This research was supported by the research programs of the National Research Foundation of Korea (NRF) (NRF-2015R1A1A1A05001548 and NRF-2015R1A5A1037668).

ניסויים עם דגימות דם בוצעו ציות לחוקים הרלוונטיים והנחיות מוסדיות. הדגימות היו דגימות דם שיורית כי נרכשו ומעובד בבדיקות קליניות במוסד. 1. הגדרה אופטית PT-AS הערה: אפשר להשתמש בצינור מייקרו-נימים ריק עבור התקנת PT-AS ראשונית. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר צינור מיקרו-נימי ריק בקטרים ​​הפנימיים והחיצוניים של 200 עד 330 מיקרומטר, בהתאמה, ובאורך של יותר מ ~ 5 ס&quot;מ על אביזר צינור נימי. , זמין מסחרית גופי סיבים יכול לשמש אביזר צינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מאובטח לעגן מצביע לייזר 650 ננומטר, כלומר, לחקור מקור האור, להאיר את צינור נימי. אלומת החללית צריכה להיות גדולה יותר מאשר צינור הנימים. הניח מסך (למשל, נייר לבן) מאחורי צינור הנימים להתבונן דפוס תקופתי זוויתי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור חלק זיהוי, להסיר עדשות שום מצלמת אינטרנט כדי ללכוד את scatt ישירותering דפוס. מקם את המצלמת מאחורי צינור הנימים בזווית של 25-35 מעלות ביחס לכיוון קורה בדיקה. ודא כי הדפוס התקופתי זוויתי המיוצר על ידי צינור הנימים ניתן למדוד עם הגלאי (איור 1). לבחון את הדפוס התקופתי זוויתי באמצע חיישן התמונה כאשר חיישן התמונה ממוקם בצורה נכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם מקור אור עירור PT 532 ננומטר כדי להאיר את צינור הנימים. מקם את מקור אור PT בכל זווית, כל עוד אור עירור PT חופף קרן בדיקה על צינור הנימים ואינו מגיע אל הגלאי ישירות. PT עירור של דגימות דם באמצעות כוח אופטי גבוה בדרך כלל משפר את PT-AS רגישה, כפי שהוא מוביל לשינוי גדול יותר של RI. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש הכח האופטי הגבוה ביותר של מקור אור עירור PT המועסק. בנוסף, מוודא שנורית עירור PT חופפת את האור החללי על צינור הנימים. השתמש גודל אלומת אור עירור PTלפחות כפול מזה של האור החללי כדי לחמם את נפח החללית כולה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום מסנן ארוך לעבור מול הגלאי לחסום את אור 532 ננומטר ולמדוד רק האור החללי 650 ננומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תקן מסוק אופטי בנתיב של אור עירור PT לפני מאיר את צינור הנימים. המסוק האופטי מועסק לווסת את עוצמת אור עירור PT. </li></ol> 2. הכנת דגימת דם <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צייר 6 מיליליטר של דם מלא טרי במצב אנמי לתוך צינורות דגימת דם ethylenediaminetetraacetic חומצה, ומערבב את הדגימות היטב. אין עיבוד אחר נדרש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את דגימות הדם באמצעות חיישן PT-AS תוך 24 שעות ממוצא למנוע קרישה. </li></ol> 3. פרוטוקולי מדידת PT-AS <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען צינור מיקרו-נימי עם דגימת דם כדי למדוד. מלא את צינור נימים עם הדם דרך פעולת נימים ידי נחת הצינור לתוך ים הדםמַסְפִּיק. היקף המדגם המינימאלי הנדרש למדידה נקבע לפי הקוטר הפנימי של הצינור נימי ואת גודל קרן בדיקה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעסיק צינור בקוטר פנימי של 200 מיקרומטר. גודל אלומת החללית היתה 2 מ&quot;מ בתוצאות נציג, דבר המצביע על כך המדידה יכולה להתבצע עם נפח דגימה של&gt; 63 NL. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר צינור הנימים במיקום המיועד שבתוך בית הנורה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הלייזר החללית 650 ננומטר כדי להאיר את צינור מיקרו-נימי טעון-דם. הדפוס התקופתי זוויתי יש לשים לב עם מצלמת האינטרנט. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את הלייזר עירור PT 532 ננומטר כדי להאיר את הצינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המסוק האופטי לווסת את עוצמת אור עירור PT ב -2 הרץ. הערה: הרציונל לבחירת מצב הפעלה זו מתואר דיון וקים ואח &#39;. 12. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר גלגל מסוק ב במכלול ראש המנוע של המסוק האופטימערכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את תיבת בקרת מסוק, ולהשתמש ידית השליטה במסוף כדי להגדיר את תדירות האפנון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את המסוק באמצעות ידית שליטה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רשום את דפוס תנודות פיזור באמצעות מצלמת 5 שניות בפורמט MPEG-4 (MP4). </li></ol> 4. עיבוד אותות הערה: עיבוד אותות PT-AS בוצעה באמצעות קוד MATLAB שפותח במעבדה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את קובץ וידאו כדי לחלץ את התמונות. עבור כל תמונה [ראה איור 2 (א) עבור תמונה מייצגת] יש לקבל את דפוס פיזור בממוצע על ידי חישוב הממוצע של ערכי הפיקסלים לאורך בכיוון האנכי [איור 2 (ב, ג)]. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להעריך את ההתמרה של דפוס פיזור בממוצע, ולחשב את השלב בתדר המרחבי השיא. בצע פעולות אלה עבור כל המסגרות של כל התמונות המוקלטות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות ערכי השלב מתקבלים מכל התמונות, עלילת השלב הזמניתנודות [איור 2 (ד)]. ראוי לציין, כי בשלב משתנה בתדר אפנון PT. קח את ההתמרה של התנודות בשלב במישור הזמן, ולקבל את הגודל בתדר האפנון. איתות זה המכונה PT-כאות [איור 2 (ה)]. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את [Hb] של דגימת דם על ידי המרת האות PT-AS שלה לתוך המקביל [Hb] באמצעות עקומת כיול כי מתקבל בפרוטוקול 5. </li></ol> 5. PT-AS כיול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכינו דגימות דם, שיש [Hb] ערכים המופצות באופן אחיד את טווח הגילוי של החיישן PT-AS (למשל, 0 - 18 גר &#39;/ ד&quot;ל). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני הכיול, לכמת את [Hb] ערכים של דגימות באמצעות נתח המטולוגיה התייחסות. מדוד את אותות PT-AS של הדגימות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לגזור עקומת כיול הקשורים [Hb] לאות PT-AS על ידי ביצוע ליניארי לפחות ריבועים להתאים, [Hb] = A [איתותים PT-AS] + B, של experimentaתוצאות l. לקבלת תנאי ההפעלה שצוינו בטבלת 1, היחס בין [Hb] ואת אות PT-AS נמצא [Hb] = 5.13 [אות PT-AS] - 0.09. השתמש בקוד MATLAB לבצע את ההתאמה ליניארי. </li></ol>

<ol>
	<li>Mokken, F. C., Kedaria, M., Henny, C. P., Hardeman, M., Gelb, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+clinical+importance+of+erythrocyte+deformability,+a+hemorrheological+parameter.">The clinical importance of erythrocyte deformability, a hemorrheological parameter.</a> Ann. Hematol. 64 (3), 113-122 (1992).</li><li>Rosenblit, J., 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=Evaluation+of+three+methods+for+hemoglobin+measurement+in+a+blood+donor+setting.">Evaluation of three methods for hemoglobin measurement in a blood donor setting.</a> Sao Paulo Medical Journal. 117 (3), 108-112 (1999).</li><li>Van Kampen, E., Zijlstra, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standardization+of+hemoglobinometry+II.+The+hemiglobincyanide+method.">Standardization of hemoglobinometry II. The hemiglobincyanide method.</a> Clin. Chim. Acta. 6 (4), 538-544 (1961).</li><li>Billett, H. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemoglobin+and+hematocrit.">Hemoglobin and hematocrit.</a> Clinical Methods: The History, Physical, and Laboratory Examinations. 3, (1990).</li><li>Kuenstner, J. T., Norris, K. H., McCarthy, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+hemoglobin+in+unlysed+blood+by+near-infrared+spectroscopy.">Measurement of hemoglobin in unlysed blood by near-infrared spectroscopy.</a> Appl. Spectrosc. 48 (4), 484-488 (1994).</li><li>Zwart, 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=A+multi-wavelength+spectrophotometric+method+for+the+simultaneous+determination+of+five+haemoglobin+derivatives.">A multi-wavelength spectrophotometric method for the simultaneous determination of five haemoglobin derivatives.</a> Clin. Chem. Lab. Med. 19 (7), 457-464 (1981).</li><li>Kwak, B. 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=Direct+measurement+of+the+in+vitro+hemoglobin+content+of+erythrocytes+using+the+photo-thermal+effect+of+the+heme+group.">Direct measurement of the in vitro hemoglobin content of erythrocytes using the photo-thermal effect of the heme group.</a> Analyst. 135 (9), 2365-2371 (2010).</li><li>Lapotko, D., Lukianova, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+micro-bubbles+in+cells.">Laser-induced micro-bubbles in cells.</a> International Journal of Heat Mass Transfer. 48 (1), 227-234 (2005).</li><li>Lapotko, D. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser-induced+bubbles+in+living+cells.">Laser-induced bubbles in living cells.</a> Lasers in surgery and medicine. 38 (3), 240-248 (2006).</li><li>Lapotko, D. O., Romanovskaya, T. y. R., Shnip, A., Zharov, V. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photothermal+time-resolved+imaging+of+living+cells.">Photothermal time-resolved imaging of living cells.</a> Lasers in surgery and medicine. 31 (1), 53-63 (2002).</li><li>Yim, J., 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=Photothermal+spectral-domain+optical+coherence+reflectometry+for+direct+measurement+of+hemoglobin+concentration+of+erythrocytes.">Photothermal spectral-domain optical coherence reflectometry for direct measurement of hemoglobin concentration of erythrocytes.</a> Biosens. Bioelectron. 57, 59-64 (2014).</li><li>Kim, U., 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=Capillary-scale+direct+measurement+of+hemoglobin+concentration+of+erythrocytes+using+photothermal+angular+light+scattering.">Capillary-scale direct measurement of hemoglobin concentration of erythrocytes using photothermal angular light scattering.</a> Biosens. Bioelectron. 74, 469-475 (2015).</li><li>S&#0248;rensen, H. S., Larsen, N. B., Latham, J. C., Bornhop, D. J., Andersen, P. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+sensitive+biosensing+based+on+interference+from+light+scattering+in+capillary+tubes.">Highly sensitive biosensing based on interference from light scattering in capillary tubes.</a> Appl. Phys. Lett. 89 (15), 151108 (2006).</li><li>Swinney, K., Markov, D., Bornhop, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasmall+volume+refractive+index+detection+using+microinterferometry.">Ultrasmall volume refractive index detection using microinterferometry.</a> Rev. Sci. Instrum. 71 (7), 2684-2692 (2000).</li><li>Tarigan, H. J., Neill, P., Kenmore, C. K., Bornhop, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capillary-scale+refractive+index+detection+by+interferometric+backscatter.">Capillary-scale refractive index detection by interferometric backscatter.</a> Anal. Chem. 68 (10), 1762-1770 (1996).</li><li>Bornhop, D. J., 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=Free-solution,+label-free+molecular+interactions+studied+by+back-scattering+interferometry.">Free-solution, label-free molecular interactions studied by back-scattering interferometry.</a> science. 317 (5845), 1732-1736 (2007).</li><li>Yang, X., 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=Simple+paper-based+test+for+measuring+blood+hemoglobin+concentration+in+resource-limited+settings.">Simple paper-based test for measuring blood hemoglobin concentration in resource-limited settings.</a> Clin. Chem. 59 (10), 1506-1513 (2013).</li><li>Zhu, 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=Cost-effective+and+rapid+blood+analysis+on+a+cell-phone.">Cost-effective and rapid blood analysis on a cell-phone.</a> Lab Chip. 13 (7), 1282-1288 (2013).</li><li>Poga&#269;nik, L., Franko, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+organophosphate+and+carbamate+pesticides+in+vegetable+samples+by+a+photothermal+biosensor.">Detection of organophosphate and carbamate pesticides in vegetable samples by a photothermal biosensor.</a> Biosens. Bioelectron. 18 (1), 1-9 (2003).</li></ol>

No conflict of interest is declared.

חיישן PT-AS מייצג שיטה כל-אופטית מסוגלת מדידה ישירה [Hb] של דגימות דם לא מעובד. השיטה מכמתת [Hb] בדם באמצעות תגובת PT הפנימית של מולקולות ההמוגלובין אריתרוציטים. תחת תאורה ידי אור 532 ננומטר, מולקולות המוגלובין לספוג את אנרגיית האור ולייצר חום. עליית הטמפרטורה כתוצאה משנה את R...

בדיקת דם מבוצעת בדרך כלל כדי להעריך בריאות אדם כוללת וכדי לזהות סמנים ביולוגיים הקשורים למחלות מסוימות. לדוגמא, ריכוז כולסטרול בדם משמש כקריטריון היפרליפידמיה, אשר קשור קשר הדוק למחלות לב וכלי דם דלקת בלבלב. התכנים הגלוקוז בדם צריכים להימדד בתדירות גבוהה, ככל שרמת הגלוקוז קשורה סיבוכים כגון בחמצת סוכרתית ותסמונת hyperosmolar hyperglycemic. מחלות קשות כמו מלריה, נגיף הכשל החיסוני האנושי אֵידְס מאובחנים על ידי בדיקות דם, וכימות של מרכיבי הדם כולל אריתרוציטים, טרומבוציטים, ו לויקוציטים מאפשר הקרנת הלבלב ומחלות כליה. המוגלובין (Hb), מרכיב קריטי של דם, המרכיבה כ -96% של אריתרוציטים, ומעביר חמצן איברים אנושיים. שינוי משמעותי של ריכוז המסה שלו ([Hb]) עשוי להצביע לישינויי tabolic, מחלות כיס, ונוירולוגיות, לב וכלי דם והפרעות endocrinological 1. [Hb] ולכן נמדדת באופן שגרתי בדיקות דם. בפרט, בחולים אנמיים, חולי דיאליזה, ונשים הרות מומלץ בחום לעקוב אחר [Hb] כמשימה חיונית 2. שיטות זיהוי [Hb] שונות ובכך פותחו. השיטה ציאניד המוגלובין, אחת הטכניקות הנפוצות ביותר עבור [Hb] כימות, מעסיקה אשלגן ציאניד (KCN) להרוס את bilayer השומנים של אריתרוציטים 3. ההמוגלובין ציאניד המיוצר על ידי הקליטה הגבוהה המייצגת הכימי סביב 540 ננומטר; ומכאן, [Hb] מדידות יכולות להתבצע באמצעות ניתוח colorimetric. שיטה זו היא מועסק נרחבת בשל הפשטות שלה, אבל הכימיקלים המועסקים (למשל, KCN ותחמוצת dimethyllaurylamine) הם רעילים לאדם ולסביבה. ערכת המטוקריט מודדת את יחס הנפח של תאי דם אדומים בהשוואת כרך הדם הכוללume דרך ההפרדה צנטריפוגליים; אולם זה דורש נפח דם גדול יחסית (50-100 μl) 4. מדד שיטות spectrophotometry [Hb] בדיוק ללא כל כימיקלים, אבל מדידות באורכי גל מרובים נפח דם גדול נדרשים 5,6. באופן דומה, כמה שיטות אופטיות למדידה [Hb] הוצעו כולל שיטות זיהוי המבוססות על פיזור אור, אבל דיוק המדידה שלהם תלויות מאוד על הדיוק של מודל הדם התיאורטי. כדי להתגבר על המגבלות האלה, [Hb] שיטות זיהוי המבוססות על אפקט photothermal (PT) של המוגלובין לאחרונה הוצעו 7. Hb, אשר מורכב בעיקר של תחמוצות ברזל, סופג אור ב 532 ננומטר וממיר את אנרגיית האור לחום 8-10. עלייה בטמפרטורה PT זה ניתן לאתר אופטית ידי מדידת שינוי מקדם השבירה (RI) של דגימות דם. Yim et al. reflectometr קוהרנטיות רפאים-תחום מועסקות האופטיותy למדוד את שינוי נתיב באורך אופטי PT בתא דם המכיל 11. למרות השיטה מאפשרת ללא כימיקלים וישיר [Hb] המדידה, השימוש ספקטרומטר ואת הסדר interferometric עלול לעכב המזעור שלה. לאחרונה הציגו חלופה [Hb] שיטת זיהוי, כינת חיישן צילום תרמי פיזור אור זוויתי (PT-AS), אשר מתאים יותר מזעור תקן 12. חיישן PT-AS מנצל את רגישות RI הגבוהה של interferometry פיזור הגב (BSI) כדי למדוד שינויי PT ב RI של דגימת דם בתוך צינור נימים. BSI כבר נוצלו כדי למדוד RI של פתרונות שונים 13-15 וכדי לפקח אינטראקציות ביוכימי בתמיסה חינם 16. חיישן PT-AS מעסיק הסדר אופטי דומה כמו BSI, אך משלב התקנת עירור photothermal למדוד גידול PT של RI בדגימות דם. עקרונות הפעלה של BSI וחיישני PT-AS מתוארים בפירוט במקום אחר <sup&gt; 12,15. חיישן PT-AS הפגין רגישות גבוהה [Hb] מדידה על פני טווח גילוי רחב (0.35-17.9 g / dl) והוא מסוגל לפעול עם כרכים מדגמים של &lt;100 NL. אין נפשי מראש של דגימת דם נדרש, ואת זמן המדידה הוא רק ~ 5 שניות. הנה, הגדרת הניסוי ואת פרוטוקול מדידה מפורט מתוארת. נציג תוצאות PT-AS ניתנים באמצעות דגימות דם מחולים אנמית, והתוצאות לעומת נגד מי מן מנתח המטולוגיה להעריך את הדיוק של חיישן PT-AS.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>650nm laser pointer</td>
			<td>LASMAC</td>
			<td>LED-1</td>
			<td>Probe light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hollow round glass capillaries</td>
			<td>Cm Scientific</td>
			<td>CV2033</td>
			<td>Blood sample container</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Webcam</td>
			<td>Logitech</td>
			<td>C525</td>
			<td>CMOS optical sensor</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>532-nm DPSS laser</td>
			<td>CNI Laser</td>
			<td>MGL-&#8546;-532</td>
			<td>Photothermal light source</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical chopper system</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>MC2000-EC</td>
			<td>Optical chopper</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Plastic long-pass filter</td>
			<td>Edmund Optics</td>
			<td>#43-942</td>
			<td>To reject 532-nm PT excitation light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fiber clamp</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>SM1F1-250</td>
			<td>Capillary tube fixture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA coated blood sampling tube</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>VACUETTE 454217</td>
			<td>Blood sampling &#38; anticoagulating</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hematology analyzer</td>
			<td>Siemens AG</td>
			<td>ADVIA 2120i</td>
			<td>Reference hematology analyzer</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a rapid and chemical-free hemoglobin assay with photothermal angular light scattering

תמונת תרמית פיזור אור זוויתי (PT-AS) הוא שיטה אופטית חדשה למדידת ריכוז המוגלובין ([Hb]) של דגימות דם. על סמך תגובת photothermal הפנימית של מולקולות ההמוגלובין, החיישן מאפשר רגישות גבוהה, מדידה ללא הכימי של [Hb]. [Hb] יכולת איתור עם הגבלה של 0.12 g / dl מעל בטווח של 0.35 - 17.9 g / dl הודגמה בעבר. השיטה יכולה להיות מיושמת בקלות באמצעות מכשירי צריכה אלקטרוניים זולה כגון מצביע ליזר ומצלמת אינטרנט. שימוש צינור מייקרו-נימים כמכל דם גם מאפשר assay המוגלובין עם נפח דם nanoliter בקנה מידה ובעלות תפעול נמוכה. הנה, הנחיות מפורטות הליכי עיבוד התקנת אות PT-AS אופטיים מוצגות. פרוטוקולי ניסוי ותוצאות נציגי דגימות דם בתנאים אנמית ([Hb] = 5.3, 7.5, ו -9.9 גרם / ד&quot;ל) ניתנים גם, והמדידות מושוות עם אלה הלוך ושובמנתח המטולוגיה ma. הפשטות שלה ביישום ותפעול צריך לאפשר אימוץ רחב במעבדות קליניות הגדרות משאב מוגבל.

Assay המוגלובין בוצע באמצעות חיישן PT-AS, ומידותיו הושוו לאלה מן מנתח המטולוגיה. הניסוי נערך עם עוצמת אור עירור PT של 1.4 W / 2 סנטימטר, תדירות אפנון PT של 2 הרץ, ומדידת זמן של 5 שניות. טבלה 1 מסכמת את תנאי הניסוי. גדלי אלומת אור בדיקת PT העירור היו 5.5 ...

Watch this Scientific Journal Video about A Rapid and Chemical-free Hemoglobin Assay with Photothermal Angular Light Scattering at JoVE.com

A Rapid and Chemical-free Hemoglobin Assay with Photothermal Angular Light Scattering

A photo-thermal angular light scattering (PT-AS) sensor enables the rapid and chemical-free hemoglobin assay of nanoliter-scale blood samples. Here, details of the PT-AS setup and a measurement protocol for the hemoglobin concentration in blood are provided. Representative results for anemic blood samples are also presented.

Assay המוגלובין המהיר ללא כימיקלים עם פיזור photothermal זוויתי אור

Photo-thermal angular light scattering (PT-AS) is a novel optical method for measuring the hemoglobin concentration ([Hb]) of blood samples. On the basis ...

a-rapid-chemical-free-hemoglobin-assay-with-photothermal-angular

Research

JoVE Journal

Bioengineering

9.6K Views.  Yonsei University. A photo-thermal angular light scattering (PT-AS) sensor enables the rapid and chemical-free hemoglobin assay of nanoliter-scale blood samples. Here, details of the PT-AS setup and a measurement protocol for the hemoglobin concentration in blood are provided. Representative results for anemic blood samples are also presented.

Video: A Rapid and Chemical-free Hemoglobin Assay with Photothermal Angular Light Scattering

Rapid Subtractive Patterning of Live Cell Layers with a Microfluidic Probe

The microfluidic probe (MFP) facilitates performing local chemistry on biological substrates by confining nanoliter volumes of liquids. Using one particular implementation of the MFP, the hierarchical hydrodynamic flow confinement (hHFC), multiple liquids are simultaneously brought in contact with a substrate. Local chemical action and liquid shaping using the hHFC, is exploited to create cell patterns by locally lysing and removing cells. By utilizing the scanning ability of the MFP, user-defined patterns of cell monolayers are created. This protocol enables rapid, real-time and spatially controlled cell patterning, which can allow selective cell-cell and cell-matrix interaction studies.

We present a protocol to perform subtractive patterning of live cell monolayers on a surface. This is achieved by local and selective lysis of adherent cells using a microfluidic probe (MFP). The cell lysate retrieved from local regions can be used for downstream analysis, enabling molecular profiling studies.

דפוסי Subtractive מהירים של שכבות תא חיות עם בדיקת Microfluidic

The microfluidic probe (MFP) facilitates performing local chemistry on biological substrates by confining nanoliter volumes of liquids. Using one ...

Light-mediated Formation and Patterning of Hydrogels for Cell Culture Applications

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In particular, light-mediated click reactions, such as photoinitiated thiol&#8722;ene and thiol&#8722;yne reactions, afford spatiotemporal control over material properties and allow the design of systems with a high degree of user-directed property control. Fabrication and modification of hydrogel-based biomaterials using the precision afforded by light and the versatility offered by these thiol&#8722;X photoclick chemistries are of growing interest, particularly for the culture of cells within well-defined, biomimetic microenvironments. Here, we describe methods for the photoencapsulation of cells and subsequent photopatterning of biochemical cues within hydrogel matrices using versatile and modular building blocks polymerized by a thiol&#8722;ene photoclick reaction. Specifically, an approach is presented for constructing hydrogels from allyloxycarbonyl (Alloc)-functionalized peptide crosslinks and pendant peptide moieties and thiol-functionalized poly(ethylene glycol) (PEG) that rapidly polymerize in the presence of lithium acylphosphinate photoinitiator and cytocompatible doses of long wavelength ultraviolet (UV) light. Facile techniques to visualize photopatterning and quantify the concentration of peptides added are described. Additionally, methods are established for encapsulating cells, specifically human mesenchymal stem cells, and determining their viability and activity. While the formation and initial patterning of thiol-alloc hydrogels are shown here, these techniques broadly may be applied to a number of other light and radical-initiated material systems (e.g., thiol-norbornene, thiol-acrylate) to generate patterned substrates.

We describe a sequential process for light-mediated formation and subsequent biochemical patterning of synthetic hydrogel matrices for three-dimensional cell culture applications. The construction and modification of hydrogels with cytocompatible photoclick chemistry is demonstrated. Additionally, facile techniques to quantify and observe patterns and determine cell viability within these hydrogels are presented.

אור בתיווך גיבוש דפוסים של הידרוג עבור יישומי תרבית תאים

Click chemistries have been investigated for use in numerous biomaterials applications, including drug delivery, tissue engineering, and cell culture. In ...

Rapid Mix Preparation of Bioinspired Nanoscale Hydroxyapatite for Biomedical Applications

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest regarding the use of bioinspired nanoscale hydroxyapatite (nHA). However, biological apatite is known to be calcium-deficient and carbonate-substituted with a nanoscale platelet-like morphology. Bioinspired nHA has the potential to stimulate optimal bone tissue regeneration due to its similarity to bone and tooth enamel mineral. Many of the methods currently used to fabricate nHA both in the laboratory and commercially, involve lengthy processes and complex equipment. Therefore, the aim of this study was to develop a rapid and reliable method to prepare high quality bioinspired nHA. The rapid mixing method developed was based upon an acid-base reaction involving calcium hydroxide and phosphoric acid. Briefly, a phosphoric acid solution was poured into a calcium hydroxide solution followed by stirring, washing and drying stages. Part of the batch was sintered at 1,000 &#176;C for 2 h in order to investigate the products&#39; high temperature stability. X-ray diffraction analysis showed the successful formation of HA, which showed thermal decomposition to &#946;-tricalcium phosphate after high temperature processing, which is typical for calcium-deficient HA. Fourier transform infrared spectroscopy showed the presence of carbonate groups in the precipitated product. The nHA particles had a low aspect ratio with approximate dimensions of 50 x 30 nm, close to the dimensions of biological apatite. The material was also calcium deficient with a Ca:P molar ratio of 1.63, which like biological apatite is lower than the stoichiometric HA ratio of 1.67. This new method is therefore a reliable and far more convenient process for the manufacture of bioinspired nHA, overcoming the need for lengthy titrations and complex equipment. The resulting bioinspired HA product is suitable for use in a wide variety of medical and consumer health applications.

This paper describes a novel method for the rapid manufacture of high quality bioinspired nanoscale hydroxyapatite. This biomaterial is of great significance in the manufacture of a wide range of innovative medical devices for clinical applications in orthopedics, craniofacial surgery and dentistry.

הכנה מהירה מיקס של Bioinspired ננומטריים Hydroxyapatite עבור יישומים ביו-רפואיים

Hydroxyapatite (HA) has been widely used as a medical ceramic due to its good biocompatibility and osteoconductivity. Recently there has been interest ...

Construction and Setup of a Bench-scale Algal Photosynthetic Bioreactor with Temperature, Light, and pH Monitoring for Kinetic Growth Tests

The optimal design and operation of photosynthetic bioreactors (PBRs) for microalgal cultivation is essential for improving the environmental and economic performance of microalgae-based biofuel production. Models that estimate microalgal growth under different conditions can help to optimize PBR design and operation. To be effective, the growth parameters used in these models must be accurately determined. Algal growth experiments are often constrained by the dynamic nature of the culture environment, and control systems are needed to accurately determine the kinetic parameters. The first step in setting up a controlled batch experiment is live data acquisition and monitoring. This protocol outlines a process for the assembly and operation of a bench-scale photosynthetic bioreactor that can be used to conduct microalgal growth experiments. This protocol describes how to size and assemble a flat-plate, bench-scale PBR from acrylic. It also details how to configure a PBR with continuous pH, light, and temperature monitoring using a data acquisition and control unit, analog sensors, and open-source data acquisition software.

This paper describes the assembly process and operation of a bench-scale photosynthetic bioreactor that can be used, in conjunction with other methods, to estimate pertinent kinetic growth parameters. This system continuously monitors the pH, light, and temperature using sensors, a data acquisition and control unit, and open-source data acquisition software.

בנייה והתקנה של אלגורית מידה של אלגוריה ביאוריאקטור פוטוסינתטי עם טמפרטורה, אור, וניטור pH עבור בדיקות צמיחה קינטית

The optimal design and operation of photosynthetic bioreactors (PBRs) for microalgal cultivation is essential for improving the environmental and economic ...

Protocol for MicroRNA Transfer into Adult Bone Marrow-derived Hematopoietic Stem Cells to Enable Cell Engineering Combined with Magnetic Targeting

While CD133+ hematopoietic stem cells (SCs) have been proven to provide high potential in the field of regenerative medicine, their low retention rates after injection into injured tissues as well as the observed massive cell death rates lead to very restricted therapeutic effects. To overcome these limitations, we sought to establish a non-viral based protocol for suitable cell engineering prior to their administration. The modification of human CD133+ expressing SCs using microRNA (miR) loaded magnetic polyplexes was addressed with respect to uptake efficiency and safety as well as the targeting potential of the cells. Relying on our protocol, we can achieve high miR uptake rates of 80&#8211;90% while the CD133+ stem cell properties remain unaffected. Moreover, these modified cells offer the option of magnetic targeting. We describe here a safe and highly efficient procedure for the modification of CD133+ SCs. We expect this approach to provide a standard technology for optimization of therapeutic stem cell effects and for monitoring of the administered cell product via magnetic resonance imaging (MRI).

This protocol illustrates a safe and efficient procedure to modify CD133+ hematopoietic stem cells. The presented non-viral, magnetic polyplex-based approach may provide a basis for the optimization of therapeutic stem cell effects as well as for monitoring the administered cell product via magnetic resonance imaging.

פרוטוקול להעברת MicroRNA לתוך למבוגרים הנגזרות מח עצם Hematopoietic תאי גזע כדי לאפשר הנדסה תא בשילוב עם מיקוד מגנטי

While CD133+ hematopoietic stem cells (SCs) have been proven to provide high potential in the field of regenerative medicine, their low retention rates ...

A Rapid Image-based Bacterial Virulence Assay Using Amoeba

Traditional bacterial virulence assays involve prolonged exposure of bacteria over the course of several hours to host cells. During this time, bacteria can undergo changes in the physiology due to the exposure to host growth environment and the presence of the host cells. We developed an assay to rapidly measure the virulence state of bacteria that minimize the extent to which bacteria grow in the presence of host cells. Bacteria and amoebae are mixed together and immobilized on a single imaging plane using an agar pad. The procedure uses single-cell fluorescence imaging with calcein-acetoxymethyl ester (calcein-AM) as an indicator of host cell health. The fluorescence of host cells is analyzed after 1 h of exposure of host cells to bacteria using epifluorescence microscopy. Image analysis software is used to compute a host killing index. This method has been used to measure virulence within planktonic and surface-attached Pseudomonas aeruginosa sub-populations during the initial stage of biofilm formation and may be adapted to other bacteria and other stages of biofilm growth. This protocol provides a rapid and robust method of measuring virulence and avoids many of the complexities associated with the growth and maintenance of mammalian cell lines. Virulence phenotypes measured here using amoebae have also been validated using mouse macrophages. In particular, this assay was used to establish that surface attachment upregulates virulence in P. aeruginosa.

Here, we present a protocol to measure the virulence of planktonic or surface-attached bacteria using D. discoideum (amoeba) as a host. Virulence is measured over a period of 1 h and host killing is quantified using fluorescence microscopy and image analysis. We demonstrate this protocol using the bacterium P. aeruginosa.

וזמינותו התקפה אלימה חיידקי מהירה מבוססת תמונה באמצעות אמבה

Traditional bacterial virulence assays involve prolonged exposure of bacteria over the course of several hours to host cells. During this time, bacteria ...

Rapid Characterization of Genetic Parts with Cell-Free Systems

Characterizing and cataloging genetic parts are critical to the design of useful genetic circuits. Having well-characterized parts allows for the fine-tuning of genetic circuits, such that their function results in predictable outcomes. With the growth of synthetic biology as a field, there has been an explosion of genetic circuits that have been implemented in microbes to execute functions pertaining to sensing, metabolic alteration, and cellular computing. Here, we show a rapid and cost-effective method for characterizing genetic parts. Our method utilizes cell-free lysate, prepared in-house as a medium to evaluate parts via the expression of a reporter protein. Template DNA is prepared by PCR amplification using inexpensive primers to add variant parts to the reporter gene, and the template is added to the reaction as linear DNA without cloning. Parts that can be added in this way include promoters, operators, ribosome binding sites, insulators, and terminators. This approach, combined with the incorporation of an acoustic liquid handler and 384-well plates, allows the user to carry out high-throughput evaluations of genetic parts in a single day. By comparison, cell-based screening approaches require time-consuming cloning and have longer testing times due to overnight culture and culture density normalization steps. Further, working in cell-free lysate allows the user to exact tighter control over the expression conditions through the addition of exogenous components and DNA at precise concentrations. Results obtained from cell-free screening can be used directly in applications of cell-free systems or, in some cases, as a way to predict function in whole cells.

Well-characterized genetic parts are necessary for the design of novel genetic circuits. Here we describe a cost-effective, high-throughput method for rapidly characterizing genetic parts. Our method reduces cost and time by combining cell-free lysates, linear DNA to avoid cloning, and acoustic liquid handling to increase throughput and reduce reaction volumes.

אפיון מהיר של חלקים גנטיים עם מערכות נטולות תאים

Characterizing and cataloging genetic parts are critical to the design of useful genetic circuits. Having well-characterized parts allows for the ...

Light-Controlled Fermentations for Microbial Chemical and Protein Production

Microbial cell factories offer a sustainable alternative for producing chemicals and recombinant proteins from renewable feedstocks. However, overburdening a microorganism with genetic modifications can reduce host fitness and productivity. This problem can be overcome by using dynamic control: inducible expression of enzymes and pathways, typically using chemical- or nutrient-based additives, to balance cellular growth and production. Optogenetics offers a non-invasive, highly tunable, and reversible method of dynamically regulating gene expression. Here, we describe how to set up light-controlled fermentations of engineered Escherichia coli and Saccharomyces cerevisiae for the production of chemicals or recombinant proteins. We discuss how to apply light at selected times and dosages to decouple microbial growth and production for improved fermentation control and productivity, as well as the key optimization considerations for best results. Additionally, we describe how to implement light controls for lab-scale bioreactor experiments. These protocols facilitate the adoption of optogenetic controls in engineered microorganisms for improved fermentation performance.

Optogenetic control of microbial metabolism offers flexible dynamic control over fermentation processes. The protocol here shows how to set up blue light-regulated fermentations for chemical and protein production at different volumetric scales.

תסיסה מבוקרת אור לייצור כימיקלים וחלבון מיקרוביאליים

Microbial cell factories offer a sustainable alternative for producing chemicals and recombinant proteins from renewable feedstocks. However, ...

In vivo Imaging of Biological Tissues with Combined Two-Photon Fluorescence and Stimulated Raman Scattering Microscopy

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy enables label-free imaging of the biological tissues in its natural microenvironment based on intrinsic molecular vibration, thus providing a perfect tool for in vivo study of biological processes at subcellular resolution. By integrating two-photon excited fluorescence (TPEF) imaging into the SRS microscope, the dual-modal in vivo imaging of tissues can acquire critical biochemical and biophysical information from multiple perspectives which helps understand the dynamic processes involved in cellular metabolism, immune response and tissue remodeling, etc. In this video protocol, the setup of a TPEF-SRS microscope system as well as the in vivo imaging method of the animal spinal cord is introduced. The spinal cord, as part of the central nervous system, plays a critical role in the communication between the brain and peripheral nervous system. Myelin sheath, abundant in phospholipids, surrounds and insulates the axon to permit saltatory conduction of action potentials. In vivo imaging of myelin sheaths in the spinal cord is important to study the progression of neurodegenerative diseases and spinal cord injury. The protocol also describes animal preparation and in vivo TPEF-SRS imaging methods to acquire high-resolution biological images.

In vivo Imaging of Biological Tissues with Combined Two-Photon Fluorescence and Stimulated Raman Scattering Microscopy

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy allows label-free imaging of biomolecules based on their intrinsic vibration of specific chemical bonds. In this protocol, the instrumental setup of an integrated SRS and two-photon fluorescence microscope is described to visualize cellular structures in the spinal cord of live mice.

In vivo הדמיה של רקמות ביולוגיות עם פלואורסצנטיות דו-פוטונית משולבת ומיקרוסקופיה פיזור ראמאן מגורה

Stimulated Raman scattering (SRS) microscopy enables label-free imaging of the biological tissues in its natural microenvironment based on intrinsic ...

A Nonsequencing Approach for the Rapid Detection of RNA Editing

RNA editing is a process that leads to posttranscriptional sequence alterations in RNAs. Detection and quantification of RNA editing rely mainly on Sanger sequencing and RNA sequencing techniques. However, these methods can be costly and time-consuming. In this protocol, a portable microtemperature gradient gel electrophoresis (&#181;TGGE) system is used as a nonsequencing approach for the rapid detection of RNA editing. The process is based on the principle of electrophoresis, which uses high temperatures to denature nucleic acid samples as they move across a polyacrylamide gel. Across a range of temperatures, a DNA fragment forms a gradient of fully double-stranded DNA to partially separated strands and then to entirely separated single-stranded DNA. RNA-edited sites with distinct nucleotide bases produce different melting profiles in &#181;TGGE analyses. We used the &#181;TGGE-based approach to characterize the differences between the melting profiles of four edited RNA fragments and their corresponding nonedited (wild-type) fragments. Pattern Similarity Scores (PaSSs) were calculated by comparing the band patterns produced by the edited and nonedited RNAs and were used to assess the reproducibility of the method. Overall, the platform described here enables the detection of even single base mutations in RNAs in a straightforward, simple, and cost-effective manner. It is anticipated that this analysis tool will aid new molecular biology findings.

Rapid detection and reliable quantification of RNA editing events at a genomic scale remain challenging and currently rely on direct RNA sequencing methods. The protocol described here uses microtemperature gradient gel electrophoresis (&#181;TGGE) as a simple, quick, and portable method of detecting RNA editing.

גישת אי-ריצוף לגילוי מהיר של עריכת RNA

RNA editing is a process that leads to posttranscriptional sequence alterations in RNAs. Detection and quantification of RNA editing rely mainly on Sanger ...