Name: laser-induced breakdown spectroscopy: a new approach for nanoparticle's mapping and quantification in organ tissue
Uploaded: 2014-06-18T13:00:00
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1. 생물 샘플 준비 이 연구에서 설명하는 모든 실험은 CECCAPP (리옹, 프랑스) (인증 번호의 LYONSUD_2012_004)의 동물 관리 및 사용위원회에 의해 승인되었으며, 실험은 인증 된 개인 (L. SANCEY, DDPP 인증 번호의 감독하에 실시 하였다 38 05 32). <ol><li> , 가돌리늄 (하나님) 기반의 나노 입자의 100 μmol에 H 2 O의 1 ML을 추가 15 분을 기다린 H 2 O의 100 μL, 80 μL에 HE...

<ol>
	<li>Smith, M. A., Harris, P. L., Sayre, L. M., Perry, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron+accumulation+in+Alzheimer+disease+is+a+source+of+redox-generated+free+radicals.">Iron accumulation in Alzheimer disease is a source of redox-generated free radicals.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 94, 9866-9868 (1997).</li><li>Wang, Y., Zhu, S., Weisman, G. A., Gitlin, J. D., Petris, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conditional+knockout+of+the+Menkes+disease+copper+transporter+demonstrates+its+critical+role+in+embryogenesis.">Conditional knockout of the Menkes disease copper transporter demonstrates its critical role in embryogenesis.</a> PloS one. 7, (2012).</li><li>Reske-Nielson, E., Lou, H. 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Anal. Atom. Spectrom. 21, 19-25 (2006).</li><li>Seeley, E. H., Caprioli, 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=3D+imaging+by+mass+spectrometry:+a+new+frontier.">3D imaging by mass spectrometry: a new frontier.</a> Analytical chemistry. 84, 2105-2110 (2012).</li><li>Pornwilard, M. -. M., Weiskirchen, R., Gassler, N., Bosserhoff, A. K., Becker, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+bioimaging+techniques+of+metals+by+laser+ablation+inductively+coupled+plasma+mass+spectrometry+for+diagnosis+of+fibrotic+and+cirrhotic+liver+disorders.">Novel bioimaging techniques of metals by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry for diagnosis of fibrotic and cirrhotic liver disorders.</a> PloS one. 8, (2013).</li><li>Cremers, D. A., Radziemski, L. 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W., Palleschi, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Laser-Induced Breakdown Spectroscopy: Fundamentals and Applications. , (2006).</li><li>Motto-Ros, V., 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=Mapping+nanoparticles+injected+into+a+biological+tissue+using+laser-induced+breakdown+spectroscopy.">Mapping nanoparticles injected into a biological tissue using laser-induced breakdown spectroscopy.</a> Spectrochimica Acta Part B. , (2013).</li><li>Motto-Ros, V., 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=Mapping+of+native+inorganic+elements+and+injected+nanoparticles+in+a+biological+organ+with+laser-induced+plasma.">Mapping of native inorganic elements and injected nanoparticles in a biological organ with laser-induced plasma.</a> Applied Physics Letters. 101, (2012).</li><li>Mignot, 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+top-down+synthesis+route+to+ultrasmall+multifunctional+Gd-based+silica+nanoparticles+for+theranostic+applications.">A top-down synthesis route to ultrasmall multifunctional Gd-based silica nanoparticles for theranostic applications.</a> Chemistry. 19, 6122-6136 (2013).</li><li>Lux, F., 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=Ultrasmall+rigid+particles+as+multimodal+probes+for+medical+applications.">Ultrasmall rigid particles as multimodal probes for medical applications.</a> Angew Chem Int Ed Engl. 50, 12299-12303 (2011).</li></ol>

생체 시료에 적용,이 기술은 다른 장기에 주입 하나님 기반의 나노 입자에서 하나님과시의 매핑 및 정량, 즉, 화학적 이미징을 할 수 있습니다. 주 중요한 설정에서 레이저의 특성 (파장, 펄스 에너지, 초점, 안정성)의 제어가 정확하고 미세 조직 제거 (즉, 매핑 해상도)뿐만 아니라 감도 중요합니다. 높은 에너지에서 작업하는 것은 더 나은 감도를 제공하지만 불행하게도 성능이 저하 ...

생물학적 응용 프로그램에 대한 나노 입자의 넓은 개발은 생체 시료에서의 정량화 및 이미징을위한 분석 기술의 병렬 개선을 촉구했다. 보통 기관에서 나노 입자의 검출 및 맵핑은 형광 또는 공 초점 현미경에 의해 만들어집니다. 불행하게도 이러한 방법은 특히 소수성으로 인해 매우 작은 나노 입자, 나노 입자의 생체 내 분포를 수정할 수있는 근적외선 염료에 의한 나노 입자의 라벨을 필요로합니다. 표지 나노 입자, 특히 매우 작은 나노 입자 (크기 &lt;10 nm의)의 검출, 따라서 몸 전체 규모에서뿐만 아니라 조직 및 세포 수준에서 자신의 생체 분포를 방해 할 수 있습니다. 모든 표시하지 않고 나노 입자를 검출 할 수있는 새로운 장치의 개발은 자신의 행동과 반응 속도의 연구를위한 새로운 가능성을 제공합니다. 또한, 뇌에서 철과 구리 등의 미량 원소의 역할은 질병을알츠하이머 1, 멘 케스, 3, 또는 윌슨과 같은 D 퇴행성 신경 질환은 조직에서 이러한 요소를 연구하고 지역화 관심을 제안한다. 다양한 기술은 다양한 재료의 원소 맵핑 또는 마이크로 분석을 제공하기 위해 사용되어왔다. 2006 년에 출판 된 자신의 리뷰 논문에서, R. Lobinski는 등. 생물 환경, 분석 과학 5에 대한 가장 도전적인 환경 중 하나의 원소 미량에 해당하는 표준 기술에 대한 개요를 제공했다. 원소 농도가 충분하다면 투과형 전자 현미경에서의 에너지 분산 형 X 선 마이크로 분석 이루어져 전자 마이크로 프로브는, 수많은 연구에 적용 할 수있는 (&gt; 100-1,000 ㎍ / g). 낮은 검출 한계에 도달하기 위해, 다음과 같은 기술이 사용되었다 : <ul><li> 사용하는 이온 빔 마이크로 프로브 입자에 의한 X-선 방출 μ-PIXE (1-10 ㎍ / g) 6 </li><li> SYN방사선 미량에게 μ-SXRF을 chrotron (0.1-1 ㎍ / g) 7 </li><li> 이차 이온 질량 분석법은 SIMS (0.1 ㎍ / g) 8 </li><li> 레이저 어블 레이션이 유도 (아래 0.01 ㎍ / g에) LA-ICP-MS 9,10에게 질량 분석기를 결합 </li></ul> Lobinski 등으로부터 추출 표 1에 나타낸 바와 같이 전술 한 기술은 마이크로 미터의 해상도를 제공한다. 직렬 2D 조사의 3D 재건은 깊은 조직 (11)의 재건을 위해 제안 할 수있다. 그러나, 모든 장치와 시스템은 모두 매우 고가의 장비에 적당한 자격을 갖춘 전문가, 그리고 오래 지속되는 실험 (μ-SXRF에 대한 × 100 μm의 100 μm의 LA-ICP-MS에 대한 X 10mm 10mm에 대한 일반적으로 4 개 이상의 시간을 필요로 ) 12. 모두 이러한 요구 사항은 미량 원소는 매우 규제 및 종래의 광 이미징 시스템과 호환 확인형광 현미경 또는 비선형 현미경. 우리가 여기에서 언급 할 또 다른 점은 정량적 측정 기능은 아직 매우 제한적이며, 매트릭스 일치 실험실 수준의 가용성에 따라 달라집니다 것입니다. 산업 공정, 지질학, 생물학 및 응용 프로그램의 다른 영역에있는 원소 미량의 사용으로 더욱 일반화 중요한 개념 및 기술 혁신을 생성합니다. 본 논문의 목적은 기존의 광학 현미경과 완벽하게 호환 탁상 기기로 생체 조직에서의 원소 정량 매핑 (또는 원소 미량)을위한 솔루션을 제안하는 것입니다. 우리의 접근 방식은 레이저 유도 분석 분광법 (LIBS 기술)을 기반으로합니다. LIBS에서, 레이저 펄스가 물질의 파괴 및 불꽃을 생성하도록 또한 샘플에 집중된다. 플라즈마에서 방출 된 원자 방사선이어서 분광계에 의해 분석된다 elemen타르 농도는 13, 14, 미리 수행 교정 측정으로 검색 할 수 있습니다. LIBS의 장점은, 컴팩트, 아주 기본적인 샘플 준비, 샘플과 접촉, 즉각적인 반응과 정확하게 지역화 (마이크로) 표면 분석의 부재 (거의 모든 요소에 대한 ㎍ / g) 감도 있습니다. 조직의 레이저 어블 레이션 세세하게 함께 ㎍ / g 범위 15,16 감도와 높은 공간 해상도로 매핑을 수행하도록 제어 될 수 있어야하기 때문에, 조직 화학적 이미징 애플리케이션 도전 남아있다. 이러한 솔루션을 통해 추적기 또는 라벨링 대리인의 특별 수당은 생체 조직에서 자신의 네이티브 환경에서 직접 무기 원소를 검출 허용하는, 필요하지 않습니다. 우리 연구실에서 개발 LIBS 악기 수 0.1 mM의 16에 해당하는 35 ㎍ / g 이하 하나님에 대한 추정 감도 100 μm의에 뒤 떨어지는 현재의 해상도를 제공합니다큰 샘플의 매핑 (&gt; 1cm 2) 30 분 이내. 또, 제 소프트웨어는 데이터의 수집 및 악용을 용이하게한다. 이 악기는 가돌리늄의 조직 분포를지도를 감지하고 정량화하는 데 사용됩니다 (하나님) 기반의 나노 입자 17 - 작은 동물에서 신장 종양 샘플에서 18, 1 입자의 정맥 주사 후 시간 24 (크기 &lt;5 nm의) . 이러한 철, 칼슘, 나, 그리고 P와 같은 본질적으로 생체 조직에 포함 된 무기 요소는, 또한 감지 군데되었습니다.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="747">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Laser nanosecond Nd:YAG</td>
			<td style="width:129px;">Quantel</td>
			<td style="width:119px;">Brillant</td>
			<td style="width:283px;">5ns pulse witdh, wavelength 1064 nm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spectrometer</td>
			<td>Andor Technology</td>
			<td>Shamrock 303</td>
			<td>with 1200 l/mm blazed at 300 nm grating</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Detector ICCD</td>
			<td>Andor Technology</td>
			<td style="width:119px;">Istar</td>
			<td>2 ns temporal resolution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">LIBS Unit</td>
			<td style="width:129px;">ILM</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Homemade Instrumentation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;"></td>
			<td style="width:129px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Gd-based nanoparticles</td>
			<td style="width:129px;">Nano-H</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>particles</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">HEPES</td>
			<td style="width:129px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">H4034</td>
			<td>for particle&#39;s dilution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CaCl2</td>
			<td style="width:129px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">21108</td>
			<td>for particle&#39;s dilution</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">NaCl</td>
			<td style="width:129px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">S5886</td>
			<td>for particle&#39;s dilution</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">mice</td>
			<td style="width:129px;">Charles River</td>
			<td style="width:119px;">depending of animal breeding</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">isoflurane</td>
			<td style="width:129px;">Coveto / Virbac</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>for anaesthesia - Isofluranum</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">isopentane</td>
			<td style="width:129px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">59060</td>
			<td>to froze the sample&#160; slowly</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">liquide nitrogen</td>
			<td style="width:129px;">Air Liquide</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>to cool down the isopentane</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">cryostat</td>
			<td style="width:129px;">Leica</td>
			<td style="width:119px;">CM-3050S</td>
			<td>to slide the samples</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">petri dishes</td>
			<td style="width:129px;">Dutscher</td>
			<td style="width:119px;">353004</td>
			<td>to stick the sample</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

laser-induced breakdown spectroscopy: a new approach for nanoparticle's mapping and quantification in organ tissue

레이저 유도 플라즈마 방출 분광법은 생물학적 시료의 원소 분석에 적용되었다. 레이저 유도 분석 분광법 (LIBS) 설치류 조직의 얇은 섹션에서 수행 : 신장 종양, 수 등 (I) 나, 칼슘, 구리, 마그네슘, P, 및 철, 체내에서 자연적으로 존재하고 무기 원소의 검출 (II)시와 하나님은 가돌리늄 기반의 나노 입자의 주사 후 발견했습니다. 동물은 입자의 정맥 내 주사 후 1 내지 24 시간을 안락사시켰다. 샘플의 2 차원 스캔, 적외선, 레이저 빔이 가로 해상도 미만 100 μ m로 표면을 탐험 허용 동력 마이크로 미터 차원 단계를 사용하여 수행 하였다. 기관 내부의 하나님 요소의 정량 화학 이미지는 서브 밀리미터 감도를 얻었다. LIBS는 특정 labeli없이 무기 물질의 분포를 연구하는 간단하고 강력한 방법을 제공NG. 원소 분자, 또는 휴대 : 또한, 표준 광학 현미경과 설치의 호환성은 응답의 종류와 같은 생체 조직의 여러 이미지를 제공하기 위해 잠재력을 강조한다.

도 1의 Nd 빔에서와 같이 1064 ㎚의 파장에서 근본적인 YAG 레이저는 50mm의 초점 거리의 렌즈를 석영으로 조직 절편에 수직으로 아래로 집중되었다. 펄스 에너지는 4 엠제이 및 반복률 10 Hz에서였다. 공기 플라즈마의 생성을 방지하기 위해, 레이저 빔은 샘플의 표면 아래에 100 μM의 주위에 집중 하였다. 공기 플라즈마는이 상태에서 관찰되지 않았다. 실험하는 동안, 샘플 (단발)에 단지 하?...

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Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

레이저 유도 내역 분광학 : 장기 조직에 나노 입자의 매핑 및 정량을위한 새로운 접근

얇은 기관 및 종양 조직에서 수행 레이저 유도 분석 분광법을 성공적으로 하나님 기반의 나노 입자에서 발행 자연 요소와 인위적으로 주입 가돌리늄 (하나님을) 발견되었습니다. 화학 원소의 이미지는 100 μm의 양적 서브 밀리미터 감도의 해상도에 도달했습니다. 표준 광학 현미경과 설치의 적합성은 같은 생체 조직의 여러 이미지를 제공하기 위해 잠재력을 강조한다.

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Research

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Engineering

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울트라 낮은 온도에서 각도 - 해결 Photoemission 분광법

The physical properties of a material are defined by its  electronic structure. Electrons in solids are characterized by energy (&omega;)  and momentum ...

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고체 산화물 연료 전지의 전극 표면을 탐색 및 매핑

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The integration of low-temperature scanning-probe techniques and single-electron capacitance spectroscopy represents a powerful tool to study the ...

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