Name: agarose-based tissue mimicking optical phantoms for diffuse reflectance spectroscopy
Uploaded: 2018-08-22T14:00:00
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Parte de este trabajo fue apoyado por una subvenciones para Scientific Research (C) de la sociedad japonesa para la promoción de la ciencia (25350520, 22500401, 15 K 06105) y el U.S. ARMY ITC-PAC investigación y desarrollo de proyecto (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).

1. construcción de un sistema convencional de difusa reflectancia y transmitancia Total espectroscópico
Nota: La construcción de los sistemas de medición para los espectros de transmitancia total utilizando una fuente de luz blanca banda ancha, un guía de luz, una lente acromática, una esfera de integración, un sostenedor de la muestra, una fibra óptica y un espectrómetro multicanal y reflectancia difusa. El papel de la trampa de luz es quitar el componente de reflexión especular del e...

El paso más crítico en este protocolo es el control de la temperatura del material base. La temperatura para mantener la materia prima entre 58 y 60 ° C. Si la temperatura es superior a 70 ° C, se produce una desnaturalización de la emulsión de lípidos y de la sangre. Como consecuencia, las propiedades ópticas del fantasma se deteriorarán. Si la temperatura es inferior a 40 ° C, el material base va ser ununiformly gelificado y, así, los agentes de dispersión y absorción de luz a ser heterogénea en el fantas...

Ópticos fantasmas son objetos imitando las propiedades ópticas de los tejidos biológicos y han sido ampliamente utilizados en el campo de la óptica biomédica. Están diseñados para que las propiedades ópticas, tales como dispersión de la luz y coeficientes de absorción, coinciden con los de los tejidos humanos y animales vivos. Fantasmas ópticos se utilizan generalmente para los siguientes propósitos: simulando transporte ligero en tejidos biológicos, un diseño de sistema óptico de reciente desarrollo, evaluación de la calidad y rendimiento de los sistemas existentes, comparando el desempeño de calibración entre los sistemas y validar la capacidad de los métodos ópticos para cuantificar propiedades ópticas1,2,3,4,5. Por lo tanto, sustancias de fácil de conseguir, un proceso de fabricación simple, una alta reproducibilidad y una estabilidad óptica se requieren para hacer fantasmas ópticos.
Varios tipos de fantasmas ópticos con diferentes materiales base como suspensión acuosa6, gelatina gel agarose gel8,9,10,7, gel de poliacrilamida11, resina12, 13,14,15,16y cuarto temperatura de vulcanización silicona17 se han divulgado en la literatura anterior. Se ha divulgado que los geles basados en gelatina y alginato son útiles para ópticos fantasmas con estructuras heterogéneas18. Fantasmas de alginato tienen una conveniente estabilidad mecánica y termal para evaluar efectos de fototérmica como estudios de ablación de láser y basados en láser hipertermia estudios18. Geles de agarosa tienen la capacidad para fabricar estructuras heterogéneas y sus propiedades mecánicas y físicas son estables durante un largo tiempo18. Geles de agarosa de alta pureza con una turbiedad muy baja y una débil absorción óptica. Por lo tanto, las propiedades ópticas de los fantasmas de agarosa fácilmente podrían ser diseñados con la luz adecuada dispersión y absorción de los agentes. Recientemente, se han divulgado como interesantes materiales fantasmas de copolímeros de bloque estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS)19 y cloruro de polivinilo (PVC) geles20 ópticas y técnicas fotoacústica.
Polímero microesferas7,12,21,22, polvo de óxido de titanio1y lípidos emulsiones23,24,25,26 como la leche y lípidos emulsión se utilizan como agentes de dispersión de la luz, mientras que se utilizan como absorbentes de luz tinta negra27,28 y tintes molecular29,30 . Reflectancia difusa de los espectros de la mayoría de los órganos vivos están dominados por la absorción de oxigenada y desoxigenada de la hemoglobina de los glóbulos rojos. Por lo tanto, hemoglobina soluciones31,32 y sangre entera8,9,10,33,36 a menudo se utilizan como absorbentes de luz en el fantasmas de imágenes multiespectrales y espectroscopia de reflectancia difusa.
El método descrito en este artículo se utiliza para crear un fantasma óptico mímico el transporte ligero en tejidos biológicos y caracterizar sus propiedades ópticas. Por ejemplo, se demuestra una dos capas ópticas fantasma mímico propiedades ópticas del tejido de la piel humana. Las ventajas de este método sobre técnicas alternativas son la capacidad para representar los espectros de reflectancia difusa de tejidos biológicos de vida en la región de longitud de onda del infrarrojo cercano, así como la sencillez a disposición, usar fácilmente visible materiales e instrumentos ópticos convencionales. Por lo tanto, los fantasmas de la ópticos de este método será útiles para el desarrollo de métodos ópticos basados en la espectroscopia de reflectancia difusa y las imágenes multiespectrales.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>150-W halogen-lamp light source</td>
			<td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan</td>
			<td>LA-150SAE</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light guide</td>
			<td>Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan</td>
			<td>LGC1-5L1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Integrating Sphere</td>
			<td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td>
			<td>RT-060-SF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Port adapter</td>
			<td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td>
			<td>PA-050-SMA-SF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Light trap</td>
			<td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td>
			<td>LTRP-100-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spectralon white standard with 99% diffuse reflectance</td>
			<td>Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA</td>
			<td>SRS-99-020</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical fiber</td>
			<td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA</td>
			<td>P400-2-VIS-NIR</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Miniature Fiber Optic Spectrometer</td>
			<td>Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA</td>
			<td>USB2000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Achromatic lens</td>
			<td>Chuo Precision Industrial Co.,Ltd, Tokyo, Japan</td>
			<td>ACL-50-75M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Intralipid</td>
			<td>Fresenius Kabi AB, Uppsala, Sweden</td>
			<td>Intralipid 10%</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coffee 
			(Blendy Mocha Blend Regular Coffee)</td>
			<td>Ajinomoto AGF, Inc. Tokyo, Japan</td>
			<td>Unavailable</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Whole blood</td>
			<td>Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Japan</td>
			<td>0103-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Nippon Genetics Co., Ltd, Tokyo, Japan</td>
			<td>NE-AG02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cooking heater</td>
			<td>TOSHIBA CORPORATION Tokyo, Japan</td>
			<td>HP-103K</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

agarose-based tissue mimicking optical phantoms for diffuse reflectance spectroscopy

Este protocolo describe cómo hacer fantasmas de tejido mímico basado en la agarosa y demuestra cómo determinar sus propiedades ópticas utilizando un sistema óptico convencional con una esfera de Ulbricht. Sistemas de medición para la adquisición de los espectros de transmitancia total y reflectancia difusa se construyen con una banda ancha fuente de luz blanca, una guía de luz, una lente acromática, una esfera de integración, un sostenedor de la muestra, una sonda de fibra óptica y un varios canales espectrómetro. Se construye un molde acrílico compuesto por dos piezas rectangulares de acrílico y una pieza de acrílico en forma de U para crear un fantasma epidérmico y un fantasma cutáneo con sangre entera. La aplicación de una solución de sodio ditionito (Na2S2O4) al fantasma cutánea permite al investigador deoxygenate hemoglobina en glóbulos rojos distribuidos en el fantasma cutáneo. El inverso de simulación Monte Carlo con los espectros de transmitancia total medidos por un espectrómetro con una esfera de Ulbricht y reflectancia difusa se realiza para determinar la absorción coeficiente espectro μa(λ) y la reduce la dispersión coeficiente espectro μs' (λ) de cada capa fantasma. Un fantasma de dos capas mímico la reflectancia difusa de los tejidos de la piel humana también es demostrado por llenar para arriba el fantasma epidérmico en el fantasma cutáneo.

La figura 3 muestra los espectros estimados representante del coeficiente de reducción de la dispersión y el coeficiente de absorción para el fantasma epidérmica y dérmica fantasma. Los resultados que se muestran en la figura 3 son los promedios de diez mediciones de espectros de reflectancia y transmitancia. La reducida dispersión coeficiente μs' tiene un espectro de dispersión amplia, exhibi...

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Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

Aquí, demostramos cómo fantasmas ópticos imitan tejido basado en la agarosa se hacen y cómo sus propiedades ópticas se determinan usando un sistema óptico convencional con una esfera de Ulbricht.

Basado en la agarosa tejido imitando fantasmas ópticos para espectroscopia de reflectancia difusa

This protocol describes how to make agarose-based tissue-mimicking phantoms and demonstrates how to determine their optical properties using a ...

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor (IRIS)

Biomolecular Detection employing the Interferometric Reflectance Imaging Sensor IRIS

Biomoleculares de detección utilizando el sensor de reflectancia de imágenes interferométricas (IRIS)

The sensitive measurement of biomolecular interactions has use in many fields and industries such as basic biology and microbiology, ...

Investigación

Bioingeniería

Non-contact, Label-free Monitoring of Cells and Extracellular Matrix using Raman Spectroscopy

Sin contacto, libre de marca Seguimiento de células y matriz extracelular utilizando espectroscopia Raman

Non-destructive, non-contact and label-free technologies to monitor cell and tissue cultures are needed in the field of biomedical research.1-5 However, ...

In vitro Synthesis of Native, Fibrous Long Spacing and Segmental Long Spacing Collagen

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La síntesis in vitro de Espaciado nativo, y colágeno fibroso Long Long segmentaria Espaciado

Collagen fibrils are present in the  extracellular matrix of animal tissue to provide structural scaffolding and  mechanical strength. These native ...

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Revestimientos de grafeno para Implantes Biomédicos

Atomically smooth graphene as a surface coating has potential to improve implant properties. This demonstrates a method for coating nitinol alloys with ...

Construction of a Preclinical Multimodality Phantom Using Tissue-mimicking Materials for Quality Assurance in Tumor Size Measurement

Construcción de un Phantom multimodalidad preclínicos Utilización de los materiales de tejidos que imitan para la Garantía de la Calidad en la medida del tamaño del tumor

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Multimodal Imaging and Spectroscopy Fiber-bundle Microendoscopy Platform for Non-invasive, In Vivo Tissue Analysis

Multimodal Imaging and Spectroscopy Fiber-bundle Microendoscopy Platform for Non-invasive, In Vivo Tissue Analysis

Multimodal de imágenes y la Plataforma Microendoscopy Espectroscopia de fibra paquete para no invasiva,<em&gt; En Vivo</em&gt; Análisis de Tejidos

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Fabricación de Aorta Abdominal hidrogel de tejido imitando fantasmas para la validación de la elastografía de ultrasonido

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To obtain a comprehensive understanding of the human brain, utilization of cerebral blood flow (CBF) as a source of contrast is desired because it is a ...