Name: agarose-based tissue mimicking optical phantoms for diffuse reflectance spectroscopy
Uploaded: 2018-08-22T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy at JoVE.com

En del av detta arbete stöddes av ett bidrag för Scientific Research (C) från japanska samhälle för befordran av vetenskapen (25350520, 22500401, 15 K 06105) och US-armén ITC-PAC forskning och utvecklingsprojekt (FA5209-15-P-0175, FA5209-16-P-0132).

1. byggande av en konventionell diffus reflektans och totala transmittans spektroskopiska System
Obs: Konstruera mätsystemen för diffus reflektans och totala transmittans spectra använder bredband vit ljuskälla, en ljus guide, en akromatisk lins, en integrerande sfär, en provhållare, en optisk fiber och en flerkanalig spektrometer. Ljusfällan roll är att ta bort komponenten speglande reflexion från reflektans spektrumet. Provhållaren av den integrerande sfären består av en monterings...

Det mest kritiska steget i detta protokoll är temperaturkontroll av grundmaterialet. Temperaturen till upprätthålla grundmaterialet varierade från 58 till 60 ° C. Om temperaturen är högre än 70 ° C, sker en denaturering av både lipid emulsionen och i helblod. Som en följd kommer att de optiska egenskaperna av Fantomen försämras. Om temperaturen är mindre än 40 ° C, grundmaterialet kommer vara ununiformly geléartad och, således, ljus spridning och absorption agenterna fördelas heterogeneously i Fantomen...

Optiska phantoms är objekt som imiterar de optiska egenskaperna av biologisk vävnad och har använts i fältet biomedicinsk optik. De är utformade så att de optiska egenskaperna, såsom ljusspridning och absorption koefficienter, matcha med de av levande människors och djurs vävnader. Optiska phantoms är vanligen används för följande ändamål: simulera ljus transport i biologiska vävnader, kalibrera ett nyligen utvecklat optiskt systemdesign, utvärdering av kvaliteten och prestandan hos befintliga system, jämföra prestanda mellan systemen, och validera de optiska metoderna förmåga att kvantifiera den optiska egenskaper1,2,3,4,5. Därför krävs lätt att få ämnen, en enkel tillverkningsprocessen, en hög reproducerbarhet och en optisk stabilitet för att göra optiska fantomer.
Olika typer av optiska fantomer med olika basmaterial såsom vattensuspension6, gelatin gel7, agaros gel8,9,10, Polyakrylamidgelen11, harts12, 13,14,15,16, och rummet-temperatur-vulkanisering silikon17 har rapporterats i tidigare litteratur. Det har rapporterats att gelatin - och alginat-baserade geler är användbara för optisk fantomer med heterogena strukturer18. Alginat fantomer har en lämplig mekanisk och termisk stabilitet för att utvärdera photothermal effekter såsom laser ablation studier och laser-baserad hypertermi studier18. Agaros gel har förmågan att fabricera heterogena strukturer och deras mekaniska och fysikaliska egenskaper är stabila för en lång tid18. Hög renhet agaros gel har en mycket låg grumlighet och en svag optisk absorption. Optiska egenskaper av agaros-baserade fantomer kunde därför lätt utformas med lämplig ljus spridning och absorbera agenter. Nyligen, styrenbutadienstyren-eten-buten-typ (SEBS) block sampolymerer19 och polyvinylklorid (PVC) geler20 har rapporterats som intressant phantom material för optiska och photoacoustic tekniker.
Polymer mikrosfärer7,12,21,22, Titan oxid pulver1och lipid emulsioner23,24,25,26 till exempel mjölk och lipid används emulsion som ljusspridning ombud, svart bläck27,28 och molekylär färgämnen29,30 används som ljus absorbenter. Diffus reflektans spektra av mest levande organ domineras av absorptionen av syresatt och syrefattigt hemoglobin i röda blodkroppar. Därför hemoglobin lösningar31,32 och helblod8,9,10,33,36 används ofta som ljus absorbenter i den fantomer för en diffus reflektans spektroskopi och Multispektral avbildning.
Den metod som beskrivs i denna artikel används för att skapa en optisk phantom härma ljus transport i biologiska vävnader och att karakterisera dess optiska egenskaper. Som ett exempel, en två-lager optiska phantom symtom liknande optiska egenskaper av mänsklig hudvävnad demonstreras. Fördelarna med denna metod jämfört med alternativa tekniker är förmågan att representera diffus reflektans spektra av levande biologiska vävnader i den synliga nära infraröda våglängdsområdet, samt enkelheten att göra det, använder lätt tillgängliga material och konventionella optiska instrument. De optiska fantomer som gjorts av denna metod kommer därför användbar för utveckling av optiska metoder baserade på diffus reflektans spektroskopi och Multispektral avbildning.

<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

Detta protokoll beskriver hur man gör agaros-baserade vävnad-härma fantomer och visar hur man bestämma deras optiska egenskaper med ett konventionellt optiskt system med en integrerande sfär. Mätsystem för förvärvet av diffus reflektans och totala transmittans spectra är konstruerade med en bredband ljus källa, en ljus guide, en akromatisk lins, en integrerande sfär, en provhållare, en optisk fiber sond, och en Multi-Channel spektrometer. En akryl mögel bestående av två rektangulära akryl bitar och en U-formad akryl bit är konstruerad för att skapa en epidermal phantom och en dermal fantom med helblod. Tillämpningen av en natrium Ditionit (Na2S2O4) lösning till dermal Fantomen gör det möjligt för forskaren att deoxygenate hemoglobin i röda blodkroppar distribueras i dermal Fantomen. Inversen Monte Carlo-simulering med diffus reflektans och totala transmittans spectra mäts av en spektrometer med en integrerande sfär utförs för att bestämma den absorption koefficient spektrum µen(λ) och den minskad spridning koefficient spektrum µs' (λ) i varje lager phantom. En två-lager fantom härma diffusa reflektansen av mänsklig hudvävnad framgår också av hopar sig epidermal Fantomen på dermal Fantomen.

Figur 3 visar representativa uppskattade spektra av minskad spridning koefficienten och absorptionskoefficienten för epidermal phantom och dermal phantom. Resultaten visas i figur 3 är genomsnitten av tio mätningar av både reflektans och transmittans spektra. Den reducera scattering koefficienten µs' har en bred spridning spektrum uppvisar en högre magnitud på kortare våglängder. Spektral fun...

Watch this Scientific Journal Video about Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy at JoVE.com

Agarose-based Tissue Mimicking Optical Phantoms for Diffuse Reflectance Spectroscopy

Här visar vi hur agaros-baserade vävnad-härma optiska fantomer görs och hur deras optiska egenskaper bestäms med en konventionell optiska system med en integrerande sfär.

Agaros-baserade vävnad härma optiska fantomer för diffus reflektans spektroskopi

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

Biomolekylära Detection anställa interferometriska Sensor Reflektans Imaging (IRIS)

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

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

Beröringsfri, Label-free övervakning av celler och extracellulär matris med Raman-spektroskopi

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

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

In vitro-syntes av Native, Fibrös Lång avstånd och segment Lång avstånd Kollagen

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

Graphene Coatings for Biomedical Implants

Grafen Beläggningar för biomedicinska implantat

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

Konstruktion av en preklinisk Multimodality Phantom Använda Tissue-härma Material för kvalitetssäkring i tumörstorlek Mätning

World Health Organization (WHO) and the Response Evaluation Criteria in Solid Tumors (RECIST) working groups advocated standardized criteria for ...

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 Imaging och spektroskopi Fiber-bunt Microendoscopy plattformen för icke-invasiv,<em&gt; In Vivo</em&gt; Vävnadsanalys

Recent fiber-bundle microendoscopy techniques enable non-invasive analysis of in vivo tissue using either imaging techniques or a combination of ...

Preparation and Characterization of Novel HDL-mimicking Nanoparticles for Nerve Growth Factor Encapsulation

Framställning och karaktärisering av nya HDL-imiterande nanopartiklar för nervtillväxtfaktorkapsling

The objective of this article is to introduce preparation and characterization methods for nerve growth factor (NGF)-loaded, high-density, lipoprotein ...

Fabrication and Characterization of Optical Tissue Phantoms Containing Macrostructure

Tillverkning och karakterisering av optiska vävnad fantomer som innehåller Makrostrukturell

The rapid development of new optical imaging techniques is dependent on the availability of low-cost, customizable, and easily reproducible standards. By ...

Manufacturing Abdominal Aorta Hydrogel Tissue-Mimicking Phantoms for Ultrasound Elastography Validation

Tillverkning av bukaorta Hydrogel vävnad-härma fantomer för ultraljud elastografi validering

Ultrasound (US) elastography, or elasticity imaging, is an adjunct imaging technique that utilizes sequential US images of soft tissues to measure the ...

Cerebral Blood Flow-Based Resting State Functional Connectivity of the Human Brain using Optical Diffuse Correlation Spectroscopy

Cerebral blodflöde-baserade vilotillstånd funktionell anslutning av den mänskliga hjärnan med optisk diffus korrelation spektroskopi

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 ...