著者らは、単焦点および多焦点IOLにアクセスすることに同社に感謝したいと思います。この研究は、Oak Ridge理学教育研究所（ORISE）とMDFP（Medical Device Fellowship Program）によって支援され、その貢献は高く評価されています。また、研究室での貢献についてSamuel Songに感謝したいと思います。

1. SLSP測定プラットフォームの準備注：光の散乱を測定する際に正確な定量を保証するためには、すべてのアライメントステップで精度と忍耐が必要です。 図1の SLSPセットアップの概要。ここで、イラスト（ 図1a ）はSLSPセットアップの基本概念を示しています。さらに、 図1bおよび1cは、議論内で参照される様々な角度を定義するのに役立つ。具体的には、 図1bおよび図1cには、˚R（センサー回転角）、˚S（センサー角）、˚I（IOL入射角）の3つの角度が定義されています。 <ol><li> SLSPアラインメント（図2）。 <ol><li> 10×無限補正対物レンズを使用して、狭線幅のレーザ光源（ここでは、543nmの中心波長）をシングルモードのデリバリ光ファイバに集中させます。 注：lighのテストルーメンの出力が安定していること、または測定値を定量化することが困難であることを保証するために使用します。集束されたビームは、ファイバを通過する光を観察することによって決定されるが、これは100％の効率を達成することはできないが、センサによって最終的に光を検出できるほど十分でなければならない。 </li><li>光ファイバを対物レンズの焦点に配置するように、シングルモード光ファイバと10X無限補正対物レンズを統合して光源をコリメートします。出力光は、均一なガウスビームプロファイルをもたらすはずである。 </li><li>ガウスビームの直径を調整するために、アイリスアパーチャを光源の前に配置します。 注：アイリス開口径は人間の目を表すように設定してください（ 例：直径1-6 mm）。光散乱タイプの苦情は一般に夜間運転に関連するので、拡張された虹彩を表す虹彩口径が好ましい場合がある。 </li><li>フォトダイオードセンを取り付けてゴニオフォトメーターを構築する伸縮アーム（ポストクランプ付きメタルポスト）を使用して、直線移動（x、y、z方向）機能を備えた電動/プログラマブル360°回転ステージに対応しています。 注記：翻訳とチルト調整が可能なステージプラットフォームを設計します。 360°のセンサ回転角度（˚R）を可能にするセンサマウントを設計し、少なくとも45°のセンサ角度回転（˚S）に調整して、異なる飛行平面を測定することができます。拡張されたアームの距離は、フォトダイオードセンサの感度および所望の角度精度に依存する。 </li><li>センサーの角度を調整し、アームの位置を調整して、センサーの検出角度を調整します（必要に応じて）。 </li></ol></li><li> IOLアライメント <ol><li> IOLがゴニオフォトメーターの上に位置するように、IOL保持プラットフォームを構築します（ 図2 ）。 <ol><li>これを達成するために、IOL保持プラットフォームを構築して、IOLがabゴニオフォトメーターの中央を動かす（ゴニオフォトメーターとIOLの位置を逆にすることも可能です）。 <ol><li>プラットフォームを構築するには、長さ18インチ、長さ1/2インチの円筒形ポストとポストスタンドを使用し、それらを18 x 18インチのブレッドボードに取り付けます。このブレッドボードはプラットフォームのベースサポートです。 </li></ol></li></ol></li><li>ステージが下になるように、ブレッドボードの下に傾きと回転（I˚）機能を備えた並進ステージ（x、y、z方向）を取り付けます。 注記：小さなステップサイズ（数ミクロン）の平行移動ステージは、IOLのアライメント時の精度を高め、ゴニオ測光精度を向上させます。プラットフォームの具体的な寸法は、個々のニーズに合わせてカスタマイズすることができます。その結果、円筒形ポストおよびブレッドボードの寸法を調整することができる。 <ol><li> IOLハプティクスの1つをクランプすることにより、IOL保持プラットフォームにIOLをしっかりと取り付ける。 注：この証明では目的の実験のために、IOLは空気中で試験される。しかし、 インビボ条件を最もよく表す溶液および温度のIOLが理想的であろう。 </li></ol></li><li> IOL保持プラットフォームステージからの直線および傾斜調整を使用して、IOLを光源の正面に直接（IOLの焦点を光源に垂直に）整列させて、光の方向が中心を通過して変化しないようにします。 IOLこの位置は、0°の入射角（I˚）を構成する。 </li><li> IOLからの光の焦点スポットの位置を特定し、（必要に応じて）焦点のずれた光の検出を軽減するために、焦点スポットに小さな円錐形のデバイスを配置します。 IOLの後ろに1枚の紙（名刺など）を置き、光が最も集中している場所を特定することで、光の焦点を特定します。これは主観的な測定になります。 注：この手順は、純粋に非bすべての光。 </li><li> IOLがゴニオフォトメーター軌道の中心に位置するように、フォトダイオードセンサーの電動ステージをIOLの真下に配置します。ゴニオフォトメーターをIOLから約12cmの位置になるように調整します。 注記：IOLとゴニオフォトメーターの関係により、ゴニオフォトメーターが遠くにあるほど解像度が高くなります。しかし、距離が大きくなると（ステップサイズも小さくなる）、信号が小さくなり、実験時間が長くなります。 </li><li> IOL保持台を回転させて入射角（I˚）を調整します。 注：最初の実験は0°〜80°の入射角で行う必要があります。 80°を超えると、すべての光が反射するグレージング角度に近づきます。 </li></ol></li><li> プログラミング <ol><li>機械的なMOを調整するためのソフトウェアプログラムを構築するシステム設計ソフトウェア（ 補足ファイル1および材料の表を参照 ）を使用して、センサーの対応する光測定値との比較 。 注記：ソフトウェアプログラムを構築するときは、センサの物理的な位置が記録された測定値を正確に反映するようにセンサの速度を考慮してください。この実験用に設計されたプログラムは補足ファイル1で提供されています 。 </li></ol></li></ol> 2. SLSP実験とデータ解析<ol><li> スキャン（˚R） <ol><li> IOLと光源が正しく位置合わせされていることを確認します（セクション1.1と1.2を参照）。 </li><li>誤った光の検出を最小限に抑えるために、無反射の内部コーティングを備えた容器を使用して、フォトダイオードセンサとIOLの周囲にエンクロージャを構築します。光源の開口部を確保してください。 注記：エンクロージャの特定のデザインはカスタマイズする必要があります室内の外光に基づいている。その結果、複数のデザインを使用することができます。しかしながら、エンクロージャの目的は、センサによってすべての外光が検出されるのを軽減することである。 </li><li>プログラミングコンピュータを除いて、室内のすべての光源をオフにします。 </li><li>センサがIOLの周りを回転し、各回転角度（˚R）で散乱光を測定するように、SLSPソフトウェアプログラムを実行します（ステップ1.3.1）。 </li><li>複数の面で散乱光を測定するには、センサーの拡張アームとセンサーの測定角度（˚S）を手動で調整しながら、SLSPソフトウェアプログラムを複数回実行します。 注：プログラムが実行される回数は、目的の結果に依存します。より多くの検出角度が測定されると、散乱光の方向性を識別するためにより高い精度が得られる。 </li><li>ビーム直径に関する研究のために、SLSPプログラムを実行する前に、虹彩絞りを所望の直径に調整する。 注：彼女e、典型的な虹彩の直径を最もよく模倣するために、1,2,3,4および4.64mmのレーザービーム直径を使用した。これは、アイリス開口部を通過しない平行ビームの直径であるため、4.64mmが最も大きな直径であった。 </li><li>入射角に関する研究のために、SLSPプログラムを実行する前に、IOLマウントを所望の入射角に回転させる。ここでは、0°、20°、45°、80°の入射角（I°）を検討した。 注：収集されたデータの分析には科学的データ処理パッケージが必要です。 </li><li> 3次元イメージングの場合は、データ処理パッケージを使用して、各スキャンのデータを異なるπSで一緒に表示します。センサーの測定角度（˚S）を角度または回転（˚R）にプロットしたマトリックスブックをプロットしてデータをスティッチします。 注記： インビトロ条件をよりよく表すために、ゴニオフォトメーターがIOLより上になるようにSLSPプラットフォームを逆転させることができ、IOLは温度制御された生理食塩水浴の内部に置く。しかし、これらの状態では、センサが位置から位置へ移動され、媒体を移動させるときに、生理食塩水の動きを考慮に入れるためにセンサ滞留時間をかなり長くする必要がある。 </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Walker, B. N., James, R. H., Calogero, D., Ilev, I. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+full-angle+scanning+light+scattering+profiler+to+quantitatively+evaluate+forward+and+backward+light+scattering+from+intraocular+lenses.">A novel full-angle scanning light scattering profiler to quantitatively evaluate forward and backward light scattering from intraocular lenses.</a> Rev. Sci. Instrum. 86 (9), (2015).</li><li>Vandenberg, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+relation+between+glare+and+straylight.">On the relation between glare and straylight.</a> Doc. Ophthalmol. 78 (3-4), 177-181 (1991).</li><li>De Hoog, E., Doraiswamy, A. <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+the+impact+of+light+scatter+from+glistenings+in+pseudophakic+eyes.">Evaluation of the impact of light scatter from glistenings in pseudophakic eyes.</a> J. Cataract. Refract. Surg. 40 (1), 95-103 (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Global Intraocular Lens Market 2013-18: Industry Nanotechnology Analysis, Size, Share, Strategies, Growth, Trends and Forecast Research Report. , (2013).</li><li>Congdon, 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=Prevalence+of+cataract+and+pseudophakia/aphakia+among+adults+in+the+United+States.">Prevalence of cataract and pseudophakia/aphakia among adults in the United States.</a> Arch. Ophthalmol. 122 (4), 487-494 (2004).</li><li>Mester, 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=Impact+of+Personality+Characteristics+on+Patient+Satisfaction+After+Multifocal+Intraocular+Lens+Implantation:+Results+From+the+&amp;#34;Happy+Patient+Study&amp;#34.">Impact of Personality Characteristics on Patient Satisfaction After Multifocal Intraocular Lens Implantation: Results From the &amp;#34;Happy Patient Study&amp;#34.</a> J. Refractive Surg. 30 (10), 674-678 (2014).</li><li>Ferrer-Blasco, T., Montes-Mico, R., Cervino, A., Alfonso, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Light+Scatter+and+Disability+Glare+After+Intraocular+Lens+Implantation.">Light Scatter and Disability Glare After Intraocular Lens Implantation.</a> Arch. Ophthalmol. 127 (4), 576-577 (2009).</li><li>Landry, R. J., Ilev, I. K., Pfefer, T. J., Wolffe, M., Alpar, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterizing+reflections+from+intraocular+lens+implants.">Characterizing reflections from intraocular lens implants.</a> Eye. 21 (8), 1083-1086 (2007).</li><li>Kim, D. H., James, R. H., Landry, R. J., Calogero, D., Anderson, J., Ilev, I. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+of+glistenings+in+intraocular+lenses+using+a+ballistic-photon+removing+integrating-sphere+method.">Quantification of glistenings in intraocular lenses using a ballistic-photon removing integrating-sphere method.</a> Appl. Opt. 50 (35), 6461-6467 (2011).</li><li>Portney, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IOL+with+Square-Edged+Optic+and+Reduced+Dysphotopsia.">IOL with Square-Edged Optic and Reduced Dysphotopsia.</a> Optom. Vis. Sci. 89 (2), 229-233 (2012).</li><li>Choi, J., Schwiegerling, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+performance+measurement+and+night+driving+simulation+of+ReSTOR,+ReZoom,+and+Tecnis+multifocal+intraocular+lenses+in+a+model+eye.">Optical performance measurement and night driving simulation of ReSTOR, ReZoom, and Tecnis multifocal intraocular lenses in a model eye.</a> J. Refractive Surg. 24 (3), 218-222 (2008).</li><li>Artigas, J. M., Felipe, A., Navea, A., Carmen Garcia-Domene, M., Pons, A., Mataix, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+scattering+in+intraocular+lenses+by+spectrophotometric+measurements.">Determination of scattering in intraocular lenses by spectrophotometric measurements.</a> J. Biomed. Opt. 19 (12), (2014).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ophthalmic+implants+-+Intraocular+lenses+Part+2:+Optical+properties+and+test+methods.">Ophthalmic implants - Intraocular lenses Part 2: Optical properties and test methods.</a> The International Organization for Standardization (ISO). ISO 11979 (2), (2014).</li></ol>

本書に掲載されている資料に関連する商用製品、そのソース、またはそれらの使用についての記述は、保健福祉省によるそのような製品の実際のまたは黙示的な推奨として解釈されるものではありません。

SLSPプラットフォーム実験の結果から、単純なゴニオフォトメトリの原理を使用すると、独自のIOLデザインや材料に関連する光散乱の特性を評価するための強力なツールが得られることがわかりました。具体的には、SLSPプラットフォームは、検出可能な散乱光の量と光源のビーム直径との間に直接の相関を観察した。さらに、多焦点IOLで見出された複数の散乱ピークは、SLSPで容易に観察され...

走査型光散乱プロファイラ（scanning light scattering profiler、以下、SLSP）アプローチは、非臨床の場面で眼内レンズ（IOL）の光散乱特性を定量的に評価する必要性に対処するために初めて導入されました1 。望ましくない光散乱問題を特定するのに役立つために、IOL設計および材料の光散乱傾向を評価するための試験方法を開発することは、重要な関心事である。光散乱は、患者によって一般的に報告され、眩しさ、輝き、光学的不完全性、および他の形態の不快感として観察され、場合によってはIOL外植片を要求する患者に至る。不快感に加えて、散乱光は弾道光の量を減らし、全体の画質を低下させる3 。入ってくる光を散乱させる（そして臨床的に報告された結果と後で相関付けられる）IOLの可能性を非臨床的に評価することができるデバイスを開発するc有用である。 IOL（白内障手術後にヒト水晶体を置き換えるために使用されるレンズ）の光学特性を評価することは、世界で最も一般的に埋め込まれた医療装置（年間約2,000万人）であり、米国年間5万人） 5 。結果として、不快感を訴える患者のわずかな割合でさえ、大きな影響を及ぼす可能性がある。さらに、急速に向上する技術（ 例えば、新しいIOL設計、材料、光学能力）は、光散乱に関する懸念を増大させる可能性がある。例えば、多焦点IOLは、屈折および回折光学原理を利用するレンズを設計することによって、近見および遠視の視力を改善するように設計されている。非常に成功したが、これらのレンズは、報告されたハローおよびグレアの量を増加させることも見出されており、主に光6の散乱に関連する</sアップ&gt;。 いくつかの非臨床検査研究では、散乱光がIOLを通過する際の障害を予測しようとしている7 。例えば、IOLの触覚（IOLの腕はそれを定位置に設定するのに使用された）とIOLのエッジは、観察されるグレア散乱光の大量を誘発しがちであることを研究によって確認している8 。 1つの方法、弾道光子除去積分球法（BRIM）を導入して、IOL9を通過した後の総非弾道光の量を定量的に測定した。しかしながら、この高感度技術は、散乱光の全強度を測定するように設計されており、散乱光の方向性を識別することができない。コンピュータシミュレーションソフトウェアは、様々なIOL設計および材料からの光散乱の強度および指向性を予測するのを助けるために、モデルアイと共に使用することができる。例えば、IOLエッジがlighを誘導する傾向散乱光10の量を制限する設計を識別するために、散乱をシミュレートした。さらに、Mie散乱理論を組み込んだコンピュータシミュレーションは、光散乱の増加がIOL（画像品質との直接的な相関）の変調伝達関数（MTF）を低減できることを立証した3 。参考になりますが、これらの予測シミュレーションを検証するには、実際のベンチテストが必要です。 予測シミュレーションを検証するためには、散乱光、前方散乱光および後方散乱光の2つの異なる形態を検出し、定量的に評価することができるベンチテストが必要である。不全麻痺の原因ではないが、後方散乱光（眼から散乱する光）は、最終的に網膜に到達するためにIOLを通過する光が少なくなるので、画質が低下する原因となる。眼科医にとって、前方散乱光（網膜に向かって散乱する光）は、眼科医にとって懸念事項であるdysphotopsia（グレア、ハロー、ぎらつきなど）の不満を招くことがあります。 1つの一般的な例は、夜間の運転中に対向車を通過することによる追加の望ましくない眩しさを患者に報告することである。この問題は、特に多焦点IOL11に共通する問題である。しかし、前方散乱光の可能性を確認する現在の方法は、眼科医が患者の眼に光を当て、どの程度の光が後方に反射するか（後方散乱光）を定性的に観察し、後方散乱光が前方散乱光光（必ずしもそうでない） 12 。 ここでは、ゴニオフォトメトリ原理を使用して、眼内レンズを通過する散乱光の大きさおよび方向を定量的に測定するための簡単な試験方法を説明する。 SLSPは、光に曝されるIOLの周りを360度回転させることによって動作するource、 図1a参照。既知の明視野最大値を最もよく表し、国際標準仕様書に合致するように緑色レーザー源（543nm）を選択した13 。ここでは、IOLは、回転および並進ホルダに適合されており、フォトダイオードセンサは、レンズの周りを回り、光の散乱を観察することができる。その結果、SLSPは、散乱光の大きさおよび方向性を定量的に測定する独特の能力を有する。しかし、ここでは説明しませんが、予測能力を高めるには、適切な眼モデルを使用して制御された環境内で実験を実施する必要があります。 IOLと光学センサとの間の距離（およびセンサ素子のサイズ）は、装置の分解能力を決定する。しかし、必要に応じて、調整する必要がある分解能と信号強度の間にトレードオフがあります。 原則を正確に記述するためにSLSPプラットフォームの3つのタイプの回転角度を定義します（ 図1bおよび1c参照） 。具体的には、回転角（˚R）は、IOLを中心に回転するフォトダイオードセンサの回転を表す。ここで、0˚Rはセンサがレンズの後方にある場合（後方散乱光）を表し、180˚Rはセンサがレンズの前方にある場合（前方散乱光）を表します。 90°と270°の角度は、前方散乱光と後方散乱光との間の遷移点を表す。検出角（˚S）は、センサが（上下方向に）旋回され、複数の散乱光面を検出できる程度を表します。ここで、0°Sはセンサー表面がIOL（および光源）に平行であることを意味します。最後に、入射角（˚I）は、光源がIOLから近づく角度を表す。ここで、0°Iは、入射光がIOLの光軸上にあり、90°＆＃730;光源がメリディオナル平面に対して垂直であるときを表す。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>PD300 series Photodiode Sensor</td>
			<td>Ophir-Spiricon Corp</td>
			<td>7Z02410</td>
			<td>PD300-1W, RoHS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>URS Series Precision Rotation Stage</td>
			<td>Newport Corp.</td>
			<td>URS75BCC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ESP301 1-Axis Motion Controller and Driver</td>
			<td>Newport Corp.</td>
			<td>ESP301-1N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabView Software</td>
			<td>National Instruments Corp.</td>
			<td>776671-35</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Origin</td>
			<td>OriginLab Corp.</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Single Mode FC/APC Fiber Optic Patch Cables</td>
			<td>ThorLabs Inc.</td>
			<td>P3-460B-FC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10X Olympus Plan Achromat Objective</td>
			<td>ThorLabs Inc.</td>
			<td>RMS10X</td>
			<td>RMS10X - 10X Olympus Plan Achromat Objective, 0.25 NA, 10.6 mm WD&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

scanning light scattering profiler (slps) based methodology to quantitatively evaluate forward and backward light scattering from intraocular lenses

走査光散乱プロファイラ（SLSP）法は、ゴニオフォトメータ原理を用いた眼内レンズ（IOL）からの前方散乱光および後方散乱光の全角度定量評価のために開発された。このプロトコルは、SLSPプラットフォームと、それがIOL媒体を通過する際の散乱光の強度および位置を記録しながら、IOLサンプルの周りを走査する360°回転光検出器センサをどのように使用するかを記述する。 SLSPプラットフォームは、現在および新規のIOL設計および材料が光散乱を誘発する傾向を非臨床的に予測するために使用することができる。 IOLの光散乱特性の非臨床評価は、望ましくないグレア、ぎらつき、光学的欠陥、劣悪な画像品質、および意図しない光散乱に関連する他の現象に関連する患者の苦情の数を大幅に減らすことができる。今後の研究は、SLSPデータを臨床結果と相関させて、これは、IOL移植に続いて白内障手術を受けた患者にとって、光散乱を測定することが最も問題である。

Goniophotometry測定では、センサが光源面に設置されていない場合、360˚Rの信号を生成することができます。しかし、光源の平面上の散乱光（0˚I）から測定値を収集するには、センサーが光源を逸らす必要があり、結果として360˚R未満の信号が得られます。我々の実験では、センサが光源を覆うにつれて〜20˚Rの信号が遮断されることが確認された。 <p class="jove_content...

Watch this Scientific Journal Video about Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses at JoVE.com

Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

このプロトコルは、ゴニオフォトメーター原理を用いて眼内レンズ（IOL）からの光の前方散乱および後方散乱の全角度定量評価を可能にする走査光散乱プロファイラー（SLSP）について記載している。

眼内レンズからの前方散乱光および後方散乱光を定量的に評価するための走査型光散乱プロファイラ（SLPS）に基づく方法論

The scanning light scattering profiler (SLSP) methodology has been developed for the full-angle quantitative evaluation of forward and backward light ...

scanning-light-scattering-profiler-slps-based-methodology-to

Research

JoVE Journal

Engineering

Scanning Light Scattering Profiler (SLPS) Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

7.5K ビュー.  U.S. Food and Drug Administration. このプロトコルは、ゴニオフォトメーター原理を用いて眼内レンズ（IOL）からの光の前方散乱および後方散乱の全角度定量評価を可能にする走査光散乱プロファイラー（SLSP）について記載している。 

ビデオ: Scanning Light Scattering Profiler SLPS Based Methodology to Quantitatively Evaluate Forward and Backward Light Scattering from Intraocular Lenses

Measuring Spatially- and Directionally-varying Light Scattering from Biological Material

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the milli-scale structure of barbs and barbules largely determines the directional pattern of reflected light; and through the macro-scale spatial structure of overlapping, curved feathers, these directional effects create the visual texture. Milli-scale and macro-scale effects determine where on the organism's body, and from what viewpoints and under what illumination, the iridescent colors are seen. Thus, the highly directional flash of brilliant color from the iridescent throat of a hummingbird is inadequately explained by its nano-scale structure alone and questions remain. From a given observation point, which milli-scale elements of the feather are oriented to reflect strongly? Do some species produce broader "windows" for observation of iridescence than others? These and similar questions may be asked about any organisms that have evolved a particular surface appearance for signaling, camouflage, or other reasons.
In order to study the directional patterns of light scattering from feathers, and their relationship to the bird's milli-scale morphology, we developed a protocol for measuring light scattered from biological materials using many high-resolution photographs taken with varying illumination and viewing directions. Since we measure scattered light as a function of direction, we can observe the characteristic features in the directional distribution of light scattered from that particular feather, and because barbs and barbules are resolved in our images, we can clearly attribute the directional features to these different milli-scale structures. Keeping the specimen intact preserves the gross-scale scattering behavior seen in nature. The method described here presents a generalized protocol for analyzing spatially- and directionally-varying light scattering from complex biological materials at multiple structural scales.

We present a non-destructive method for sampling spatial variation in the direction of light scattered from structurally complex materials. By keeping the material intact, we preserve gross-scale scattering behavior, while concurrently capturing fine-scale directional contributions with high-resolution imaging. Results are visualized in software at biologically-relevant positions and scales.

生物材料からの空間的及び道順変化する光散乱の測定

Light interacts with an organism's integument on a variety of spatial scales. For example in an iridescent bird: nano-scale structures produce color; the ...

工学

Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped crystallites. Neutrons are passed through two well defined regions of magnetic field; one before and one after the sample. The two magnetic field regions have opposite polarity and are tuned such that neutrons travelling through both regions, without being perturbed, will undergo the same number of precessions in opposing directions. In this case the neutron precession in the second arm is said to &#34;echo&#34; the first, and the original polarization of the beam is preserved. If the neutron interacts with a sample and scatters elastically the path through the second arm is not the same as the first and the original polarization is not recovered. Depolarization of the neutron beam is a highly sensitive probe at very small angles (&#60;50&#160;&#956;rad) but still allows a high intensity, divergent beam to be used. The decrease in polarization of the beam reflected from the sample as compared to that from the reference sample can be directly related to structure within the sample.
In comparison to scattering observed in neutron reflection measurements the SERGIS signals are often weak and are unlikely to be observed if the in-plane structures within the sample under investigation are dilute, disordered, small in size and polydisperse or the neutron scattering contrast is low. Therefore, good results will most likely be obtained using the SERGIS technique if the sample being measured consist of thin films on a flat substrate and contain scattering features that contains a high density of moderately sized features (30 nm to 5 &#181;m) which scatter neutrons strongly or the features are arranged on a lattice. An advantage of the SERGIS technique is that it can probe structures in the plane of the sample.

Progress has been made in utilizing spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) as a neutron scattering technique to probe the length-scales in irregular samples. Crystallites of [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester have been probed using the SERGIS technique and the results confirmed by optical and atomic force microscopy.

中性子スピンエコーを使用して放牧発生率散乱を解決し、有機太陽電池材料を調査する

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

Failure Analysis of Batteries Using Synchrotron-based Hard X-ray Microtomography

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent of lithium-ion batteries, researchers have known that the lithium metal anode has the highest theoretical energy density of any anode material. However, rechargeable batteries containing a lithium metal anode are not widely used in consumer products because the growth of lithium dendrites from the anode upon charging of the battery causes premature cell failure by short circuit. Lithium dendrites can also form in commercial lithium-ion batteries with graphite anodes if they are improperly charged. We demonstrate that lithium dendrite growth can be studied using synchrotron-based hard X-ray microtomography. This non-destructive imaging technique allows researchers to study the growth of lithium dendrites, in addition to other morphological changes inside batteries, and subsequently develop methods to extend battery life.

Synchrotron-based hard X-ray microtomography is used to image the electrochemical growth of dendrites from a lithium metal electrode through a solid polymer electrolyte membrane.

シンクロトロンベースのハードX線マイクロトモグラフィーを用いて電池の故障解析

Imaging morphological changes that occur during the lifetime of rechargeable batteries is necessary to understand how these devices fail. Since the advent ...

Measurement of Scattering Nonlinearities from a Single Plasmonic Nanoparticle

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus have potential applications in nonlinear optics, which requires extraordinary optical intensity. One of the most studied nonlinearities in plasmonics is nonlinear absorption, including saturation and reverse saturation behaviors. Although scattering and absorption in nanoparticles are closely correlated by the Mie theory, there has been no report of nonlinearities in plasmonic scattering until very recently. 
Last year, not only saturation, but also reverse saturation of scattering in an isolated plasmonic particle was demonstrated for the first time. The results showed that saturable scattering exhibits clear wavelength dependence, which seems to be directly linked to the localized surface plasmon resonance (LSPR). Combined with the intensity-dependent measurements, the results suggest the possibility of a common mechanism underlying the nonlinear behaviors of scattering and absorption. These nonlinearities of scattering from a single gold nanosphere (GNS) are widely applicable, including in super-resolution microscopy and optical switches. 
In this paper, it is described in detail how to measure nonlinearity of scattering in a single GNP and how to employ the super-resolution technique to enhance the optical imaging resolution based on saturable scattering. This discovery features the first super-resolution microscopy based on nonlinear scattering, which is a novel non-bleaching contrast method that can achieve a resolution as low as l/8 and will potentially be useful in biomedicine and material studies.

Saturable and reverse saturable scattering were discovered in isolated plasmonic particles and adopted as a novel non-bleaching contrast method in super-resolution microscopy. Here the experimental procedures of detecting and extracting nonlinear scattering are explained in detail, as well as how to enhance resolution with the aid of saturated excitation microscopy.

シングルプラズモニックナノ粒子からの散乱非線形性の測定

Plasmonics, which are based on the collective oscillation of electrons due to light excitation, involve strongly enhanced local electric fields and thus ...

Stimulated Stokes and Antistokes Raman Scattering in Microspherical Whispering Gallery Mode Resonators

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres can be thought as a store of energy with a huge variety of applications: compact laser sources, highly sensitive biochemical sensors and nonlinear phenomena. A protocol for the fabrication of both the microspheres and coupling system is given. The couplers described here are tapered fibers. Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS). A proof of the cavity-enhanced phenomenon is given by the lack of correlation among the pump, signal and idler: a resonant mode has to exist in order to obtain the pair of signal and idler. In the case of hyperparametric oscillations (four wave mixing and stimulated anti-stokes Raman scattering), the modes must fulfill the energy and momentum conservation and, last but not least, have a good spatial overlap.

Efficient generation of nonlinear phenomena related to third order optical non-linear susceptibility &#935;(3) interactions in triply resonant silica microspheres is presented in this paper. The interactions here reported are: Stimulated Raman Scattering (SRS), and four wave mixing processes comprising Stimulated Anti-stokes Raman Scattering (SARS).

微小球ウィスパリングギャラリーモード共振器で刺激ストークスとAntistokesラマン散乱

Dielectric microspheres can confine light and sound for a length of time through high quality factor whispering gallery modes (WGM). Glass microspheres ...

Fabrication of White Light-emitting Electrochemical Cells with Stable Emission from Exciplexes

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active layer which consists of blue-fluorescent poly(9,9-di-n-dodecylfluorenyl-2,7-diyl) (PFD) and &#960;-conjugated triphenylamine molecules. This white light emission originates from exciplexes formed between PFD and amines in electronically excited states. A device containing PFD, 4,4&#39;,4&#39;&#39;-tris[2-naphthyl(phenyl)amino]triphenylamine (2-TNATA), Poly(ethylene oxide) and K2CF3SO3 showed white light emission with Commission internationale de l&#39;&#233;clairage (CIE) coordinates of (0.33, 0.43) and a Color Rendering Index (CRI) of Ra = 73 at an applied voltage of 3.5 V. Constant voltage measurements showed that the CIE coordinates of (0.27, 0.37), Ra of 67, and the emission color observed immediately after application of a voltage of 5 V were nearly unchanged and stable after 300 sec.

The authors present a method for fabricating stable white-light-emitting electrochemical cells utilizing emission from exciplexes formed between a blue-emitting fluorene polymer and aromatic amines.

エキシプレックスからの安定した発光と白色発光電気化学セルの作製

The authors present an approach for fabricating stable white light emission from polymer light-emitting electrochemical cells (PLECs) having an active ...

Synchrotron X-ray Microdiffraction and Fluorescence Imaging of Mineral and Rock Samples

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder microdiffraction two-dimensional (2D) maps at beamline 12.3.2 of the Advanced Light Source (ALS), Lawrence Berkeley National Laboratory. Measurements can be performed on any sample that is less than 10 cm x 10 cm x 5 cm, with a flat exposed surface. The experimental geometry is calibrated using standard materials (elemental standards for XRF, and crystalline samples such as Si, quartz, or Al2O3 for diffraction). Samples are aligned to the focal point of the x-ray microbeam, and raster scans are performed, where each pixel of a map corresponds to one measurement, e.g., one XRF spectrum or one diffraction pattern. The data are then processed using the in-house developed software XMAS, which outputs text files, where each row corresponds to a pixel position. Representative data from moissanite and an olive snail shell are presented to demonstrate data quality, collection, and analysis strategies.

We describe a beamline setup meant to carry out rapid two-dimensional x-ray fluorescence and x-ray microdiffraction mapping of single crystal or powder samples using either Laue (polychromatic radiation) or powder (monochromatic radiation) diffraction. The resulting maps give information about strain, orientation, phase distribution, and plastic deformation.

・鉱物及び岩石試料の蛍光を放射光 x 線回折

In this report, we describe a detailed procedure for acquiring and processing&#160;x-ray microfluorescence (&#956;XRF), and Laue and powder ...

Label-Free Imaging of Single Proteins Secreted from Living Cells via iSCAT Microscopy

We demonstrate interferometric scattering (iSCAT) microscopy, a method capable of detecting single unlabeled proteins secreted from individual living cells in real time. In this protocol, we cover the fundamental steps to realize an iSCAT microscope and complement it with additional imaging channels to monitor the viability of a cell under study. Following this, we use the method for real-time detection of single proteins as they are secreted from a living cell which we demonstrate with an immortalized B-cell line (Laz388). Necessary steps concerning the preparation of microscope and sample as well as the analysis of the recorded data are discussed. The video protocol demonstrates that iSCAT microscopy offers a straightforward method to study secretion at the single-molecule level.

We present a protocol for the real-time optical detection of single unlabeled proteins as they are secreted from living cells. This is based on interferometric scattering (iSCAT) microscopy, which can be applied to a variety of different biological systems and configurations.

無料のラベル画像の単一蛋白質細胞から分泌される生活 iSCAT 顕微鏡を介して

We demonstrate interferometric scattering (iSCAT) microscopy, a method capable of detecting single unlabeled proteins secreted from individual living ...

O-cresol Concentration Online Measurement Based On Near Infrared Spectroscopy Via Partial Least Square Regression

Unlike macroscopic process variables, near-infrared spectroscopy provides process information at the molecular level and can significantly improve the prediction of the components in industrial processes. The ability to record spectra for solid and liquid samples without any pretreatment is advantageous and the method is widely used. However, the disadvantages of analyzing high-dimensional near-infrared spectral data include information redundancy and multicollinearity of the spectral data. Thus, we propose to use partial least squares regression method, which has traditionally been used to reduce the data dimensionality and eliminate the collinearity between the original features. We implement the method for predicting the o-cresol concentration during the production of polyphenylene ether. The proposed approach offers the following advantages over component regression prediction methods: 1) partial least squares regression solves the multicollinearity problem of the independent variables and effectively avoids overfitting, which occurs in a regression analysis due to the high correlation between the independent variables; 2) the use of the near-infrared spectra results in high accuracy because it is a non-destructive and non-polluting method to obtain information at microscopic and molecular scales.

The protocol describes a method of predicting o-cresol concentration during the production of polyphenylene ether using near-infrared spectroscopy and partial least squares regression. To describe the process more clearly and completely, an example of predicting the o-cresol concentration during the production of polyphenylene is used to clarify the steps.

部分最小二乗回帰による近赤外分光法に基づくO-クレゾール濃度オンライン測定

Unlike macroscopic process variables, near-infrared spectroscopy provides process information at the molecular level and can significantly improve the ...

Scattering And Absorption of Light in Planetary Regoliths

Theoretical, numerical, and experimental methods are presented for multiple scattering of light in macroscopic discrete random media of densely-packed microscopic particles. The theoretical and numerical methods constitute a framework of Radiative Transfer with Reciprocal Transactions (R2T2). The R2T2 framework entails Monte Carlo order-of-scattering tracing of interactions in the frequency space, assuming that the fundamental scatterers and absorbers are wavelength-scale volume elements composed of large numbers of randomly distributed particles. The discrete random media are fully packed with the volume elements. For spherical and nonspherical particles, the interactions within the volume elements are computed exactly using the Superposition T-Matrix Method (STMM) and the Volume Integral Equation Method (VIEM), respectively. For both particle types, the interactions between different volume elements are computed exactly using the STMM. As the tracing takes place within the discrete random media, incoherent electromagnetic fields are utilized, that is, the coherent field of the volume elements is removed from the interactions. The experimental methods are based on acoustic levitation of the samples for non-contact, non-destructive scattering measurements. The levitation entails full ultrasonic control of the sample position and orientation, that is, six degrees of freedom. The light source is a laser-driven white-light source with a monochromator and polarizer. The detector is a mini-photomultiplier tube on a rotating wheel, equipped with polarizers. The R2T2 is validated using measurements for a mm-scale spherical sample of densely-packed spherical silica particles. After validation, the methods are applied to interpret astronomical observations for asteroid (4) Vesta and comet 67P/Churyumov-Gerasimenko (Figure 1) recently visited by the NASA Dawn mission and the ESA Rosetta mission, respectively.

Numerical and experimental methods are presented for multiple scattering of light in discrete random media of densely-packed particles. The methods are utilized to interpret the observations of asteroid (4) Vesta and comet 67P/Churyumov-Gerasimenko.

惑星レゴリスにおける光の散乱と吸収

Theoretical, numerical, and experimental methods are presented for multiple scattering of light in macroscopic discrete random media of densely-packed ...