The authors would like to acknowledge Dr. Matthew Heeney of Boston Children's Hospital/Dana-Farber Cancer Institute and Dr. Farzana Pashankar of Yale-New Haven Hospital for providing sickle cell patient samples. The authors would like to thank Chu H. Yu and Ashwini Joshi for their assistance in testing these samples and compiling the data.
S.T. acknowledges the American Heart Association Scientist Development Grant (15SDG25080056) and the University of Connecticut Research Excellence Program award for financial support of this research. S.K. acknowledges that this material is based upon work supported by the National Science Foundation Graduate Research Fellowship (DGE-1247393).

倫理文：ヒトの血液サンプルを含むすべての手順は、制度の規制に従って実施しました。すべてのプロトコルを見直し、治験審査委員会によって承認されました。インフォームドコンセントは、全ての参加者によって与えられました。 鎌状赤血球症の診断5、8 1.試料の調製<ol><li>ハンクス平衡塩溶液（HBSS）でガドブトロールの50 mM溶液を準備します。 </li><li>ガドリニウム溶液中10mMのメタ重亜硫酸ナトリウムを溶解します。 注：メタ重亜硫酸ナトリウムは、吸入による毒性が強く、皮膚や組織を刺激します。水と混合した場合には、腐食性の酸です。これは、高温に加熱すると、硫黄及びナトリウムの有毒な酸化ガスを排出するために分解してもよいです。 </li><li> 指先または静脈穿刺のいずれかを介して血液サンプルを入手します。 <ol><li>クリーンな、使い捨てのランセットで穿刺装置を用いて血液を描画します。 APプライピアスサイト付近の圧力と3〜4回ピペットを用いて血液を採取する前に形成された血液滴を拭いてください。世話をしていない、これは組織液と試料の汚染につながるよう、組織を圧迫することにより、「ミルク」指をします。 </li><li>代わりに、標準的な静脈穿刺手順14を用いて血液を描画します。 注：サンプルは数時間以上保存される場合は、EDTAなどの抗凝固剤とバキュテナーに血液を集めます。 </li></ol></li><li>ガドリニウムメタ重亜硫酸ナトリウム溶液100μlに血液の1未満μLを追加します。 </li></ol> WBCサイトメトリー7 2.サンプル調製<ol><li>セクション1のように、指先または静脈穿刺のいずれかを介して血液サンプルを入手します。 </li><li>オプション：RBC溶解バッファーとを溶解赤血球。ピペット5 RBC溶解緩衝液500μLへの血液のμLと3室温でインキュベート - 5分。 注意：これは、白血球の単離された集団の浮上範囲を確認するために行われてもよいです。ここに提示した結果は、赤血球は白血球よりも明らかに低い位置に浮揚することを実証しかし、このステップを実行する必要はありません。 </li><li> HBSS中の25mMのGd 1,000：全血1に希釈します 注：1溶解サンプル：250mMのGdを25 mMののGdを含む試料を得るために、細胞溶解を行った場合には、溶解サンプル9を希釈。 </li></ol>磁気浮上プラットフォーム4、5、6、7、8を用いて試料の3分析<ol><li> 磁気浮上装置を起動します。 <ol><li>自己完結型のデバイスの場合、デバイスを接続し、それがパワーアップし、平らな、水平な面に配置することができます。 </li><li>スマートフォンと互換性のあるバージョンについては、スマートフォンのアプリケーションを起動し、画像を入力するために、左にスワイプキャプチャモード、およびフラット、レベルの表面上の場所。 </li></ol></li><li> 静磁気浮上のために： <ol><li>溶液に終わりを浸漬し、毛細管現象を介してキャピラリを埋めるために、サンプルを可能にすることにより、角のガラスマイクロキャピラリーチューブに調製した試料をロードします。 </li><li>ゆっくり一端材料へのキャピラリを押すことによって、チューブシーラントと端をシールします。 </li><li>チューブのわずか1センチ表示されたままとなるよう磁気浮上装置の磁石の間の毛細管を挿入します（図試料調製のために、図3を参照してください）。 注：この手順はスマートフォンと互換性と自己完結型デバイスの両方で同じままです。 </li><li>デバイスまたはキャピラリーを乱すことなく10分を待ちます。 </li></ol></li><li> 流れアシスト磁気浮上のために： <ol><li>サンプル管にサンプルをロードします。 </li><li>試料容器とMI間の入口チューブを接続crocapillaryとマイクロキャピラリーと廃棄物容器の間の出口チューブを接続します。 </li><li> LED輝度と流れパラメータを設定します。 </li></ol></li><li>その後、（自己完結型のデバイスとスマートフォンのアプリケーションの画面の下部にあるカメラボタンにボタン3）画像をキャプチャするキャプチャボタンを押して、細胞が視野内に表示されていることを確認してください。 注：USBは、画像を格納するために使用されている場合は、「画像」というフォルダを作成し、前にデバイスをオンにUSBを挿入します。いかなるドライブが存在しない場合、装置は、その内部メモリに画像を保存し、後で転送されます。 注：複数の画像を撮影し、撮影の間に1/2センチメートル程度または外キャピラリを移動させることにより、異常のリスクを低減するために分析することができます。 注：（検出されたユーザインタフェース上で報告として）視野内の細胞数が高すぎるか低すぎる場合、またはデバイスからキャピラリをシフトまたは別のSAを調製mple。 </li><li>サンプルを削除し、制度や地域の規則に従ってサンプルを捨てます。毛細血管はシャープとして配置する必要があります。 </li></ol><img alt="図3" src="/files/ftp_upload/55012/55012fig3.jpg" /> 図3：サンプル調製とユーザーインターフェイス。 （a）は、サンプル調製手順は、対象の指を穿刺血液の液滴を形成し、試料試験溶液に血液滴を移送、試料を撹拌し、毛管作用を介して、毛細管にロードし、磁気浮上にサンプルを挿入することを含みますデバイス。 （b）は、これらのサンプル調製ステップは、サンプル調製を導くために、デバイスの画面上に表示されます。 （c）のデバイスは、4つのボタンが含まれます。適切に調整ノブを使用してフォーカスを調整するために、サンプル画像にズームインするためのボタンを。単一メートルを取得するためのボタンeasurement（5秒遅延は、サンプルを挿入するユーザのための時間を許可するように実装されています）。タイムラプス測定（6イメージは5秒間隔で採取されています）。ボタンは使用後に、デバイスの電源をオフにします。 Yenilmezから、許可を得て、再現し、 ら。 8 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55012/55012fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> 前記画像解析4、5、6、7、8 <ol><li>適切なサンプル（細胞分布または細胞型分離）するためのデバイスに含まれる画像解析ソフトウェアを実行します。 注：自己完結型デバイスでは、分析が自動的に実行され、グラフィカル・ユーザ・インターフェース上に表示されます。スマートフォン対応機器については、分析を実行するために、ギャラリーaに行きます所望の動画ファイルを選択しNDが分析されます。 </li><li>画面上に表示された分析の出力を観察し、記録します。 注：（例えば、鎌状赤血球症の診断など）の細胞分布分析のために、出力は、細胞集団の閉じ込めの幅です。 注：（このようなWBCの識別など）の細胞型の分離のために、出力は、識別されたWBC集団とイメージとなります。マイクロリットル当たりの細胞の数を計算するために、2,000倍の画像あたりの白血球の平均数を乗算します。 5白血球が観察された場合、これは、10,000のWBC /μLを示すであろう。 11000のWBC /μL - 正常範囲は、一般的に3500であると考えられています。 </li><li>あるいは1/2センチ約装置から試料管を移動させ、上記のように分析される他の画像を撮像して分析を繰り返します。 注：これは、分析に5繰り返すことをお勧めします - エラーを回避するために、サンプルあたり6回。 </li></ol>

<ol>
	<li>Tasoglu, S., Khoory, J., Tekin, H., Thomas, C., Karnoub, A., Ghiran, I., Demirci, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Levitational+Image+Cytometry+with+Temporal+Resolution.">Levitational Image Cytometry with Temporal Resolution.</a> Advanced Materials. 27 (26), 3901-3908 (2015).</li><li>Tasoglu, S., Yu, C. H., Liadudanskaya, V., Guven, S., Migliaresi, C., Demirci, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+Levitational+Assembly+for+Living+Material+Fabrication.">Magnetic Levitational Assembly for Living Material Fabrication.</a> Advanced Healthcare Materials. 4 (10), 1469-1476 (2015).</li><li>Tasoglu, S., Yu, C. H., Gungordu, H. I., Guven, S., Vural, T., Demirci, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guided+and+magnetic+self-assembly+of+magnetoceptive+gels.">Guided and magnetic self-assembly of magnetoceptive gels.</a> Nature Communications. 5, 4702 (2014).</li><li>Amin, R., Knowlton, S., Yenilmez, B., Hart, A., Joshi, A., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smart-phone+Attachable,+Flow-Assisted+Magnetic+Focusing+Device.">Smart-phone Attachable, Flow-Assisted Magnetic Focusing Device.</a> RSC Advances. 6, 93922-93931 (2016).</li><li>Knowlton, S. M., Sencan, I., Aytar, Y., Khoory, J., Heeney, M. M., Ghiran, I. C., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sickle+Cell+Detection+Using+a+Smartphone.">Sickle Cell Detection Using a Smartphone.</a> Sci Rep. 5, 15022 (2015).</li><li>Knowlton, S., Yu, C. H., Jain, N., Ghiran, I. C., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Smart-Phone+Based+Magnetic+Levitation+for+Measuring+Densities.">Smart-Phone Based Magnetic Levitation for Measuring Densities.</a> PLoS One. 10 (8), e0134400 (2015).</li><li>Yenilmez, B., Knowlton, S., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-Contained+Handheld+Magnetic+Platform+for+Point+of+Care+Cytometry+in+Biological+Samples+.">Self-Contained Handheld Magnetic Platform for Point of Care Cytometry in Biological Samples .</a> Advanced Materials Technologies. 1, 1600144 (2016).</li><li>Yenilmez, B., Knowlton, S., Yu, C. H., Heeney, M., Tasoglu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Label-Free+Sickle+Cell+Disease+Diagnosis+Using+a+Low-Cost,+Handheld+Platform.">Label-Free Sickle Cell Disease Diagnosis Using a Low-Cost, Handheld Platform.</a> Adv Mat Tech. 1 (5), 1600100 (2016).</li><li>Bender, M. A., Douthitt Seibel, G., Pagon, R. 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> GeneReviews. , (1993).</li><li>Kaul, D. K., Fabry, M. E., Windisch, P., Baez, S., Nagel, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Erythrocytes+in+sickle+cell+anemia+are+heterogeneous+in+their+rheological+and+hemodynamic+characteristics.">Erythrocytes in sickle cell anemia are heterogeneous in their rheological and hemodynamic characteristics.</a> J Clin Invest. 72 (1), 22-31 (1983).</li><li>Joiner, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gardos+pathway+to+sickle+cell+therapies?.">Gardos pathway to sickle cell therapies?.</a> Blood. 111 (8), 3918-3919 (2008).</li><li>Finch, J. T., Perutz, M. F., Bertles, J. F., D&#246;bler, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structure+of+Sickled+Erythrocytes+and+of+Sickle-Cell+Hemoglobin+Fibers.">Structure of Sickled Erythrocytes and of Sickle-Cell Hemoglobin Fibers.</a> Proc Natl Acad Sci. 70 (3), 718-722 (1973).</li><li>Lew, V. L., Etzion, Z., Bookchin, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dehydration+response+of+sickle+cells+to+sickling-induced+Ca(++)+permeabilization.">Dehydration response of sickle cells to sickling-induced Ca(++) permeabilization.</a> Blood. 99 (7), 2578-2585 (2002).</li><li>Ernst, 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=.">.</a> NCCLS Procedures for the Collection of Diagnostic Blood Specimens by Venipuncture: Approved Standard-Sixth Addition. 27 (26), (2007).</li></ol>

Authors Stephanie Knowlton and Savas Tasoglu are founders of and have an equity interest in mBiotics, a startup working to commercialize the magnetic levitation platform described herein for point of care diagnostic solutions. A provisional patent entitled "Magnetic Levitation with On-Board Optical Imaging and Image Analysis for Density-Based Separation, Identification, And Measurement" has been filed with UCONN Case No. 16-027 on the technology described here.

プロトコル内の重要なステップ このプロセスにおける重要な要素は、磁石の適切な位置合わせが含まれます。磁石が押しのけなったり、装置内に通常よりも多くを分離した場合、これは結果に影響を与えることができます。プロセスにおけるこの障害等を制御するために、密度制御された粒子は、ポリスチレン微小球などの経時変化を制御するために定期的に使用することができます。?...

ここでは、技術プラットフォームと疾患のための指標として患者の細胞の密度分布を分析するために自動化されたイメージングと分析して結合された磁気浮上を使用する技術を提示します。密度ベースのサイトメトリー分析のために、この多目的なアプローチは、最終的には疾患診断の範囲に適用することができます。しかし、途上国でのポイント・オブ・ケア検査と使用と互換性があるために、技術は、低コスト、携帯性、およびユーザビリティの要件を満たさなければなりません。デバイスおよび消耗品は、低コストで容易に得られなければなりません。サンプル調製は単純でなければならない、解析はユーザの入力や解釈のための最小限の要件を自動化する必要があり、結果はすぐに返されるべきです。さらに、デバイスは、臨床現場だけでなく、発展途上国で有用であるために、コンパクトでポータブルにする必要があります。したがって、我々は、ポイントオブケア互換工の磁気浮上を使用する装置および方法を開発しました患者の細胞集団の密度分布についての結果を返すように自動化された撮像画像解析を結合することにより術。 ポイント・オブ・ケアの技術は、現在の臨床検査の手順よりも顕著な利点を提供します。現在利用可能な技術は、臨床医または医療スタッフによって行われるには余りにも複雑によって所有されるには余りにも高価です。これらの手順の多くは、訓練を受けた技術者によって行われなければならない労働集約型のプロトコルを必要とします。これらの理由から、例えば、血液や尿などの患者サンプルは、一般的に、テストの結果を受信するために、医師のために数日を要することがあり、臨床試験のためのリモート、集中検査室に移し、医師のオフィスで収集されます。これは、（保険支払者の経済的負担を引き起こす）は、このテストは非常にコストがかかり、非効率的になり、いくつかのケースでは、治療の過程で遅延や合併症を引き起こし、さらに多くを行うことができます低リソース設定と途上国におけるアクセス不能の診断。 ここでは、埋め込まれた撮像処理（ 図1）およびスマートフォン対応機器（ 図2）とのデバイスの両方で自動イメージングおよび分析と結合された磁気浮上技術を提示します。これらの磁気浮上ベースのデバイスは、異なる医療診断用途の範囲に適用される可能性を有する広く適用プラットフォーム技術を表します。磁気力と浮力1、2、3：二つの力の間の平衡に基づく磁気浮上アプローチ機能。粒子は、常磁性媒体中に懸濁二つMAGN間の中心線の方向に粒子の磁力が作用し、互いに対向するように極を有する2つの磁石によって発生する磁場の中に挿入されたとき<html> ETS。浮力は、懸濁媒体に比べ粒子の相対密度によって引き起こされると周囲の媒体よりも高密度粒子の場合にはあまりメディアより緻密で下方粒子の場合には上向きになっています。これらの二つの力に基づいて、粒子は、これらの二つの力がバランスフィールドに平衡浮上位置に到達します。この位置は、低密度の粒子よりもフィールドに低い浮上密度の高い粒子と、粒子の密度に直接関係しています。撮像モジュール、内蔵スマートフォンカメラ4、5、6または拡大レンズ7,8を備えた独立した光学部品、粒子の位置を視覚化するために使用されていますか。画像処理のいずれかのスマートフォン・アプリケーションを介して4、5、= &quot;外部参照&quot;&gt; 6または埋め込み処理部7、8は 、その後、したがって、人口の密度分布を空間分布を定量化し、するために撮影した画像を処理します。例えばミリリットル当たり関心のほんの数の粒子を有するもののような、より大きな試料（分析するために、流れは、それらが、撮像領域（ 図2）を通過するように、そのような粒子が浮遊し、分析するデバイスに直接統合することができます。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/55012/55012fig1.jpg" /> 図1：自己完結型の磁気浮上プラットフォーム。 （a）は、表示画面を有する磁気集束モジュール、撮像コンポーネント（発光ダイオード（LED）、光学レンズ、およびカメラ検出器）、及び処理装置を含む小型磁気浮上装置。 （b）は、CROでの磁界強度サンプルが挿入された磁石との間の領域のSS-セクション。電界強度は、磁石の表面で最大であり、それらの間の中心でゼロに近づきます。 （c）の粒子は、このような細胞として、磁場の経験、いくつかの軍内：磁気間の中心線に向かう磁気力（F mの）、大きさの粒子の位置により異なります。懸濁媒体のそれに比べ粒子密度に依存する重力（FとG &#39;）、および粒子の動きに抵抗する抵抗力（F d）は。 Yenilmezから、許可を得て、再現し、 ら。 8 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55012/55012fig1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/55012/55012fig2.jpg" /> イチジクURE 2：スマートフォン互換フローアシスト磁気浮上プラットフォーム。 （ - c）の前（a）の背面、側面（b）および（c）の磁気浮揚装置（d）のデバイスの構成要素としてのビュー：1）磁気浮上モジュール、永久磁石、拡大レンズを含む、およびLEDと光拡散、マイクロコントローラ、ポンプドライバ、およびBluetoothレシーバーを含む2）スマートフォンケース、3）エレクトロニクス、4）マイクロポンプホルダー、5）調整可能なオリフィス、6）廃棄物管ホルダー、7）電池ホルダー、8 ）試料ホルダー、9）兼用スタンドとカバー。 （e）の磁場を通して試料のポンプを示す、概略的なフロー。 （F）は、フィールドを介してポンピングされるように異なる密度の粒子を整列する方法を示す磁気浮上モジュールの断面図。このような粒子1のような密度の低い粒子は、高い浮上高さトンで平衡化しますこのような粒子2と漢より高密度の粒子は、 らアミン、から、許可を得て、再現します。 1 <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55012/55012fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> このシステムにおける密度分布の分析のために任意のサンプルを使用するための最低限の要件は、細胞または約5μmと約250μmの大きさよりも小さく（撮像と画像処理用）との適合性よりも大きい粒子の懸濁液を得る能力を含みますそのようなここで使用ガドブトロールとして常磁性液の溶液中で混合します。疾患の診断のために、互換性のあるアプリケーションは、健康な対照と比較して疾患を運ぶときに、目的のもの（I）において、細胞は本質的に密度変化が、試薬または一部を添加することによって細胞内で誘導することができる（II）、改変された密度を有し含みます要するにための代替治療cubation時間、または（iii）異なる細胞型は、単一のサンプル中で同定され、本質的に（またはいくつかの処理を介して ）されているが独特の特徴密度を有します。 鎌状赤血球症、間欠血管閉塞事象および慢性溶血性貧血9をもたらすことができる人の赤血球（RBC）で製造されるヘモグロビンの変異型、HBSを引き起こす遺伝性疾患です。これは、ヘモグロビンの等電非常に正確であるが、それらは、ポイントオブケアの設定と互換性がないため、臨床検査室で行わなければならない、高速液体クロマトグラフィー（HPLC）分画、又はヘモグロビン電気焦点のいずれかを使用して診断されます。鎌状赤血球症のための溶解度及び紙ベースのテストが提案されているが、一般的に主観的なユーザの解釈や確認試験を必要とされてきました。ここでは、RBよりも高い密度を達成する、鎌状赤血球を同定するための密度ベースのアプローチを使用し鎌状赤血球疾患のない人からのCs。機構は、脱酸素化条件10、11、12、13の下鎌状赤血球症の赤血球に赤血球脱水を起こすヘモグロビン、HBSの変異型の重合を含みます。 白血球（WBC）および赤血球7：この密度に基づくアプローチは、密度に基づいて、異なる種類の細胞を分離するために適用することができます。白血球は、一般的に、体内の感染症との戦いに関与しています。 WBCサイトメトリーは、血液中のこれらの細胞の数を定量化するために使用され、有用な診断ツールとして機能することができます。 WBCは、通常よりも高いカウント（一般μLあたり11,000細胞よりも大きいと考えられる）感染、免疫系障害、または白血病を示すことができます。 （μLあたり3500細胞の周囲の）正常範囲以下のWBC数は、自己免疫疾患またはコンディットによって引き起こされることがあります骨髄を損傷するイオン。代替技術とは異なり、ここで紹介する方法は、白血球を識別するために、赤血球や汚れの溶解に依存しません。 WBC集団密度は密度勾配遠心2、3を使用して、以前に計算されたRBCの集団よりも低いことが報告されているように、この細胞ベースの試験は、分離を行うために、2つの細胞タイプの固有の固有の密度を利用します。 15分、および1分未満を必要とし、自動イメージング及び分析-遠隔地に代替の試験と比較して、この試験は、単純な試料調製（ 図3）、10内のデバイス内の細胞の分離と、迅速です。この方法では、装置は、治療は、物理的および心理的苦痛を軽減し、合併症のassociのリスクを低減するために、すぐに投与されることを可能にする、より良い医療の意思決定を通知するために迅速に結果を返すことができ医療における遅延でated。この技法は、サイトのいずれかの単純なサンプル調製、最小限のユーザ入力または解釈に結果を返し、自動画像化及び分析のために臨床的状況において実施することができます。そのため、サンプルの分析およびスマートフォンや画像撮影・画像処理のための単純な電気部品のいずれかを使用するための永久磁石を使用した簡単なアプローチの使用により、デバイスだけでなく、あたりのテストコストはいくつかの洗練されたテスト手順に比べてごくわずかです。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="938">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Gadavist (Bayer)</td>
			<td style="width:257px;">Jefferson Medical and Imaging</td>
			<td style="width:119px;">2068062</td>
			<td style="width:241px;">Gadavist contains 1M gadobutrol, a chelate of gadolinium. We purchased 2 mL vials with 15/ca.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Square glass microcapillary tubes</td>
			<td style="width:257px;">Vitrocom</td>
			<td style="width:119px;">8270</td>
			<td>50 mm length is sufficient</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:321px;">Sodium metabisulfite</td>
			<td style="width:257px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S9000</td>
			<td>Chemical formula: Na2S2O5</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Leica Microsystems Critoseal tube sealant</td>
			<td style="width:257px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">02-676-20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Hank&#39;s Balanced Salt Solution</td>
			<td style="width:257px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">H9269&#160;SIGMA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Trypsin-EDTA</td>
			<td style="width:257px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">T4049</td>
			<td>Or other reagent as recommended for the cell type used</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">MICROLET 2 Adjustable Lancing Device</td>
			<td style="width:257px;">Walgreens</td>
			<td style="width:119px;">246567</td>
			<td>Any lancing device is acceptable when used according to biosafety protocols</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Microlet Lancets</td>
			<td style="width:257px;">Walgreens</td>
			<td style="width:119px;">667474</td>
			<td>Must be dispoable and not reused</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">Hausser Bright-Line Phase Hemacytometer</td>
			<td style="width:257px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:119px;">02-671-6</td>
			<td>Or any preferred method for cell counting</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:321px;">ACK Lysing Buffer</td>
			<td style="width:257px;">ThermoFisher</td>
			<td style="width:119px;">A1049201&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

magnetic levitation coupled with portable imaging and analysis for disease diagnostics

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for specialized equipment and trained personnel require that many diagnostic tests be performed at remote, centralized clinical laboratories. Magnetic levitation is a simple yet powerful technique and can be applied to levitate cells, which are suspended in a paramagnetic solution and placed in a magnetic field, at a position determined by equilibrium between a magnetic force and a buoyancy force. Here, we present a versatile platform technology designed for point-of-care diagnostics which uses magnetic levitation coupled to microscopic imaging and automated analysis to determine the density distribution of a patient's cells as a useful diagnostic indicator. We present two platforms operating on this principle: (i) a smartphone-compatible version of the technology, where the built-in smartphone camera is used to image cells in the magnetic field and a smartphone application processes the images and to measures the density distribution of the cells and (ii) a self-contained version where a camera board is used to capture images and an embedded processing unit with attached thin-film-transistor (TFT) screen measures and displays the results. Demonstrated applications include: (i) measuring the altered distribution of a cell population with a disease phenotype compared to a healthy phenotype, which is applied to sickle cell disease diagnosis, and (ii) separation of different cell types based on their characteristic densities, which is applied to separate white blood cells from red blood cells for white blood cell cytometry. These applications, as well as future extensions of the essential density-based measurements enabled by this portable, user-friendly platform technology, will significantly enhance disease diagnostic capabilities at the point of care.

鎌状赤血球症の診断に使用される技術である細胞密度分布分析のために、目的は、細胞集団の分布の幅を特定することです。鎌状赤血球疾患のない患者からの血液細胞は、予測可能な幅内に限定されます。鎌状赤血球症を有する患者からの細胞は、細胞分布の下方スキューで、広い領域にわたって分配される任意の特定の用途のために（ 図4参照 ）、閾?...

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Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics

We present a magnetic levitation technique coupled with automated imaging and analysis in both a smartphone-compatible device and a device with embedded imaging and processing. This is applied to measure the density distribution of cells with two demonstrated biomedical applications: sickle cell disease diagnosis and separating white and red blood cells.

病の診断のためのポータブルイメージングおよび分析と相まって磁気浮上

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for ...

magnetic-levitation-coupled-with-portable-imaging-analysis-for

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Unit 1

Equilibrium of a Particle

SCIENTISTS IN ACTION

8.7K ビュー.  University of Connecticut. We present a magnetic levitation technique coupled with automated imaging and analysis in both a smartphone-compatible device and a device with embedded imaging and processing. This is applied to measure the density distribution of cells with two demonstrated biomedical applications: sickle cell disease diagnosis and separating white and red blood cells.

ビデオ: Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics

Hybrid &#181;CT-FMT imaging and image analysis

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to assess the biodistribution of novel probes and to assess disease progression using established molecular probes or reporter genes. The combination with an anatomical modality, e.g., micro computed tomography (&#181;CT), is beneficial for image analysis and for fluorescence reconstruction. We describe a protocol for multimodal &#181;CT-FMT imaging including the image processing steps necessary to extract quantitative measurements. After preparing the mice and performing the imaging, the multimodal data sets are registered. Subsequently, an improved fluorescence reconstruction is performed, which takes into account the shape of the mouse. For quantitative analysis, organ segmentations are generated based on the anatomical data using our interactive segmentation tool. Finally, the biodistribution curves are generated using a batch-processing feature. We show the applicability of the method by assessing the biodistribution of a well-known probe that binds to bones and joints.

Hybrid  &#181;CT-FMT imaging and image analysis

We describe a protocol for hybrid imaging, combining fluorescence-mediated tomography (FMT) with micro computed tomography (&#181;CT). After fusion and reconstruction, we perform interactive organ segmentation to extract quantitative measurements of the fluorescence distribution.

ハイブリッドμCT-FMT撮像と画像解析

Fluorescence-mediated tomography (FMT) enables longitudinal and quantitative determination of the fluorescence distribution in vivo and can be used to ...

生物工学

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan electron-paramagnetic-resonance (RS-EPR), which can provide quantitative information under in vivo conditions on oxygen concentration, pH, redox status and concentration of signaling molecules (i.e., OH&#8226;, NO&#8226;). The RS-EPR technique has a higher sensitivity, improved spatial resolution (1 mm), and shorter acquisition time in comparison to the standard continuous wave (CW) technique. A variety of phantom configurations have been tested, with spatial resolution varying from 1 to 6 mm, and spectral width of the reporter molecules ranging from 16 &#181;T (160 mG) to 5 mT (50 G). A cross-loop bimodal resonator decouples excitation and detection, reducing the noise, while the rapid scan effect allows more power to be input to the spin system before saturation, increasing the EPR signal. This leads to a substantially higher signal-to-noise ratio than in conventional CW EPR experiments.

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

A new electron paramagnetic resonance (EPR) method, rapid scan EPR (RS-EPR), is demonstrated for 2D spectral spatial imaging which is superior to the traditional continuous wave (CW) technique and opens new venues for in vivo imaging. Results are demonstrated at 250 MHz, but the technique is applicable at any frequency.

高速走査電子常磁性共鳴イメージング生理学的に重要なパラメータのための新しい道を開きます。<em&gt;インビボ</em

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan ...

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps compared to standard metallographic sample preparation procedures. The paper proposes a novel bespoke rig for dynamic domain imaging with in situ BH (magnetic hysteresis) measurements and elaborates the protocols for the sensor preparation and the use of the rig to ensure accurate BH measurement. The protocols for static and ordinary dynamic domain imaging (without in situ BH measurements) are also presented. The reported method takes advantage of the convenience and high sensitivity of the traditional Bitter method and enables in situ BH measurement without interrupting or interfering with the domain wall movement processes. This facilitates establishing a direct and quantitative link between the domain wall movement processes&#8211;microstructural feature interactions in ferritic steels with their BH loops. This method is anticipated to become a useful tool for the fundamental study of microstructure&#8211;magnetic property relationships in steels and to help interpret the electromagnetic sensor signals for non-destructive evaluation of steel microstructures.

Optimized Setup and Protocol for Magnetic Domain Imaging with In Situ Hysteresis Measurement

This paper elaborates the sample and sensor preparation procedures and the protocols for using the test rig particularly for dynamic domain imaging with in situ BH measurements in order to achieve optimal domain pattern quality and accurate BH measurements.

最適化されたセットアップおよびヒステリシス測定場の磁区イメージングのためのプロトコル

This paper elaborates the sample preparation protocols required to obtain optimal domain patterns using the Bitter method, focusing on the extra steps ...

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and allostasis. Moreover, dysregulated protease activity drives pathogenesis and is a functional biomarker of diseases such as cancer; therefore, the ability to detect protease activity in vivo may provide clinically relevant information for biomedical diagnostics. The goal of this protocol is to create nanosensors that probe for protease activity in vivo by producing a quantifiable signal in urine. These protease nanosensors consist of two components: a nanoparticle and substrate. The nanoparticle functions to increase circulation half-life and substrate delivery to target disease sites. The substrate is a short peptide sequence (6-8 AA), which is designed to be specific to a target protease or group of proteases. The substrate is conjugated to the surface of the nanoparticle and is terminated by a reporter, such as a fluorescent marker, for detection. As dysregulated proteases cleave the peptide substrate, the reporter is filtered into urine for quantification as a biomarker of protease activity. Herein we describe construction of a nanosensor for matrix metalloproteinase 9 (MMP9), which is associated with tumor progression and metastasis, for detection of colorectal cancer in a mouse model.

Nanosensors to Detect Protease Activity In Vivo for Noninvasive Diagnostics

Proteases are tightly regulated enzymes involved in fundamental biological processes, and dysregulated protease activity drives progression of complex diseases such as cancer. This method&#39;s goal is to create nanosensors that measure protease activity in vivo by producing a cleavage signal that is detectable from host urine and discriminates disease.

非侵襲的診断のプロテアーゼ活動In Vivo検出するナノセンサー

Proteases are multi-functional enzymes that specialize in the hydrolysis of peptide-bonds and control broad biological processes including homeostasis and ...

Using Nanoplasmon-Enhanced Scattering and Low-Magnification Microscope Imaging to Quantify Tumor-Derived Exosomes

Infected or malignant cells frequently secrete more exosomes, leading to elevated levels of disease-associated exosomes in the circulation. These exosomes have the potential to serve as biomarkers for disease diagnosis and to monitor disease progression and treatment response. However, most exosome analysis procedures require exosome isolation and purification steps, which are usually time-consuming and labor-intensive, and thus of limited utility in clinical settings. This report describes a rapid procedure to analyze specific biomarkers on the outer membrane of exosomes without requiring separate isolation and purification steps. In this method, exosomes are captured on the surface of a slide by exosome-specific antibodies and then hybridized with nanoparticle-conjugated antibody probes specific to a disease. After hybridization, the abundance of the target exosome population is determined by analyzing low-magnification dark-field microscope (LMDFM) images of the bound nanoparticles. This approach can be easily adopted for research and clinical use to analyze membrane-associated exosome biomarkers linked to disease.

Clinical translation of exosome-derived biomarkers for diseased and malignant cells is hindered by the lack of rapid and accurate quantification methods. This report describes the use of low-magnification dark-field microscope images to quantify specific exosome subtypes in small volume serum or plasma samples.

Nanoplasmon の散乱と低倍率の顕微鏡イメージングによる腫瘍由来エキソソームの定量化

Infected or malignant cells frequently secrete more exosomes, leading to elevated levels of disease-associated exosomes in the circulation. These exosomes ...

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

The fundamental limit to in vivo imaging applications of hyperpolarized 13C-enriched compounds is their finite spin-lattice relaxation times. Various factors affect the relaxation rates, such as buffer composition, solution pH, temperature, and magnetic field. In this last regard, the spin-lattice relaxation time can be measured at clinical field strengths, but at lower fields, where these compounds are dispensed from the polarizer and transported to the MRI, the relaxation is even faster and difficult to measure. To have a better understanding of the amount of magnetization lost during transport, we used fast field-cycling relaxometry, with magnetic resonance detection of 13C nuclei at ~0.75 T, to measure the nuclear magnetic resonance dispersion of the spin-lattice relaxation time of hyperpolarized [1-13C]pyruvate. Dissolution dynamic nuclear polarization was used to produce hyperpolarized samples of pyruvate at a concentration of 80 mmol/L and physiological pH (~7.8). These solutions were rapidly transferred to a fast field-cycling relaxometer so that relaxation of the sample magnetization could be measured as a function of time using a calibrated small flip angle (3&#176;-5&#176;). To map the T1 dispersion of the C-1 of pyruvate, we recorded data for different relaxation fields ranging between 0.237 mT and 0.705 T. With this information, we determined an empirical equation to estimate the spin-lattice relaxation of the hyperpolarized substrate within the mentioned range of magnetic fields. These results can be used to predict the amount of magnetization lost during transport and to improve experimental designs to minimize signal loss.

Measuring the Spin-Lattice Relaxation Magnetic Field Dependence of Hyperpolarized [1-13C]pyruvate

We present a protocol to measure the magnetic field dependence of the spin-lattice relaxation time of 13C-enriched compounds, hyperpolarized by means of dynamic nuclear polarization, using fast field-cycled relaxometry. Specifically, we have demonstrated this with [1-13C]pyruvate, but the protocol could be extended to other hyperpolarized substrates.

過偏光のスピン格子緩和磁場依存性の測定[1-13C]ピルビン酸

The fundamental limit to in vivo imaging applications of hyperpolarized 13C-enriched compounds is their finite spin-lattice relaxation times. Various ...

Magnetic-, Acoustic-, and Optical-Triple-Responsive Microbubbles for Magnetic Hyperthermia and Pothotothermal Combination Cancer Therapy

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has been challenged. Here, we fabricate iron oxide nanoparticle shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform. Iron oxide nanoparticles serve as both magnetic and photothermal agents. Once intravenously injected, NSMs can be magnetically guided to the tumor site. Ultrasound triggers the release of iron oxide nanoparticles, facilitating the penetration of nanoparticles deep into the tumor due to the cavitation effect of microbubbles. Thereafter, magnetic hyperthermia and photothermal therapy can be performed on the tumor for combinational cancer therapy, a solution for cancer resistance due to the tumor heterogeneity. In this protocol, the synthesis and characterization of NSMs including structural, chemical, magnetic and acoustic properties were performed. In addition, the anti-cancer efficacy by thermal therapy was investigated using in vitro cell cultures. The proposed delivery strategy and combination therapy holds great promise in cancer treatment to improve both delivery and anticancer efficacies.

Presented here is a protocol for the fabrication of iron oxide nanoparticle-shelled microbubbles (NSMs) through self-assembly, synergizing magnetic, acoustic, and optical responsiveness in one nanotherapeutic platform for magnetic hyperthermia and photothermal combination cancer therapy.

磁気温熱療法とポト温熱併用がん治療のための磁気、音響、光三重応答性マイクロバブル

The precision delivery of anti-cancer agents which aim for targeted and deep-penetrated delivery as well as a controlled release at the tumor site has ...

High-Dimensionality Flow Cytometry for Immune Function Analysis of Dissected Implant Tissues

The success of implanting laboratory-grown tissue or a medical device in an individual is subject to the immune response of the recipient host. Considering an implant as a foreign body, a hostile and dysregulated immune response may result in the rejection of the implant, while a regulated response and regaining of homeostasis can lead to its acceptance. Analyzing the microenvironments of implants dissected out under in vivo or ex vivo&#160;settings can help in understanding the pattern of immune response, which can ultimately help in developing new generations of biomaterials. Flow cytometry is a well-known technique for characterizing immune cells and their subsets based on their cell surface markers. This review describes a protocol based on manual dicing, enzymatic digestion, and filtration through a cell strainer for the isolation of uniform cell suspensions from dissected implant tissue. Further, a multicolor flow cytometry staining protocol has been explained, along with steps for initial cytometer settings to characterize and quantify these isolated cells by flow cytometry.

Isolation of cells from dissected implants and their characterization by flow cytometry can significantly contribute to understanding the pattern of immune response against implants. This paper describes a precise method for the isolation of cells from dissected implants and their staining for flow cytometric analysis.

解剖されたインプラント組織の免疫機能解析のための高次元フローサイトメトリー

The success of implanting laboratory-grown tissue or a medical device in an individual is subject to the immune response of the recipient host. ...

Quantifying Fibrillar Collagen Organization with Curvelet Transform-Based Tools

Fibrillar collagens are prominent extracellular matrix (ECM) components, and their topology changes have been shown to be associated with the progression of a wide range of diseases including breast, ovarian, kidney, and pancreatic cancers. Freely available fiber quantification software tools are mainly focused on the calculation of fiber alignment or orientation, and they are subject to limitations such as the requirement of manual steps, inaccuracy in detection of the fiber edge in noisy background, or lack of localized feature characterization. The collagen fiber quantitation tool described in this protocol is characterized by using an optimal multiscale image representation enabled by curvelet transform (CT). This algorithmic approach allows for the removal of noise from fibrillar collagen images and the enhancement of fiber edges to provide location and orientation information directly from a fiber, rather than using the indirect pixel-wise or window-wise information obtained from other tools. This CT-based framework contains two separate, but linked, packages named &#8220;CT-FIRE&#8221; and &#8220;CurveAlign&#8221; that can quantify fiber organization on a global, region of interest (ROI), or individual fiber basis. This quantification framework has been developed for more than ten years and has now evolved into a comprehensive and user-driven collagen quantification platform. Using this platform, one can measure up to about thirty fiber features including individual fiber properties such as length, angle, width, and straightness, as well as bulk measurements such as density and alignment. Additionally, the user can measure fiber angle relative to manually or automatically segmented boundaries. This platform also provides several additional modules including ones for ROI analysis, automatic boundary creation, and post-processing. Using this platform does not require prior experience of programming or image processing, and it can handle large datasets including hundreds or thousands of images, enabling efficient quantification of collagen fiber organization for biological or biomedical applications.

Here, we present a protocol to use a curvelet transform-based, open-source MATLAB software tool for quantifying fibrillar collagen organization in the extracellular matrix of both normal and diseased tissues. This tool can be applied to images with collagen fibers or other types of line-like structures.

カーブレット変換ベースのツールを使用したフィブリラーコラーゲンの定量化

Fibrillar collagens are prominent extracellular matrix (ECM) components, and their topology changes have been shown to be associated with the progression ...

Electric and Magnetic Field Devices for Stimulation of Biological Tissues

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, differentiation, morphology, and molecular synthesis. However, variables such stimuli strength and stimulation times need to be considered when stimulating either cells, tissues or scaffolds. Given that EFs and MFs vary according to cellular response, it remains unclear how to build devices that generate adequate biophysical stimuli to stimulate biological samples. In fact, there is a lack of evidence regarding the calculation and distribution when biophysical stimuli are applied. This protocol is focused on the design and manufacture of devices to generate EFs and MFs and implementation of a computational methodology to predict biophysical stimuli distribution inside and outside of biological samples. The EF device was composed of two parallel stainless-steel electrodes located at the top and bottom of biological cultures. Electrodes were connected to an oscillator to generate voltages (50, 100, 150 and 200 Vp-p) at 60 kHz. The MF device was composed of a coil, which was energized with a transformer to generate a current (1 A) and voltage (6 V) at 60 Hz. A polymethyl methacrylate support was built to locate the biological cultures in the middle of the coil. The computational simulation elucidated the homogeneous distribution of EFs and MFs inside and outside of biological tissues. This computational model is a promising tool that can modify parameters such as voltages, frequencies, tissue morphologies, well plate types, electrodes and coil size to estimate the EFs and MFs to achieve a cellular response.

This protocol describes the step-by-step process to build both electrical and magnetic stimulators used to stimulate biological tissues. The protocol includes a guideline to simulate computationally electric and magnetic fields and manufacture of stimulator devices.

生体組織の刺激のための電界・磁場装置

Electric fields (EFs) and magnetic fields (MFs) have been widely used by tissue engineering to improve cell dynamics such as proliferation, migration, ...

病の診断のためのポータブルイメージングおよび分析と相まって磁気浮上

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