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

Kan örnekleri ile deneyler, ilgili yasa ve kurumsal kurallarına uygun olarak yapılmıştır. Numuneler edinilen ve kurumda klinik testlerde işlenen olmuştu artık kan örnekleri vardı. 1. PT-AS Optik Kur NOT: Bir ilk PT-AS kurulumu için boş bir mikro-kapiller tüp kullanabilirsiniz. <ol><li> sırasıyla, 200 ve 330 um, iç ve dış çaplara sahip boş mikro kapiller tüp ve bir kılcal tüp armatürü daha büyük 5 ~ daha cm uzunluğunda monte edin. Ticari olarak temin edilebilen lif fikstür tüp fikstür olarak kullanılabilir. </li><li> Güvenli kılcal tüp aydınlatmak için, ışık kaynağını soruşturma, yani 650 nm lazer pointer çapa. Sonda kiriş kılcal boru daha büyük olmalıdır. Açısal periyodik desen gözlemlemek için kılcal boru arkasında bir ekran (örneğin, beyaz kağıt) yerleştirin. </li><li> Algılama parçası için, doğrudan Scatt yakalamak için bir web kamerası herhangi lensleri çıkarındesen ering. Prob ışını yönüne 25-35 ° &#39;lik bir açı ile kılcal boru arkasında kamerası yerleştirin. Kılcal boru tarafından üretilen açısal periyodik desen dedektörü (Şekil 1) ile ölçülebilir emin olun. görüntü sensörü düzgün konumlandırılmış görüntü sensörünün ortasında açısal periyodik desen gözlemlemek. </li><li> kılcal tüp aydınlatmak için bir 532-nm PT uyarma ışık kaynağı yerleştirin. sürece PT uyarma ışık kılcal tüp prob ışını ile örtüşür ve doğrudan dedektör bulmuyor olarak, herhangi bir açıda PT ışık kaynağını yerleştirin. o RI büyük bir değişikliğe yol açar tipik olarak yüksek optik gücünü kullanarak kan örnekleri PT uyarma, PT-AS duyarlılık geliştirir. <ol><li> Kullanılan PT uyarma ışık kaynağının en yüksek optik gücünü kullanın. Buna ek olarak, PT uyarma ışık kılcal tüp prob ışık örtüşür emin olun. PT uyarma ışık demeti boyutu kullanınen az iki kez prob ışık o tüm prob hacmi ısıtmak için. </li></ol></li><li> 532-nm ışığı bloke ve sadece 650-nm prob ışığı ölçmek için dedektör önünde uzun geçiren filtre yerleştirin. </li><li> kılcal tüp aydınlatıcı önce PT uyarma ışık yolunda bir optik helikopteri takın. Optik kıyıcı PT uyarma ışık yoğunluğunu modüle etmek için kullanılır. </li></ol> 2. Kan Numune Hazırlama <ol><li> etilendiamintetraasetik asit kan örnekleme tüpleri içine anemik durumda taze tam kan 6 ml çizin ve iyi örnekleri karıştırın. Başka hiçbir işlem gereklidir. </li><li> pıhtılaşmasını önlemek için çıkarıldığı 24 saat içinde PT-AS sensörü kullanılarak kan örnekleri ölçün. </li></ol> 3. PT-AS Ölçüm Protokolleri <ol><li> ölçmek için bir kan örneği ile, bir mikro-kapiller tüp yükleyin. Kan S içine tüp yerleştirme kılcal etki aracılığıyla kanla kılcal tüp doldurunbol. ölçüm için gerekli olan minimum numune hacmi kılcal tüpün iç çapı ve sonda kiriş boyutu tarafından belirlenir. <ol><li> 200 um arasında bir iç çapa sahip bir tüp çalıştırmak. Prob ışını boyutu ölçümü&gt; 63 nl bir numune hacmi ile yapılabilir düşündüren, Örnek sonuçları 2 mm idi. </li></ol></li><li> fikstür belirlenen pozisyonda kılcal tüp monte edin. </li><li> Kan yüklü mikro-kapiller tüp aydınlatmak için 650 nm prob Lazer açın. açısal periyodik desen kamerası ile dikkat edilmelidir. </li><li> tüp aydınlatmak için 532 nm PT uyarma Lazer açın. </li><li> 2 Hz PT uyarma ışık yoğunluğunu modüle optik helikopter çalıştırın. NOT: Bu çalışma koşulunda seçimi için gerekçe tartışma ve Kim et al açıklanmaktadır. 12. <ol><li> Optik kıyıcı motor kafası düzeneğinde bir kıyıcı tekerlek monte edinsistemi. </li><li> kıyıcı kontrol kutusu açın ve modülasyon frekansını ayarlamak için konsoldaki kontrol düğmesini kullanın. </li><li> Kontrol düğmesini kullanarak helikopteri çalıştırın. </li></ol></li><li> MPEG-4 (mp4) formatında 5 saniye web kamerası aracılığıyla dalgalanan saçılma desen kaydedin. </li></ol> 4. Sinyal İşleme NOT: PT-AS sinyal işleme laboratuvar tarafından geliştirilen MATLAB kodu kullanılarak gerçekleştirildi. <ol><li> görüntüleri ayıklamak için video dosyasını yükleyin. Her görüntü için, dikey doğrultu boyunca piksel değerlerinin ortalamasını hesaplayarak ortalama dağılma modeli elde [temsili bir görüntü için şekil 2 (a) &#39;e bakınız] [Şekil 2 (b, c)]. </li><li> Fourier ortalama saçılma desen dönüşümü değerlendirmek ve tepe mekansal frekansta faz hesaplamak. tüm kaydedilmiş tüm görüntüleri kare için bu işlemleri gerçekleştirmek. </li><li> tüm görüntüleri elde edilen faz değerlerini kullanarak, zamansal faz arsadalgalanma [Şekil 2 (d)]. faz PT modülasyon frekansı dalgalanır unutmayın. Fourier modülasyon frekansında büyüklüğünü zaman alanında faz dalgalanma dönüşümü ve elde atın. Bu sinyal, PT-gibi sinyal olarak adlandırılır [Şekil 2 (e)]. </li><li> içine PT-gibi sinyal dönüştürerek bir kan örneğinin [Hb] ölçün Protokol 5&#39;de elde edilen kalibrasyon eğrisi kullanılarak [Hb] gelir. </li></ol> 5. PT-AS Kalibrasyon <ol><li> (- 18 g / dL, örneğin 0) [Hb] eşit PT-AS sensörün algılama aralığında dağıtılan değerlerine sahip olan, kan örnekleri hazırlayın. </li><li> Kalibrasyon önce bir referans hematoloji analizörü kullanarak numunelerin [Hb] değerleri ölçmek. Örneklerin PT-AS sinyalleri ölçün. </li><li> experimenta kalibrasyon en küçük kareler uygun doğrusal gerçekleştirerek PT-AS sinyaline [Hb] ilişkin eğri, [hemoglobin] = A [PT-AS Sinyali] + B, türetmekl sonuçlanır. Tablo 1&#39;de belirtilen çalışma koşulları için, [Hb] ve PT-AS sinyali arasındaki ilişki [Hb] olduğu saptanmıştır = 5.13 [PT-AS sinyali] - 0.09. doğrusal uyum gerçekleştirmek için MATLAB kodu kullanın. </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.

PT-AS sensörü işlenmemiş kan örneklerinin direkt [Hb] ölçüm yapabilen bir all-optik yöntem temsil eder. yöntem eritrositler hemoglobin moleküllerinin içsel PT yanıtını kullanarak kanda [Hb] rakamlarla. 532-nm ışık ile aydınlatma altında, Hb molekülleri ışık enerjisini emer ve ısı üretirler. Elde edilen sıcaklık yükselmesi kan örneği RI değiştirir. BSI yüksek RI duyarlılığı kanda bu RI değişimi ölçmek için istismar edilmiştir. Daha önce, PT-sensör piyasada ticari [Hb] sensö...

Bir kan testi yaygın genel insan sağlığını değerlendirmek ve belirli hastalıklarla ilgili Biyobelirteçleri tespit etmek için yapılır. Örneğin, kandaki kolesterol konsantrasyonu yakından kalp damar hastalıkları ve pankreatit ile ilgilidir, hiperlipidemi için bir kriter olarak hizmet vermektedir. glikoz düzeyi diyabetik ketoasidoz ve hiperglisemik hiperozmolar sendromu gibi komplikasyonlar ile ilişkili olarak kan şekeri içeriği, sık sık ölçülmelidir. sıtma, insan immün yetmezlik virüsü ve edinilmiş bağışıklık yetersizliği sendromu gibi ciddi hastalıklar, kan bulguları ile de teşhis ve eritrosit, trombosit dahil olmak üzere kan bileşenlerinin ölçümü ve lökosit pankreatik ve böbrek hastalıklarının taraması sağlar edilir. Hemoglobin (Hb), kan kritik bir bileşeni, eritrositlerin yaklaşık% 96 yapar, ve insan organlara oksijen taşır. kitle konsantrasyonunun önemli değişiklik ([Hb]) Bana gösterebilirtabolic değişiklikler, hepatobiliyer hastalık ve nörolojik kardiyovasküler ve endokrinolojik bozukluklar 1. [Hb] Bu nedenle rutin kan testleri ile ölçülür. Özellikle, anemik hastalar, diyaliz hastalarında ve hamile kadınlar güçlü bir hayati görev 2 olarak [Hb] izlemek için tavsiye edilir. Çeşitli [Hb] saptama yöntemleri, böylece geliştirilmiştir. Hemoglobin siyanür yöntem olup, [Hb] ölçümü için en yaygın tekniklerden biri, potasyum siyanid (KCN), eritrositlerin 3 lipid ikili katmanı yok etmek için kullanmaktadır. 540 nm civarında kimyasal sergileyen, yüksek emme ile üretilen siyanid hemoglobin; dolayısıyla, [Hb] ölçümleri kolorimetrik analizi ile yapılabilir. Bu yöntem yaygın olarak sadeliği sayesinde istihdam, ancak kullanılan kimyasallar (örneğin, KCN ve dimethyllaurylamine oksit) insanlar ve çevre için zehirli olduğunu. hematokrit Şema total kan vol kıyasla kırmızı kan hücrelerinin hacmi oranını ölçersantrifüjle ayırma yoluyla ume; Ancak bu nispeten büyük bir kan hacmi (50-100 ul), 4 gerektirir. Spektrofotometri yöntemleri tedbir [Hb] kesinlikle herhangi bir kimyasal olmadan, ancak birden fazla dalga boylarına ve büyük bir kan hacminde ölçümler 5,6 gereklidir. Benzer şekilde, [Hb] ölçmek için çeşitli optik yöntemler ışık saçılması dayalı algılama yöntemleri dahil olmak üzere ileri sürülmüştür, ancak ölçüm doğrulukları teorik kan modelinin doğruluğuna kuvvetle bağlıdır. Bu sınırlamaları aşmak için, Hb fototermal (PT) etkisine dayanan [Hb] saptama yöntemleri son zamanlarda 7 ileri sürülmüştür. Ağırlıklı olarak demir oksitler oluşur Hb, 532 nm de ışığı absorbe ve ısı 8-10 içine ışık enerjisini dönüştürür. Bu PT sıcaklık artışı kan örnekleri kırılma indeksi (RI) bir değişimin ölçülmesi optik olarak tespit edilebilir. Yım ve ark. istihdam spektral domain optik koherens reflectometrY, bir kan içeren bölme 11 PT optik yol uzunluk değişimi ölçülür. yöntem kimyasal madde içermeyen ve doğrudan [Hb] ölçüm sağlasa, bir spektrometre kullanımı ve interferometrik düzenleme onun minyatür engelleyebilir. Son zamanlarda, alternatif [Hb] algılama yöntemi sunulmaktadır cihazı minyatürleştirme 12 için daha uygundur verilmedi termal açısal ışık saçılımı (PT-AS) sensör olarak adlandırılan. PT-AS sensörü kılcal tüp içinde bir kan örneğinin RI PT değişiklikleri ölçmek için geri saçılma interferometre (BSI) yüksek UR hassasiyetini patlatır. BSI çeşitli çözümler 13-15 RI ölçmek ve ücretsiz bir çözüm 16 biyokimyasal etkileşimler izlemek için kullanılmıştır. PT-AS sensör BSI gibi benzer optik düzenlemeyi istihdam ancak kan örneklerinde RI PT artışı ölçmek için fototermal uyarma kurulumu birleştirir. BSI ve PT-AS sensörlerin çalışma prensipleri başka yerlerde ayrıntılı olarak tarif edilmiştir <sup&gt; 12,15. PT-AS sensörü geniş bir algılama aralığı (,35-17,9 g / dL) üzerinde yüksek hassasiyetli [Hb] Ölçümü gösterdi ve &lt;100 nl örnek hacimleri ile çalışan yeteneğine sahiptir. kan örneği yok önkoşullanma gereklidir ve ölçüm süresi sadece ~ 5 sn. Burada, deney düzeneği ve detaylı bir ölçüm protokolü tarif edilmiştir. Temsilci PT-AS sonuçları anemik hastalarda kan örnekleri kullanılarak sağlanır ve sonuçlar PT-AS sensörünün doğruluğunu değerlendirmek için bir hematoloji analizörü gelenler karşılaştırılır.

<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

Foto-termal açısal ışık saçılması (PT-AS) kan örnekleri hemoglobin konsantrasyonu ([Hb]) ölçmek için yeni bir optik bir yöntemdir. Hemoglobin moleküllerin içsel fototermal yanıtı temelinde, sensör yüksek hassasiyetli, [Hb] kimyasal içermeyen ölçüm sağlar. [Hb] 0.35 aralığında 0.12 gr / dl sınır ile algılama yeteneği - 17.9 g / dl, daha önce ortaya konmuştur. yöntem kolayca böyle bir lazer pointer ve bir web kamerası olarak ucuz tüketici elektronik cihazları kullanılarak uygulanabilir. Kan kap gibi bir mikro-kapiller tüpün kullanılması da nanolitre ölçekli kan hacmi ve düşük işletme maliyeti Hemoglobin analizi sağlar. Burada, PT-AS optik kurulum ve sinyal işleme işlemleri için ayrıntılı talimatlar sunulmaktadır. Deney protokolleri ve anemi rahatsızlıkları kan örnekleri için temsil edici sonuçları ([Hb] = 5.3, 7.5, ve 9.9 g / dl) da sağlanmıştır, ve ölçümler, bu ileri geri karşılaştırılmıştırma hematoloji analizörü. uygulanması ve operasyonda sadeliği klinik laboratuarlar ve kaynak sınırlı ortamlarda geniş benimsenmesini sağlamalıdır.

Bir hemoglobin tahlil PT-AS sensörü kullanılarak gerçekleştirildi ve onun ölçümler hematoloji analizörü gelenler ile karşılaştırıldı. Deney 1.4 W / cm 2 5 sn PT modülasyonu 2 Hz frekans ve ölçüm süresi bir PT uyarma ışık yoğunluğu ile gerçekleştirilmiştir. Tablo 1 deney koşullarını özetler. Sonda ve PT uyarma ışık demeti boyutları sırasıyla 5,5 ve 2 mm idi. web kamerası 30 fps kare hızında kaydedilen görüntüleri. ö...

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.

Fototermal Eğik ışık saçılımı ile hızlı ve Kimyasal içermeyen Hemoglobin Deneyi

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 Görüntüleme.  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.

mikroakışkan Probe ile Canlı Hücre Katmanlar hızlı Subtractive Desenlendirme

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

Biyomühendislik

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.

Hücre Kültürü Uygulamaları için Hidrojeller Işık aracılı Oluşumu ve Desenlendirme

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.

Biyomedikal Uygulamalar için Biyolojik Tabanlı Akıllı Nano Hidroksiapatit Rapid Mix Hazırlanması

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.

Kinetik Büyüme Testleri için Sıcaklık, Işık ve pH İzleme ile Bir Bench Ölçekli Algal Fotosentetik Biyoreaktörün Kurulması ve Kurulması

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.

Yetişkin kemik iliği türevi hematopoetik kök hücre mühendislik manyetik hedefleme ile kombine etkinleştirmek için hücre içine mikroRNA Transfer için iletişim kuralı

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.

Amip kullanarak bir yansıma tabanlı hızlı bakteriyel virülans tahlil

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.

Genetik Parçaların Hücresiz Sistemlerle Hızlı Karakterizasyonu

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.

Mikrobiyal Kimyasal ve Protein Üretimi için Işık Kontrollü Fermantasyonlar

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.

İn vivo Kombine İki Foton Floresan ve Stimüle Raman Saçılma Mikroskobu ile Biyolojik Dokuların Görüntülenmesi

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.

RNA Düzenlemenin Hızlı Tespiti için Dizilemesiz Bir Yaklaşım

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