי תחת חקירה על ידי צוות המחקר הוא אימות של טכניקות אלה נגד סטנדרטים זהב מסורתיים (למשל, ראמאן, TEM, SEM) לחומרים וסוגי רקמות של עניין.

כננו משמש יותר ויותר במגוון רחב של תעשיות ויישומים, יש צורך בשיטות ההדמיה ננו ואפיון שיותר מהירים, זולים, ונוחים יותר משיטות מסורתיות, כגון מיקרוסקופ אלקטרונים. כדי להמחיש את ננו-חלקיקי אינטראקציות (NP) עם תאים, רקמות, ומערכות חיים, רבות טכניקות אופטיות להיות מועסקים, כוללים התערבות ההפרש לעומת זאת (DIC) מיקרוסקופיה 1 וגישות המבוסס על שדה חלוף, כגון השתקפות כוללת פנימית (TIR) ​​או כמעט, מיקרוסקופ סריקת שדה אופטי (NSOM) 2,3. עם זאת, אלה הם גישות אנליטיות מתקדמות, מחוץ להישג ידם של רוב המעבדות אינן מומחים 4. מיקרוסקופ אלקטרונים, כוללים מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (TEM), שימש גם ללמוד אינטראקציה עם NP 5,6,7,8 תאים. darkfield טבעתי זווית גבוהה במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (HAADF) סריקה נעשה שימוש כדי לחקור את האינטראקציה של צירופים ועם וירוסים 9. מיקרוסקופיה confocal היא טכניקה פופולרית אחרת המשמשת ללמוד NP-תא אינטראקציות 10. בשנים האחרונות, טכניקות מבוססות darkfield הדמיה היפרספקטראלית (HSI) שימשו ככלי אנליטי מבטיח ללימוד צירופים ובמטריצות ביולוגיות 11. מערכות HSI ליצור ייצוג תלת-ממדי של נתונים מרחביים ורפאים, המכונים קובייה או דטה קיוב 12. המפה המרחבית של וריאציה רפאים משמשת לזיהוי חומרים. פרופילי רפאים של חומרים ידועים יכולים להיות שנוצרו ומשמשים כספריות התייחסות להשוואה לדגימות ידועות. אחד היתרונות הגדולים עם מערכות HSI הוא היכולת שלה לשלב הדמיה עם ספקטרוסקופיה, ובכך לבסס את המיקום והפצה של צירופים ולא ידועים בvivo או vivo לשעבר, כמו גם המקשר אותם לחלקיקי התייחסות נוספות של הרכב ידוע, דומה. ישנם מספר יתרונות שלבאמצעות מערכות HSI על שיטות הדמיה קונבנציונליות: הכנת מדגם מינימאלית נדרש; הכנת מדגם היא בדרך כלל לא הרסנית בטבע; רכישת תמונה וניתוח הוא מהירה יותר; הטכניקה היא חסכונית 13; וההפצה וניתוח מרחבי של תרכובות מעורבים הרכב ו / או במטריצות מורכבות נעשה בקלות רבה יותר 14. למחקר ננו מעורב דגימות יקרות, אחד השיקולים החשובים ביותר היא הזמינות של שיטת הדמיה אינה הרסנית, המאפשרת לפוטנציאל לבחון שוב ושוב דגימות בשיטות אחד או יותר. חוזר או ניתוחים מרובים עשויים להיות רצויים לפתח מערכי נתונים מקיפים שלא יהיו זמין משיטה אחת. לעניין זה, לומד תכונות אופטיות שלה הוא הדרך הבטוחה ביותר כדי לנתח את המדגם. באמצעות מערכת HSI מיקרוסקופ darkfield המשופר (EDFM) וללמוד את התגובה האופטית של המדגם - כלומר reflectance, אלא גם ספיגה והעברה - זיהוי ואפיון תכונה ניתן לבצע 15. נקודות קצה אפיון אפשריים כוללות הערכה של גודל יחסי וצורה של חלקיקים או agglomerates והפצה של חלקיקים בתוך מדגם. במאמר זה, אנו מתארים שיטות מיפוי במיוחד עבור חלקיקי תחמוצת מתכת ברקמה שלאחר המוות באמצעות מערכת HSI מבוססת על אלגוריתם התאמת פיקסל-רפאים המכונה ממפה רפאים זווית (SAM). בחרנו יישום מסוים זה כי יש לו את הפוטנציאל כדי להשלים נוכחית ועתידיים במחקר nanotoxicology vivo, שבו מודלים של בעלי החיים משמשים כדי להעריך את ההשלכות הבריאותיות של חשיפה לננו המהונדס. יישום של שיטה זו יכול גם להודיע ​​מחקר משלוח סמים בקנה מידה ננומטרי שמנצל דגמי רקמה או בעלי חיים. בקליטה מסוימת, ננו-חלקיקים, הפצה, חילוף חומרים, והפרשה לאורך organs ורקמות יכולים להיחקר עם מערכת זו. מגוון רחב של יישומים נחקר לשימוש במחקר ביו-רפואי 11. שיטה זו יכולה להיות מנוצלת להערכה של דגימות ביולוגיות שונות (כגון סוגי רקמות שונות, דגימות שטיפה ברונכואלוואולרית, וכתמי דם) שנחשפו לחלקיקים של מגוון רחב של יצירות יסודות 16-19. יתר על כן, שיטה זו היא שימושית לחקר ננו-חלקיקי biodistribution in vivo ובמבחנה, שהוא רלוונטי ללימודי משלוח סמים בקנה מידה ננומטרי 11. מעבר לדגימות ביולוגיות, EDFM וHSI ניתן להשתמש כדי להעריך חלקיקים בדגימות סביבתיות, כגון שפכים 20. הערכת חשיפה תעסוקתית ניתן להקל על ידי השימוש בטכניקה זו, שכן היא עשויה לשמש כדי להעריך את היעילות של ציוד מגן אישי במניעת חדירת ננו-חלקיקים. יתר על כן, te המחקרבבוקר כרגע הוא מפתחת EDFM דומה ופרוטוקול HSI להערכת דגימות אמצעי סינון של חלקיקים שנאספו מהערכות חשיפה תעסוקתיות. בעוד הכנת הסוגים השונים מדגם אלה לEDFM וHSI עשויה להשתנות, חשוב שהם מוכנים באופן כזה שהם יכולים להיות דמיינו בקלות על ידי המערכת האופטית. בדרך כלל, המדגם צריך להיות מוכן כאילו זה יהיה דמיין באמצעות מיקרוסקופיה brightfield המסורתית. ישנן מספר מערכות הדמיה היפרספקטראלית זמינות 11 מסחרי.

<table border="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>CytoViva 150 Unit (condenser)</td>
			<td>CytoViva (Auburn, AL)</td>
			<td></td>
			<td>mounted to Olympus BX43 microscope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olympus BX43 Microscope - Analyzer Slot - HSI with 10x and 40x air objectives and 100x oil immersion objective</td>
			<td>obtained through CytoViva (Auburn, AL)</td>
			<td></td>
			<td>for use with CytoViva 150 Unit condenser</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dagexcel-M Digital Firewire Camera - Cooled; includes Exponent 7 software</td>
			<td>obtained through CytoViva (Auburn, AL)</td>
			<td></td>
			<td>enhanced darkfield camera and software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CytoViva Hyperspectral Imaging System 1.4; includes Pixelfly hyperspectral camera, XY stage controller, ENVI hyperspectral imaging software</td>
			<td>obtained through CytoViva (Auburn, AL)</td>
			<td></td>
			<td>hyperspectral camera and software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cleanroom cleaned glass microscope slides (glass B slides)</td>
			<td>Schott NEXTERION</td>
			<td>1025087</td>
			<td>reduced debris and artifacts compared to conventional glass microscope slides for optimal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cleanroom cleaned glass microscope coverslips (#1.0; 22mm x 22mm x&#160; 1.45mm)</td>
			<td>Schott NEXTERION</td>
			<td>custom</td>
			<td>reduced debris and artifacts compared to conventional glass coverslips for optimal imaging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>type A microscopy immersion oil</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>12368B</td>
			<td>multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70% isopropanol in water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>multiple suppliers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ software</td>
			<td>National Institutes of Health (NIH)</td>
			<td></td>
			<td>free open-source software online download</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>metal oxide nanoparticles</td>
			<td>supplied to the research team by industrial partners</td>
			<td></td>
			<td>alumina, silica, and ceria nanoparticles in aqueous suspensions. Due to a Non-Disclosure Agreement between the authors and industry partners, further product information cannot be disclosed.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

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.

מיקרוסקופיה היפרספקטרליות שימושית ליכולתה לזהות חומרים באופן דומה לספקטרופוטומטריה. כפי שצוין באיור 1, יש כל חומר כמה ספקטרום אופייני וצורה כללית של החזרתה, שהוא ייחודי. יתר על כן, איור 1 מדגים את אופי המטריצה ​​תלויה של פרופילי רפאים: פרופילי רפאים לכל אחת משלוש תחמוצות המתכת בדגימות רקמה היסטולוגית (פנל עליון) שונים מפרופילי רפאים לכל אחת משלוש תחמוצות המתכת בהשעיה מימית ( פנל תחתון). על ידי מיפוי פרופילי רפאים האופייניים לדגימות ידועות באותה המטריצה, הטכניקה שימושית לקביעת קיומו או העדרו של חומר, ויכולה גם חצי כמותית להשוות כמויות יחסי של חומר בדגימות. ספריות רפאים התייחסות נוצרו מדגימות עור שליטה חיובית מתאימות למיפוי לניסוידגימות עור. כפי שניתן לראות באיור 2, ספריות רפאים התייחסות המפה גם לבקרות החיוביות המתאימות ולא מפה לבקרות השליליות המתאימות. היתרון המשמעותי ביותר של הטכניקה הוא היכולת שלה לזהות רמות נמוכות של חומרים של עניין בדגימות, כמו גם כדי להבדיל אותם ממזהמים. . לדוגמא, ניתן להבחין צינורות בודדים בריאות במהלך השאיפה של מינונים נמוכים כמו 40 מיקרוגרם בחולדת 20-30 גרם 25 איור 3 מדגימה זאת בדגימות עור היסטולוגית: בעוד כמה חלקיקים ברורים בקלות בתמונה האופטית darkfield (עמודה 2), אחרים מזוהים באמצעות הדמיה היפרספקטראלית (עמודה 3) שאולי הוחמצה באמצעות מיקרוסקופ brightfield (טור 1) או בשיטות אחרות. השימוש בdarkfield HSI משמש גם כדי לשפר את הספציפיות על מיקרוסקופיה brightfield הפשוטה. אז תמונות אלה יכולים להיות כפופות ליותר צורות כמותית של ניתוח, nניתוח חלקיקי otably באמצעות ImageJ. יש מיקרוסקופיה darkfield המשופרת מספר יישומים שונים, גם בהיעדרו של הדמיה היפרספקטראלית. הראשון הוא היכולת שלה לייצר באיכות גבוהה, תמונות בחדות גבוהה. זו באה לידי הביטוי הטוב ביותר על ידי איור 3, שבו חלקיקים של עניין הם לזיהוי בקלות בהשוואה לעמיתיהם brightfield. תמונות אלה יכולים להיות כפופות גם לניתוח חלקיקים כמותי, אם כי בהעדר מיפוי היפרספקטראלית, זהירות היא הכרחית כדי למנוע מבלבל חלקיקים מזהמים מחלקיקים של עניין. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/53317/53317fig1.jpg" /> ספריות איור 1. הפניה רפאים (מטריצת רקמה) בהשוואה לספריות רפאים (חלקיקים בתרחיף). נתון זה ממחיש את החשיבות של יצירת ספריית רפאים התייחסות מנאןomaterials של עניין באותו המטריצה ​​כדגימות ניסוי. השורה הראשונה מציגה את ספריית התייחסות רפאים (RSL) עבור כל חומר במחקר זה (אלומינה, סיליקה וceria). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53317/53317fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> RSL זה נוצר על ידי השיטה המתוארת בפרוטוקול זה, שבו דגימות רקמת שליטה חיובית סוננו נגד דגימות רקמת ביקורת שליליות. השורה השנייה מציגה ספריות רפאים (SL) שנוצרו מהחלקיקים של עניין בהשעיה נוזלית בשקופית זכוכית. לאלומינה, שיא bimodal באורכי גל של 500 ו -650 נמצא בRSL, ואילו שיא יותר מעוגל ופחות ייחודי שראה בSL ההשעיה אלומינה NP סביב 600. לסיליקה, שיא באורך גל של כ -650 היה הווה בRSL, ואילו שיא יותר מעוגל ופחות ייחודי שראה בSL ההשעיה NP סיליקה בarouND 600. לceria, שיא bimodal נמצא באורכי גל של 520 ו620 בRSL, ואילו שיא פחות ייחודי שראה בSL ההשעיה ceria NP בסביבות 560. הדבר מצביע על כך המטריצה ​​שבי הצירופים ומוטבעים יוצרת שינוי בספקטרום שיכול להיות משמעותי בעת בחירת הפקדים ליצור SL לניסוי ספציפי כ. <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53317/53317fig2.jpg" /> ספריות רפאים 2. הפניה איור (מטריצת רקמה) ממופות על ביקורת חיובית ורקמת עור חזירי ביקורת שלילית. נתון זה משמש כאישור של RSLs כמתאים למיפוי לדגימות ניסוי, שבכל אחד RSL (עמודה שמאלית) מפות גם לביקורת חיובית (העמודה האמצעית) המקבילה שלה ולא המפה לה מקביל בקרה שלילית (עמודה ימנית). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53317/53317fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ h</a>ere כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/53317/53317fig3.jpg" /> איור 3. מיפוי היפרספקטרליות של רקמת עור חזירי ניסיונית נחשפה לחלקיקי תחמוצת מתכת. שורות מלמעלה עד למטה מתאימות לשכבות שונות של העור, משטחי לשכבה העמוקה ביותר: האפידרמיס, הדרמיס, ורקמה התת עורית, בהתאמה. השורה הראשונה מציגה את השכבה הקרנית של האפידרמיס ממדגם עור שנחשף לצירופים ואלומינה בהשעיה; בשורה השנייה נחשפה לסיליקה צירופים ובהשעיה; והשורה השלישית לceria צירופים ובהשעיה. כל עמודה מתארת ​​את אותו האזור של העור צילם בטכניקות שונות. העמודה הראשונה המתאימה למיקרוסקופיה brightfield (בר = 50 מיקרומטר mag .; קנה המידה 40X), שבו השטח המגודר בכיכר אדומה היה מוגדל (mag 100X; סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר) עם מיקרוסקופ darkfield המשופר (EDFז) בטור השני, שבו חצים לבנים מצביעים על ניגודיות הגבוהה צירופים. העמודה השלישית הושגה עם מצלמה היפרספקטראלית (HSI), המציגה את הצירופים וניגודיות גבוהה זהות (חצים לבנים). תמונות EDFM וHSI נלקחו בהגדלה 100X; בר סולם = 10 מיקרומטר. הטור הרביעי מציג את תמונת HSI הממופה נגד RSL בהתאמה לכל קבוצת חשיפה, שבו צירופים ואלומינה מוצגות בצירופים וירוקים, סיליקה באדום, וצירופים וceria בצהוב, בהתאמה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53317/53317fig3large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Identification of Metal Oxide Nanoparticles in Histological Samples by Enhanced Darkfield Microscopy and Hyperspectral Mapping at JoVE.com

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

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.

זיהוי של Metal Oxide חלקיקים בדגימות היסטולוגית על ידי מיפוי darkfield מיקרוסקופית והיפרספקטרליות משופרים

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

identification-metal-oxide-nanoparticles-histological-samples

Research

JoVE Journal

Bioengineering

12.3K Views.  SUNY Polytechnic Institute, Colleges of Nanoscale Science and Engineering. 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.

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

Optical Mapping of Action Potentials and Calcium Transients in the Mouse Heart

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. Cardiovascular physiological phenotyping of the mouse heart can be easily done using fluorescence imaging employing various probes for transmembrane potential (Vm), calcium transients (CaT), and other parameters. Excitation-contraction coupling is characterized by action potential and intracellular calcium dynamics; therefore, it is critically important to map both Vm and CaT simultaneously from the same location on the heart1-4. Simultaneous optical mapping from Langendorff perfused mouse hearts has the potential to elucidate mechanisms underlying heart failure, arrhythmias, metabolic disease, and other heart diseases. Visualization of activation, conduction velocity, action potential duration, and other parameters at a myriad of sites cannot be achieved from cellular level investigation but is well solved by optical mapping1,5,6. In this paper we present the instrumentation setup and experimental conditions for simultaneous optical mapping of Vm and CaT in mouse hearts with high spatio-temporal resolution using state-of-the-art CMOS imaging technology. Consistent optical recordings obtained with this method illustrate that simultaneous optical mapping of Langendorff perfused mouse hearts is both feasible and reliable.

This paper details the dissection procedure, instrumental setup, and experimental conditions during optical mapping of transmembrane potential (Vm) and intracellular calcium transient (CaT) in intact isolated Langendorff perfused mouse hearts.

מיפוי אופטי של פוטנציאלים פעולה ו הארעית סידן בלב מאוס

The mouse heart is a popular model for cardiovascular studies due to the existence of low cost technology for genetic engineering in this species. ...

Fabrication of a Functionalized Magnetic Bacterial Nanocellulose with Iron Oxide Nanoparticles

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide nanoparticles (IONP) (Fe3O4) to yield a magnetic bacterial nanocellulose (MBNC). The synthesis of MBNC is a precise and specifically designed multi-step process. Briefly, bacterial nanocellulose (BNC) pellicles are formed from preserved G. xylinus strain according to our experimental requirements of size and morphology. A solution of iron(III) chloride hexahydrate (FeCl3&#183;6H2O) and iron(II) chloride tetrahydrate (FeCl2&#183;4H2O) with a 2:1 molar ratio is prepared and diluted in deoxygenated high purity water. A BNC pellicle is then introduced in the vessel with the reactants. This mixture is stirred and heated at 80 &#176;C in a silicon oil bath and ammonium hydroxide (14%) is then added by dropping to precipitate the ferrous ions into the BNC mesh. This last step allows forming in situ magnetite nanoparticles (Fe3O4) inside the bacterial nanocellulose mesh to confer magnetic properties to BNC pellicle. A toxicological assay was used to evaluate the biocompatibility of the BNC-IONP pellicle. Polyethylene glycol (PEG) was used to cover the IONPs in order to improve their biocompatibility. Scanning electron microscopy (SEM) images showed that the IONP were located preferentially in the fibril interlacing spaces of the BNC matrix, but some of them were also found along the BNC ribbons. Magnetic force microscope measurements performed on the MBNC detected the presence magnetic domains with high and weak intensity magnetic field, confirming the magnetic nature of the MBNC pellicle. Young&#39;s modulus values obtained in this work are also in a reasonable agreement with those reported for several blood vessels in previous studies.

Here, we present a protocol to make a bacterial nanocellulose (BNC) magnetic for applications in damaged blood vessel reconstruction. The BNC was synthesized by G. xylinus strain. On the other hand, magnetization of the BNC was realized through in situ precipitation of Fe2+ and Fe3+ ferrous ions inside the BNC mesh.

המצאה של ננוצלולוז בקטריאלי המגנטי פונקציונלי עם חלקיקים של תחמוצת ברזל

In this study, bacterial nanocellulose (BNC) produced by the bacteria Gluconacetobacter xylinus is synthesized and impregnated in situ with iron oxide ...

Cell Labeling and Targeting with Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the target site while minimizing deleterious effects to off-target sites. Magnetic cell targeting is an efficient, safe, and straightforward delivery technique. Superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) are biodegradable, biocompatible, and can be endocytosed into cells to render them responsive to magnetic fields. The synthesis process involves creating magnetite (Fe3O4) nanoparticles followed by high-speed emulsification to form a poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) coating. The PLGA-magnetite SPIONs are approximately 120 nm in diameter including the approximately 10 nm diameter magnetite core. When placed in culture medium, SPIONs are naturally endocytosed by cells and stored as small clusters within cytoplasmic endosomes. These particles impart sufficient magnetic mass to the cells to allow for targeting within magnetic fields. Numerous cell sorting and targeting applications are enabled by rendering various cell types responsive to magnetic fields. SPIONs have a variety of other biomedical applications as well including use as a medical imaging contrast agent, targeted drug or gene delivery, diagnostic assays, and generation of local hyperthermia for tumor therapy or tissue soldering.

Targeted cell delivery is useful in a variety of biomedical applications. The goal of this protocol is to use superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) to label cells and thereby enable magnetic cell targeting approaches for a high degree of control over cell delivery and localization.

תיוג תא ומיקוד עם פאראמגנטי תחמוצת ברזל חלקיקים

Targeted delivery of cells and therapeutic agents would benefit a wide range of biomedical applications by concentrating the therapeutic effect at the ...

Microwave-driven Synthesis of Iron Oxide Nanoparticles for Fast Detection of Atherosclerosis

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the synthesis of hydrophobic nanoparticles, our method is based on an adaptation from thermal decomposition method to microwave driven synthesis. The new methodology produces a decrease in the reaction times in comparison with traditional procedures. Moreover, the use of the microwave technology increases the reproducibility of the reactions, something important from the point of view of clinical applications. The novelty of this iron oxide nanoparticle is the attachment of Neridronate. The use of this molecule leads a bisphosphonate moiety towards the outside of the nanoparticle that provides Ca2+ binding properties in vitro and selective accumulation in vivo in the atheroma plaque. The protocol allows the synthesis and plaque detection in about 3 hr since the initial synthesis from organic precursors. Their accumulation in the atherosclerotic area in less than 1 hr provides a contrast agent particularly suitable for clinical applications.

Microwave technology enables extremely fast synthesis of iron oxide nanoparticles for atherosclerosis plaque characterization. The use of an aminobisphosphonate in the external side of the nanoparticle provides a fast accumulation in the atherosclerotic area.

סינתזה מיקרוגל מונחה של תחמוצת ברזל חלקיקים עבור איתור מהיר של טרשת עורקים

A fast and reproducible microwave-driven protocol has been developed for the synthesis of neridronate-functionalized nanoparticles. Starting from the ...

Fabrication of a Dipole-assisted Solid Phase Extraction Microchip for Trace Metal Analysis in Water Samples

This paper describes a fabrication protocol for a dipole-assisted solid phase extraction (SPE) microchip available for trace metal analysis in water samples. A brief overview of the evolution of chip-based SPE techniques is provided. This is followed by an introduction to specific polymeric materials and their role in SPE. To develop an innovative dipole-assisted SPE technique, a chlorine (Cl)-containing SPE functionality was implanted into a poly(methyl methacrylate) (PMMA) microchip. Herein, diverse analytical techniques including contact angle analysis, Raman spectroscopic analysis, and laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) analysis were employed to validate the utility of the implantation protocol of the C-Cl moieties on the PMMA. The analytical results of the X-ray absorption near-edge structure (XANES) analysis also demonstrated the feasibility of the Cl-containing PMMA used as an extraction medium by virtue of the dipole-ion interactions between the highly electronegative C-Cl moieties and the positively charged metal ions.

The fabrication protocol of a dipole-assisted solid phase extraction microchip for the trace metal analysis is presented.

המצאה של Microchip הפקת דיפול בסיוע שלב מוצק עבור ניתוח מתכת עקבות בדגימות מים

This paper describes a fabrication protocol for a dipole-assisted solid phase extraction (SPE) microchip available for trace metal analysis in water ...

Correlative Light- and Electron Microscopy Using Quantum Dot Nanoparticles

A method is described whereby quantum dot (QD) nanoparticles can be used for correlative immunocytochemical studies of human pathology tissue using widefield fluorescence light microscopy and transmission electron microscopy (TEM). To demonstrate the protocol we have immunolabeled ultrathin epoxy sections of human somatostatinoma tumor using a primary antibody to somatostatin, followed by a biotinylated secondary antibody and visualization with streptavidin conjugated 585 nm cadmium-selenium (CdSe) quantum dots (QDs). The sections are mounted on a TEM specimen grid then placed on a glass slide for observation by widefield fluorescence light microscopy. Light microscopy reveals 585 nm QD labeling as bright orange fluorescence forming a granular pattern within the tumor cell cytoplasm. At low to mid-range magnification by light microscopy the labeling pattern can be easily recognized and the level of non-specific or background labeling assessed. This is a critical step for subsequent interpretation of the immunolabeling pattern by TEM and evaluation of the morphological context. The same section is then blotted dry and viewed by TEM. QD probes are seen to be attached to amorphous material contained in individual secretory granules. Images are acquired from the same region of interest (ROI) seen by light microscopy for correlative analysis. Corresponding images from each modality may then be blended to overlay fluorescence data on TEM ultrastructure of the corresponding region.

A method is described whereby quantum dot (QD) nanoparticles can be used for correlative immunocytochemical studies of epoxy embedded human pathology tissue. We employ commercial antibody fragment conjugated QDs that are visualized by widefield fluorescence light microscopy and transmission electron microscopy.

מיקרוסקופי אלקטרונים בהירי-עור גומל באמצעות חלקיקי נקודה קוונטית

A method is described whereby quantum dot (QD) nanoparticles can be used for correlative immunocytochemical studies of human pathology tissue using ...

Production of Metal Nanoparticles by Pulsed Laser-ablation in Liquids: A Tool for Studying the Antibacterial Properties of Nanoparticles

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of medicine. In addition to efforts to identify novel small-molecule antimicrobial drugs, there has been great interest in the use of metal nanoparticles as coatings for medical devices, wound dressings, and consumer packaging, due to their antimicrobial properties. The wide variety of methods available for nanoparticle synthesis results in a broad spectrum of chemical and physical properties which can affect antibacterial efficacy. This manuscript describes the pulsed laser-ablation in liquids (PLAL) method to create nanoparticles. This approach allows for the fine tuning of nanoparticle size, composition, and stability using post-irradiation methods as well as the addition of surfactants or volume excluders. By controlling particle size and composition, a large range of physical and chemical properties of metal nanoparticles can be explored which may contribute to their antimicrobial efficacy thereby opening new avenues for antibacterial development.

The antimicrobial properties of metals such as copper and silver have been recognized for centuries. This protocol describes pulsed laser-ablation in liquids, a method of synthesizing metal nanoparticles that provides the ability to fine tune the properties of these nanoparticles to optimize their antimicrobial effects.

ייצור של חלקיקי מתכת על ידי פעימה לייזר ablation בנוזלים: כלי לחקר מאפיינים אנטיבקטריאליים של חלקיקים

The emergence of multidrug-resistant bacteria is a global clinical concern leading some to speculate about our return to a "pre-antibiotics" era of ...

Catalytic Scavenging of Plant Reactive Oxygen Species In Vivo by Anionic Cerium Oxide Nanoparticles

Reactive oxygen species (ROS) accumulation is a hallmark of plant abiotic stress response. ROS play&#160;a dual role in plants by acting as signaling molecules at low levels and damaging molecules at high levels. Accumulation of ROS in stressed plants can damage metabolites, enzymes, lipids, and DNA, causing a reduction of plant growth and yield. The ability of cerium oxide nanoparticles (nanoceria) to catalytically scavenge ROS in vivo provides a unique tool to understand and bioengineer plant abiotic stress tolerance. Here, we present a protocol to synthesize and characterize poly (acrylic) acid coated nanoceria (PNC), interface the nanoparticles with plants via leaf lamina infiltration, and monitor their distribution and ROS scavenging in vivo using confocal microscopy. Current molecular tools for manipulating ROS accumulation in plants are limited to model species and require laborious transformation methods. This protocol for in vivo ROS scavenging has the potential to be applied to wild type plants with broad leaves and leaf structure like Arabidopsis thaliana.

Catalytic Scavenging of Plant Reactive Oxygen Species In Vivo by Anionic Cerium Oxide Nanoparticles

Here, we present a protocol for the synthesis and characterization of cerium oxide nanoparticles (nanoceria) for ROS (reactive oxygen species) scavenging in vivo, nanoceria imaging in plant tissues by confocal microscopy, and in vivo monitoring of nanoceria ROS scavenging by confocal microscopy.

ניקוי קטליטי של הצמח חמצן תגובתי מינים In Vivo על ידי חלקיקי תחמוצת צריום Anionic

Reactive oxygen species (ROS) accumulation is a hallmark of plant abiotic stress response. ROS play&#160;a dual role in plants by acting as signaling ...

Using Magnetometry to Monitor Cellular Incorporation and Subsequent Biodegradation of Chemically Synthetized Iron Oxide Nanoparticles

Magnetic nanoparticles, made of iron oxide, present a peculiar interest for a wide range of biomedical applications for which they are often internalized in cells and then left within. One challenge is to assess their fate in the intracellular environment with reliable and precise methodologies. Herein, we introduce the use of the vibrating sample magnetometer (VSM) to precisely quantify the integrity of magnetic nanoparticles within cells by measuring their magnetic moment. Stem cells are first labeled with two types of magnetic nanoparticles; the nanoparticles have the same core produced via a fast and efficient microwave-based nonaqueous sol gel synthesis and differ in their coating: the commonly used citric acid molecule is compared to polyacrylic acid. The formation of 3D cell-spheroids is then achieved via centrifugation and the magnetic moment of these spheroids is measured at different times with the VSM. The obtained moment is a direct fingerprint of the nanoparticles&#8217; integrity, with decreasing values indicative of a nanoparticle degradation. For both nanoparticles, the magnetic moment decreases over culture time revealing their biodegradation. A protective effect of the polyacrylic acid coating is also shown, when compared to citric acid.

Iron oxide nanoparticles are synthesized via a nonaqueous sol gel procedure and coated with anionic short molecules or polymer. The use of magnetometry for monitoring the incorporation and biotransformations of magnetic nanoparticles inside human stem cells is demonstrated using a vibrating sample magnetometer (VSM).

שימוש במגנטומטריה לניטור התאגדות תאית והתפרקות ביולוגית של חלקיקי תחמוצת ברזל מסונתטיים כימית

Magnetic nanoparticles, made of iron oxide, present a peculiar interest for a wide range of biomedical applications for which they are often internalized ...

High-Speed Ultraviolet Photoacoustic Microscopy for Histological Imaging with Virtual-Staining assisted by Deep Learning

Surgical margin analysis (SMA), an essential procedure to confirm the complete excision of cancerous tissue in tumor resection surgery, requires intraoperative diagnostic tools to avoid repeated surgeries due to a positive surgical margin. Recently, by taking the advantage of the high intrinsic optical absorption of DNA/RNA at 266 nm wavelength, ultraviolet photoacoustic microscopy (UV-PAM) has been developed to provide high-resolution histological images without labeling, showing great promise as an intraoperative tool for SMA. To enable the development of UV-PAM for SMA, here, a high-speed and open-top UV-PAM system is presented, which can be operated similarly to conventional optical microscopies. The UV-PAM system provides a high lateral resolution of 1.2 &#181;m, and a high imaging speed of 55 kHz A-line rate with one-axis galvanometer mirror scanning. Moreover, to ensure UV-PAM images can be easily interpreted by pathologists without additional training, the original grayscale UV-PAM images are virtually stained by a deep-learning algorithm to mimic the standard hematoxylin- and eosin-stained images, enabling training-free histological analysis. Mouse brain slice imaging is performed to demonstrate the high performance of the open-top UV-PAM system, illustrating its great potential for SMA applications.

A high-speed and open-top ultraviolet photoacoustic microscope that can provide histological images intraoperatively for surgical margin analysis is demonstrated, including the system configuration, optical alignment, sample preparation, and experimental procedures.