Name: controllable nucleation of cavitation from plasmonic gold nanoparticles for enhancing high intensity focused ultrasound applications
Uploaded: 2018-10-05T13:30:00
Duration: 8 min 19 s
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यह कार्य EPSRC ग्रांट EP/J021156/1 द्वारा समर्थित किया गया था । लेखक के लिए एक जल्दी कैरियर Leverhulme फैलोशिप (ECF-2013-247) से समर्थन स्वीकार करना चाहते हैं ।

<ol>
	<li>Ter Haar, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound+focal+beam+surgery.">Ultrasound focal beam surgery.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 21 (9), 1089-1100 (1995).</li><li>Kennedy, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-intensity+focused+ultrasound+in+the+treatment+of+solid+tumours.">High-intensity focused ultrasound in the treatment of solid tumours.</a> Nature Reviews Cancer. 5 (4), 321-327 (2005).</li><li>Rodrigues, D. B., Stauffer, P. R., Vrba, D., Hurwitz, M. 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R., Mezera, M., Morgan, D. E., Frederick, P. J., Yang, E. S., Eltoum, I. E., Grizzle, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Current+and+emerging+clinical+applications+of+multispectral+optoacoustic+tomography+(MSOT)+in+oncology.">Current and emerging clinical applications of multispectral optoacoustic tomography (MSOT) in oncology.</a> Clinical Cancer Research. 22 (14), 3432-3439 (2016).</li><li>Wang, L. V., Hu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+tomography:+in+vivo+imaging+from+organelles+to+organs.">Photoacoustic tomography: in vivo imaging from organelles to organs.</a> Science. 338 (6075), 1458-1462 (2012).</li><li>Cui, H., Yang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+imaging+and+treatment+of+solid+tumor+using+integrated+photoacoustic+imaging+and+high+intensity+focused+ultrasound+system.">In vivo imaging and treatment of solid tumor using integrated photoacoustic imaging and high intensity focused ultrasound system.</a> Medical Physics. 37 (9), 4777-4781 (2010).</li><li>Li, W., Chen, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gold+nanoparticles+for+photoacoustic+imaging.">Gold nanoparticles for photoacoustic imaging.</a> Nanomedicine. 10 (2), 299-320 (2015).</li><li>Lukianova-Hleb, E. 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A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inertial+cavitation+dose+and+hemolysis+produced+in+vitro+with+or+without+Optison.">Inertial cavitation dose and hemolysis produced in vitro with or without Optison.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 29 (5), 725-737 (2003).</li></ol>

लेखक का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

इस प्रोटोकॉल चार अलग वर्गों में विभाजित है, के माध्यम से ऊतक नकल उतार प्रेत के निर्माण का वर्णन उन में CW जोखिम के लिए थर्मल जनित विकार का उत्पादन करने के लिए । प्रेतों के इस विकार HIFU1करने के लिए उजागर नरम ऊतक द्वारा अनुभवी थर्मल उत्पन्न जमावट परिगलन simulates. उनके निर्माण में यह सुनिश्चित करना जरूरी है कि अनुप और TEMED का अनुपात ऐसा हो कि प्रक्रिया भी जल्दी उत्प्रेरित न हो. इस प्रक्रिया के रूप में अमबर है, तेजी से इस दर, उच्च तापमान25 तक पहुंच गया और इस तरह BSA प्रोटीन जोखिम से पहले स्वभाव सकता है । इस प्रोटोकॉल में TEMED करने के लिए ए पी एस का अनुपात इस तरह है कि यह नहीं होना चाहिए सेट किया गया है, लेकिन मोल्ड को आगे इस संभावना को कम करने के लिए जेल के polymerizing के दौरान बर्फ के पानी में रखा जा सकता है ।
इस प्रोटोकॉल के रूप में नैनोकणों के संयोजन के माध्यम से cavitation के nucleation पर केंद्रित है, लेजर रोशनी और HIFU एक्सपोजर, जेल प्रेतों के निर्माण में एक महत्वपूर्ण कदम है उन्हें शूंय के तहत 30 मिनट की एक ंयूनतम के लिए degas । एक बार HIFU को उजागर (विशेष रूप से CW जोखिम), भले ही एक थर्मल घाव मौजूद नहीं था, यह जेल प्रेतों में एक ताजा स्थान को लक्षित करने के लिए मौजूदा नाभिक से बचने के लिए महत्वपूर्ण है । जब कंप्यूटर नियंत्रित अनुवाद प्रणाली का उपयोग कर प्रेत चलती यह सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है कि HIFU ध्यान की गहराई (और इस प्रकार गठबंधन क्षेत्र) लगातार रखा जाता है । यह सुनिश्चित करता है कि HIFU दबाव और लेजर स्तर को प्रभावित प्रत्येक विशिष्ट जोखिम पैरामीटर के लिए समान हैं । इस प्रोटोकॉल के लिए और प्रेत धारक के प्रारंभिक स्थान के बाद, यह तो केवल ऊर्ध्वाधर धुरी में अनुवाद किया है ।
वे एक थर्मल घावों के गठन की निगरानी के लिए एक दृश्य तंत्र प्रदान करते हैं के रूप में तापमान के प्रति संवेदनशील ऊतक नकल करने वाली जैल HIFU अनुसंधान समुदाय25द्वारा व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है । यह अध्ययन उंहें नैनोकणों के साथ संयोजन और नियंत्रित cavitation गतिविधि के माध्यम से घाव गठन करने के लिए प्रदान की वृद्धि का प्रदर्शन करने का पहला उदाहरण था । हालांकि, हालांकि वे ऊतक-नकल उतार तापमान के लिए उनकी प्रतिक्रिया के लिए के रूप में वर्गीकृत कर रहे हैं, दोनों अपने ऑप्टिकल और ध्वनिक क्षीणन नहीं कर रहे हैं । जैल में घाव के गठन की कल्पना करने की आवश्यकता के कारण, प्रेतों के निकट पारदर्शी, एक मामूली पीले रंग के साथ कर रहे हैं । के रूप में लेजर प्रवाह के लिए इस खाते में समायोजित है, इसका मतलब यह है कि लेजर प्रकाश लक्ष्य क्षेत्र रोशन के बजाय प्रसार के रूप में सामांय ऊतक के लिए होगा collimated है । इस प्रकार नैदानिक अनुवाद के लिए अनुमति देने के लिए कई प्रदीप्ति स्रोतों सतह पर पर्याप्त प्रवाह को सुनिश्चित करने की जरूरत होगी । वर्तमान में यह काम त्वचा के संपर्क में आने पर पराबैंगनीकिरण के सुरक्षित उपयोग के लिए दिशानिर्देशों22 का पालन करता है । यह अधिकतम लेजर गहराई से प्राप्त करने के लिए प्रवाह को सीमित करेगा; इस प्रकार, इस तकनीक को शुरू में ऐसे स्तन, या सिर और गर्दन के रूप में सतही कैंसर के इलाज के लिए अनुकूल होगा । इसके अलावा, plasmonic नैनोकणों कैंसर के इन प्रकार के लिए रिसेप्टर्स सतह को लक्षित उपचार में वृद्धि की selectivity प्रदान कर सकता है । हालांकि, भले ही यह अनुसंधान का एक अत्यधिक सक्रिय क्षेत्र है, कोई ऐसी कणों वर्तमान में नैदानिक उपयोग के लिए अनुमोदित कर रहे हैं ।
नैनोकणों के साथ प्रेतों के ध्वनिक क्षीणन 0.7 ± 0.2 डीबी होने के लिए मापा गया था/cm6, और, 3-4 dB के नरम ऊतक के लिए मूल्य के साथ तुलना/ इस प्रकार, इन जैल में HIFU जोखिम से हीटिंग नरम ऊतक में मनाया जाएगा की तुलना में कम होगा । यह दिखा दिया गया है कि जेल के लिए कांच मोती के अलावा क्षीणन कोमल ऊतक25के समान स्तर बढ़ जाती है । हालांकि, इस आवेदन में, इस दृष्टिकोण संभव नहीं है के रूप में इन मोतियों नैनोकणों के अभाव में भी cavitation गतिविधि के लिए एक nucleation स्रोतों कार्य करेंगे, और इस प्रकार cavitation थ्रेशोल्ड misrepresent । जब चोई एट अल द्वारा अध्ययन से परिणामों के साथ के लिए हीटिंग दक्षता की तुलना । (२०१३) 25, थर्मल घावों 14-23 MPa की चोटी दबाव पर्वतमाला में उत्पंन किया गया (यह नहीं कहा गया है अगर यह पीक सकारात्मक या नकारात्मक दबाव था) । इस के रूप में १.१ मेगाहर्ट्ज पर प्रदर्शन किया गया था, प्रेतों में क्षीणन इस अध्ययन में इस्तेमाल से कम था । फिर भी, इस अध्ययन में nanoparticle-nucleated दृष्टिकोण १.१९ से ३.१९ MPa को लेकर दबाव में इन प्रेतों में थर्मल घावों उत्पन्न करने में सक्षम था, इस प्रकार वर्तमान के तरीकों पर एक वृद्धि की क्षमता का प्रदर्शन.
इस पद्धति के लिए भविष्य के परीक्षण में एक vivo मॉडल में ट्यूमर की कमी, ऊतक छिड़काव, नैनोकणों और प्रासंगिक ध्वनिक क्षीणन मापदंडों के आणविक लक्ष्यीकरण शामिल करने के लिए किया जाना चाहिए ।

उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड (HIFU), या ध्यान केंद्रित अल्ट्रासाउंड सर्जरी (FUS), एक गैर-है और गैर इनवेसिव तकनीक है कि चमड़े के नीचे ऊतक1के थर्मल पृथक के लिए प्रयोग किया जाता है । HIFU का मुख्य उपयोग कोमल ऊतक ट्यूमर2के उपचार में है, लेकिन यह अन्य अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा करने के लिए शुरू कर रहा है, इस तरह के उपचार के रूप में अस्थि ट्यूमर3 या तंत्रिका विज्ञान शर्तों4. वहां दो मुख्य कारक है कि क्लिनिक में HIFU के व्यापक उपयोग की सीमा: सबसे पहले, उपचार मार्गदर्शन में कठिनाइयों और दूसरे, लंबे समय से उपचार5बार कर रहे हैं । HIFU, स्पंदित लेजर रोशनी का संयोजन है, और plasmonic गोल्ड nanorods इस विधि द्वारा वर्णित के लिए6HIFU के लिए वर्तमान सीमाओं को दूर करने के लिए एक रास्ता प्रदान कर सकता है ।
HIFU जोखिम के दौरान, ऊतक पृथक के प्रमुख तंत्र थर्मल क्षति है । हालांकि, cavitation गतिविधि भी एक भूमिका8खेल सकते हैं । cavitation गतिविधि है कि HIFU जोखिम के दौरान होता है दोनों यांत्रिक और/या थर्मल मध्यस्थता cavitation से मिलकर कर सकते हैं । यांत्रिक रूप से मध्यस्थता cavitation आमतौर पर ध्वनिक cavitation7, जो आगे या तो गैर inertial या inertial9 व्यवहार के दौर से गुजर बुलबुले के रूप में वर्गीकृत किया जाता है के रूप में संदर्भित किया जाता है । थर्मल मध्यस्थता cavitation गैस जेब के गठन से है, पूर्व समाधान या वाष्पीकरण के माध्यम से, और सामांयतः ' उबलते '10के रूप में जाना जाता है । cavitation गतिविधि, सबसे अधिक सामांयतः inertial cavitation, HIFU एक्सपोजर11 के माध्यम से प्राप्त ताप ताप दरों को बढ़ाने के लिए दिखाया गया है और इस प्रकार अपनी महत्वपूर्ण सीमाओं में से एक को संबोधित करने में मदद । हालांकि, गठन और HIFU जोखिम के दौरान cavitation की गतिविधि अप्रत्याशित हो सकता है और इस तरह के अधिक इलाज क्षेत्रों, या विषम थर्मल पृथक12के रूप में नकारात्मक प्रभाव के लिए नेतृत्व कर सकते हैं । HIFU एक्सपोजर के दौरान cavitation गतिविधि को नियंत्रित करने के लिए, बाहरी नाभिक की शुरूआत की जांच की गई है । इनमें microbubbles13, फेज-शिफ्ट nanoemulsions14 या plasmonic नैनोकणों15का फार्म ले सकते हैं । दोनों microbubbles और nanoemulsions इमेजिंग और बढ़ाया थर्मल ablations के लिए संकेत करने के लिए शोर में सुधार दिखाया गया है । हालांकि, उनके क्षणिक प्रकृति का मतलब है कि वे दोहराया HIFU जोखिम पर सीमित कार्यक्षमता है । HIFU जोखिम के दौरान cavitation गतिविधि की निगरानी या तो सक्रिय या निष्क्रिय cavitation डिटेक्शन (एसीडी या PCD, क्रमशः) का उपयोग किया जाता है । PCD cavitation का पता लगाने के लिए एक इष्ट तकनीक है, क्योंकि यह HIFU एक्सपोजर के साथ समवर्ती प्रदर्शन किया जा सकता है और वर्णक्रमीय सामग्री जानकारी प्रदान करता है । इस वर्णक्रमीय सामग्री तो आगे की मदद cavitation16होने वाली गतिविधि के प्रकार की पहचान करने के लिए विश्लेषण किया जा सकता है । ब्रॉडबैंड ध्वनिक उत्सर्जन का उपयोग किया जाता है, क्योंकि इन उत्सर्जन inertial cavitation10 की उपस्थिति के लिए अद्वितीय है और बढ़ाया HIFU हीटिंग11से जुड़े हुए हैं ।
Photoacoustic इमेजिंग (पै) एक उभरती हुई नैदानिक इमेजिंग तकनीक17है, जो अल्ट्रासाउंड इमेजिंग18के उच्च संकल्प के साथ स्पंदित लेजर उत्तेजना के वर्णक्रमीय selectivity को जोड़ती है । यह पहले HIFU जोखिम19गाइड किया गया है, लेकिन इस इमेजिंग तकनीक लेजर प्रकाश की पैठ गहराई तक सीमित है । Plasmonic गोल्ड नैनोकणों के रूप में कार्य करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ' इसके विपरीत ' एजेंट लेजर प्रकाश के स्थानीय अवशोषण में वृद्धि और बाद में photoacoustic उत्सर्जन20के आयाम । पर्याप्त रूप से उच्च लेजर प्रवाह के लिए, यह सूक्ष्म वाष्प बुलबुले कि उच्च स्थानीयकृत इमेजिंग21के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है की पीढ़ी के कारण संभव है । हालांकि, इन जोखिम का स्तर आम तौर पर22मनुष्यों में लेजर प्रकाश के उपयोग के लिए अधिकतम स्वीकार्य जोखिम सीमा से अधिक है, और इस तरह का उपयोग सीमित है । इस अध्ययन में कार्यरत विधि पहले से पता चला है कि एक साथ दोनों लेजर रोशनी और HIFU, लेजर को प्रभावित करने और ध्वनिक इन छोटे वाष्प बुलबुले nucleate करने की जरूरत दबाव नाटकीय रूप से कम है plasmonic नैनोकणों को उजागर, और इमेजिंग के लिए सिग्नल-टू-शोर अनुपात23बढ़ा है । एक विधि दोनों लेजर और nucleation और वाष्प बुलबुले की गतिविधि के लिए एक उच्च नियंत्रणीय तकनीक के लिए HIFU जोखिम के साथ plasmonic नैनोकणों के संयोजन के लिए यहां वर्णित है ।

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Single Element HIFU transducer</td>
			<td>Sonic Concepts</td>
			<td>H-102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>55dB Power Amplifier</td>
			<td>E&#38;I</td>
			<td>A300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Function Generator</td>
			<td>Keysight Technologies</td>
			<td>33250A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Differential Membrane Hydrophone</td>
			<td>Precision Acoustics Ltd</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TTL Pulse Generator</td>
			<td>Quantum Composers</td>
			<td>9524</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nd:YAG Pulse Laser</td>
			<td>Continuum</td>
			<td>Surelite I-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OPO Plus</td>
			<td>Continuum</td>
			<td>Surelite</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fibre Bundle</td>
			<td>Thorlabs Inc</td>
			<td>BF20LSMA01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Energy Sensor</td>
			<td>Thorlabs Inc</td>
			<td>ES145C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanorods</td>
			<td>Nanopartz</td>
			<td>A12-40-850</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Broadband detector</td>
			<td>Sonic Concepts</td>
			<td>Y-102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 MHz high pass filter</td>
			<td>Allen Avionics</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>40dB preamplifier</td>
			<td>Spectrum GmbH</td>
			<td>SPA.1411</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>14-bit data acquisition card</td>
			<td>Spectrum GmbH</td>
			<td>M4i.4420x8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionised Filtered Water</td>
			<td>MilliQ</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acrylamide/Bis-acrylamide solution</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A9927</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 mol/L TRIS Buffer</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>T2694</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium Persulfate</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A3678</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albumin</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>A7906</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TEMED</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>T9281</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3D printer</td>
			<td>CEL-UK</td>
			<td>Robox</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-axis positioning system</td>
			<td>Zolix</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Microscope</td>
			<td>Dino-lite</td>
			<td>AM4113TL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Water Tank</td>
			<td>Muji</td>
			<td>Acrylic Tank</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Components</td>
			<td>Thorlabs Inc</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optomechanical Components</td>
			<td>Thorlabs Inc</td>
			<td>Various</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BNC Cables</td>
			<td>RS</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desktop PC</td>
			<td>Custom Made</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hotplate Stirrer</td>
			<td>Fisher</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SBench6</td>
			<td>Spectrum GmbH</td>
			<td></td>
			<td>Measurement software</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

controllable nucleation of cavitation from plasmonic gold nanoparticles for enhancing high intensity focused ultrasound applications

इस अध्ययन में, plasmonic गोल्ड नैनोकणों एक साथ ऊतक नकल उतार जेल प्रेतों में cavitation के नियंत्रणीय nucleation के लिए स्पंदित निकट अवरक्त लेजर प्रकाश और उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड (HIFU) के संपर्क में थे । इन विट्रो प्रोटोकॉल में इस दृष्टिकोण की व्यवहार्यता प्रदर्शित करने के लिए विकसित किया गया था, दोनों इमेजिंग और कैंसर के लिए चिकित्सीय अनुप्रयोगों के संवर्धन के लिए. एक ही उपकरण HIFU प्रणाली के जोखिम की अवधि अलग करके दोनों इमेजिंग और चिकित्सीय अनुप्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । कम अवधि के जोखिम के लिए (10 µs), ब्रॉडबैंड ध्वनिक उत्सर्जन सोने नैनोकणों के आसपास inertial cavitation के नियंत्रित nucleation के माध्यम से उत्पंन किया गया । ये उत्सर्जन नैनोकणों के प्रत्यक्ष स्थानीयकरण प्रदान करते हैं । भविष्य के अनुप्रयोगों के लिए, इन कणों आणविक लक्ष्यीकरण एंटीबॉडी के साथ कार्यात्मक हो सकता है (जैसे स्तन कैंसर के लिए विरोधी HER2) और कैंसर क्षेत्रों के सटीक स्थानीयकरण प्रदान कर सकते हैं, नियमित नैदानिक अल्ट्रासाउंड इमेजिंग पूरक । लगातार लहर (CW) जोखिम के लिए, cavitation गतिविधि जेल प्रेतों में बड़ा थर्मल क्षति में जिसके परिणामस्वरूप HIFU जोखिम से स्थानीयकृत हीटिंग को बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया गया था । इन CW जोखिम के दौरान inertial cavitation गतिविधि से उत्पन्न ध्वनिक उत्सर्जन cavitation गतिविधि की प्रतिक्रिया प्रदान करने के लिए एक निष्क्रिय cavitation डिटेक्शन (PCD) प्रणाली का उपयोग कर निगरानी की गई थी । वृद्धि हुई स्थानीयकृत हीटिंग केवल नैनोकणों, लेजर प्रकाश और HIFU के अद्वितीय संयोजन के माध्यम से प्राप्त किया गया था । कैंसर के पूर्व नैदानिक मॉडलों में इस तकनीक के आगे सत्यापन आवश्यक है.

स्पंदित HIFU एक्सपोजर से Cavitation डिटेक्शन
निष्क्रिय cavitation डिटेक्शन सिस्टम के साथ और नैनोकणों के बिना दोनों प्रेतों में HIFU और लेजर जोखिम की सीमा के लिए वोल्टेज/समय डेटा दर्ज की गई । चित्रा 2 जोखिम की एक सीमा के लिए प्रतिनिधि परिणाम से पता चलता है. इन भूखंडों पर समय तराजू जहां ब्रॉडबैंड ध्वनिक उत्सर्जन, इन उत्सर्जन की उड़ान के समय की वजह से उंमीद की जाएगी क्षेत्रों को उजागर करने के लिए काट रहे हैं । चित्रा 2 दर्शाता है कि यह केवल जब वहां नैनोकणों, HIFU जोखिम और लेजर रोशनी का एक संयोजन है कि ब्रॉडबैंड के उत्सर्जन का पता चला रहे है । हालांकि, यह अभी भी एक दहलीज घटना है, के रूप में आंकड़ा 2h ब्रॉडबैंड उत्सर्जन के लिए कम ध्वनिक दबाव का पता नहीं किया गया । इन उत्सर्जन की अवधि आम तौर पर HIFU जोखिम है, जो इस अध्ययन में 10 µs के आसपास था की लंबाई के अनुरूप है ।
स. HIFU एक्सपोजर से थर्मल विकार
3 चित्रा के साथ एक एकल HIFU जोखिम के दौरान यूनिवर्सल सीरियल बस (USB) कैमरे से अधिग्रहीत फ्रेम की एक श्रृंखला से पता चलता है लेजर रोशनी, तीन अलग जोखिम प्रकार के लिए (के साथ/ यह आंकड़ा जेल प्रेतों में इन स्थितियों में से प्रत्येक के लिए थर्मल घावों के गठन का एक उदाहरण से पता चलता है । इस दृश्य में HIFU एक्सपोज़र बाएं से दाएं होती है । चित्रा 3 में दिखाया उदाहरण के लिए पीक नकारात्मक दबाव २.५३ MPa था, जो इस अध्ययन में इस्तेमाल किया गया था की ऊपरी छोर था ।
CW HIFU एक्सपोजर से रिकॉर्डिंग inertial cavitation खुराक (आईसीडी)
चित्रा 4 CW HIFU जोखिम के दौरान दर्ज आईसीडी की गणना से प्रतिनिधि परिणामों से पता चलता है । इस डेटा के बाद जोखिम के दौरान PCD प्रणाली द्वारा दर्ज उत्सर्जन से संसाधित किया गया था । आंकड़े 4a, 4c, और 4e दिखाने के लिए कि एक कम चोटी नकारात्मक दबाव में, कोई ब्रॉडबैंड उत्सर्जन का पता लगाया, जहां आंकड़े 4b, डी, और एफ शो है कि आईसीडी जोखिम भर में दर्ज किया गया था । उच्चतम आईसीडी के संकेतों के दौरान एक जेल में जोखिम दोनों HIFU और लेजर जोखिम (चित्रा 4f) के साथ नैनोकणों से युक्त के दौरान मनाया गया ।
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58045/58045fig1.jpg"> चित्र 1. प्रयोगात्मक इस अध्ययन में प्रयुक्त उपकरण का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व । स्पष्टता के लिए, USB माइक्रोस्कोप और प्रकाश स्रोत छोड़े जाते हैं, लेकिन दृश्य क्षेत्र एक नीले डैश्ड बॉक्स द्वारा सचित्र है । सीएनसी-कंप्यूटर संख्यात्मक नियंत्रण, AuNR-गोल्ड nanorods । चित्रा McLaughlan एट अल से अनुकूलित । (२०१७) 6. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58045/58045fig1large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58045/58045fig2.jpg"> चित्र 2. वोल्टेज अंश का एक उदाहरण के साथ लघु HIFU जोखिम के दौरान निष्क्रिय cavitation का पता लगाने प्रणाली के साथ दर्ज की गई,/साथ लेजर रोशनी के बिना । जब इस्तेमाल किया, लेजर प्रवाह (ए-सी) ३.० , (डी एफ) २.१३ और (जी-i) १.४३ MPa के एक चोटी के नकारात्मक दबाव के साथ २.१ माइकल क्/ LS-लेज़र, NR-नैनोकणों. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58045/58045fig2large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58045/58045fig3.jpg"> चित्र 3. एक HIFU USB माइक्रोस्कोप द्वारा दर्ज की जोखिम के दौरान समय 0, 5, 10 और 15 एस में व्यक्तिगत फ्रेम । लेजर प्रवाह था ३.४ माइकल क्/सेमी2 और पीक २.५३ MPa के नकारात्मक दबाव । अनुक्रम (क) लेजर जोखिम के साथ और नैनोकणों के बिना एक प्रेत में था, (ख) लेजर जोखिम के बिना और एक नैनोकणों युक्त प्रेत में है, और (ग) दोनों लेजर रोशनी और एक नैनोकणों युक्त प्रेत है । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58045/58045fig3large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58045/58045fig4.jpg"> चित्र 4. गणना inertial cavitation खुराक (आईसीडी) जोखिम के दौरान दर्ज (ए, बी, ई, & एफ) के साथ और (सी और डी) लेजर रोशनी के बिना. पीक नकारात्मक दबाव था या तो (ए, सी, एंड ई) ०.९१ या (बी, डी, एंड एफ) २.५३ MPa । (a & b) में प्रयुक्त प्रेत में कोई नैनोकणों शामिल नहीं था । <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58045/58045fig4large.jpg" target="_blank">कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।</a>

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Controllable Nucleation of Cavitation from Plasmonic Gold Nanoparticles for Enhancing High Intensity Focused Ultrasound Applications

यह प्रोटोकॉल जेल प्रेतों में cavitation के नियंत्रणीय nucleation को दर्शाता है, दोनों के पास अवरक्त स्पंदित लेजर प्रकाश और उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड (HIFU) के लिए एक साथ प्रदर्शन के माध्यम से । cavitation गतिविधि तो इमेजिंग और/HIFU के चिकित्सीय उपयोग को बढ़ाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

Plasmonic गोल्ड नैनोकणों से Cavitation के नियंत्रणीय Nucleation उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड अनुप्रयोगों को बढ़ाने के लिए

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) ...

इस विधि में मदद कर सकते है उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड क्षेत्र में महत्वपूर्ण सवालों के जवाब, जैसे लेजर अल्ट्रासाउंड नाभिक कैविटेशन गाइड करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, और भी HIFU कैंसर के उपचार को बढ़ाने के लिए । इस तकनीक का मुख्य लाभ यह है कि नैनो-कणों, हिफू और लेजर रोशनी के संयोजन के माध्यम से, यह इनमें से प्रत्येक तौर-तरीकों की सीमाओं को खुद से पार पा सकता है। नाभिक विधि प्रदर्शित करने के लिए प्रेत का निर्माण।एक ग्लास बीकर में डी-आयनीकृत, डी-गैस्ड, कमरे के तापमान के पानी से शुरू करें। इसके अलावा वॉल्यूम एक्रिलैमाइड/बीआईएस-एक्रिलैमाइड सॉल्यूशन द्वारा 40% वजन तैयार करें। पानी के लिए समाधान जोड़ें, एक बफर के बाद, और अमोनियम persulfate ।एक चुंबकीय उभारकर प्लेट पर स्थित एक वैक्यूम कक्ष के अंदर बीकर रखें। बीकर के लिए एक 40 मिलीमीटर लंबे पीएफई चुंबकीय सरगर्मी बार जोड़ें और मध्यम गति से हलचल। धीरे-धीरे गोजातीय सीरम एल्बुमिन पाउडर जोड़ें।जब किया जाता है, तो वैक्यूम चैंबर को बंद करें और वैक्यूम पंप शुरू करें। लक्ष्य वैक्यूम बनाए रखें और 60 मिनट के लिए सरगर्मी जारी रखें। इसके बाद, वैक्यूम छोड़ें और समाधान के साथ काम करना जारी रखें।प्रेत के लिए नैनोकणों को जोड़ें जिन्हें उनकी आवश्यकता होती है। सभी प्रेत के लिए, उत्प्रेरक जोड़ें। मिश्रण के पांच मिनट के बाद, समाधान को व्यक्तिगत मोल्डों में डालें और 20 मिनट इंतजार करें।यह एक प्रेत का उदाहरण है जो सेट किया गया है और मोल्ड से हटा दिया गया है। प्रयोग में इसका प्रयोग करने की तैयारी है। एक बार प्रेत सेट हो जाने के बाद, डेमोल्ड फैंटम को एयरटाइट कंटेनर में स्टोर करें।एक संरेखण प्रेत का उत्पादन करने के लिए, प्रेत समाधान के साथ शुरू करते हैं। बीकर रखें और एक चुंबकीय उभारकर पर एक वैक्यूम कक्ष में बार हलचल। मध्यम गति से सरगर्मी शुरू, और लक्ष्य वैक्यूम करने के लिए चैंबर पंप।समाधान को पुनः प्राप्त करने के बाद, एक मोल्ड में 25 मिलीलीटर डालें और उत्प्रेरक जोड़ें। प्रेत के केंद्र में एक मिलीमीटर गोलाकार धातु लक्ष्य रखने से पहले 20 मिनट रुको । फिर, मोल्ड में प्रेत समाधान के एक और 25 मिलीलीटर डालना।उत्प्रेरक जोड़ें और एक और 20 मिनट के लिए प्रतीक्षा करें। सेट होने पर, अलाइनमेंट फैंटम एयरटाइट कंटेनर में उपयोग या भंडारण के लिए तैयार है। प्रयोग के लिए सेटअप तैयार करें।इसके लिए, 4.5 लीटर डी-आयनीकृत, डी-गैस्ड पानी के साथ एक ऐक्रेलिक पानी टैंक हो। टैंक के एक छोर पर, एक ध्वनिक अवशोषक रखें। इसके बाद, उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड ट्रांसड्यूसर पर ध्यान दें।यह माउंट और यह सह एक तीन अक्ष माइक्रोमीटर मंच पर ब्रॉडबैंड हाइड्रोफोन गठबंधन है । अब्जॉर्बर का सामना करने के लिए टैंक में ट्रांसड्यूसर और हाइड्रोफोन को पूरी तरह से जलमग्न कर दें। ट्रांसड्यूसर को एक बाधा मिलान सर्किट से कनेक्ट करें जो इसे अपने तीसरे हार्मोनिक पर संचालित करने की अनुमति देगा।यह सर्किट सीधे आरएफ पावर एम्पलीफायर के आउटपुट से जुड़ा हुआ है, जिसके इनपुट के रूप में एक डिजिटल फंक्शन जनरेटर है। समारोह जनरेटर दूर से प्रोग्राम किया जाता है। अंशांकन के बाद, स्थापित करने के लिए एक संरेखण प्रेत प्राप्त करें।प्रेत एक 3 डी मुद्रित धारक में होना चाहिए और एक स्वचालित 3 डी चरण पर घुड़सवार । प्रेत की स्थिति तो चुंबकीय लक्ष्य ट्रांसड्यूसर के अनुमानित फोकल शिखर पर है। अब हाइड्रोफोन को सीधे डाटा एक्विजिशन कार्ड से कनेक्ट करें।संरेखण लक्ष्य को प्रतिध्वनित करने के लिए ट्रांसड्यूसर और हाइड्रोफोन का उपयोग करें। एक तीन माइक्रोसेकंड, 10 चक्र फट भेजें, और कंप्यूटर पर वास्तविक समय में पता लगाया संकेत देखें । उड़ान और सिग्नल आयाम के समय को बदलने के लिए ट्रांसड्यूसर के माइक्रोमीटर चरण को समायोजित करें।उड़ान का समय 85 माइक्रोसेकंड होने के बाद सिस्टम को गठबंधन किया जाता है और सिग्नल आयाम को अधिकतम किया जाता है। इसके बाद, ब्रॉडबैंड हाइड्रोफोन को सीधे पांच मेगाहर्ट्ज हाई-पास फिल्टर से कनेक्ट करें। एक 40-डेसिबल प्री-एम्पलीफायर के माध्यम से सिग्नल भेजें और फिर डेटा अधिग्रहण कार्ड पर भेजें।अब, नमूने के लिए लेजर रोशनी स्थापित करें। टीटीएल डिजिटल देरी पल्स जनरेटर द्वारा फ़ंक्शन जनरेटर के साथ 532 नैनोमीटर पल्स लेजर सिंक्रोनाइज़ करें। एक ऑप्टिकल पैरामेट्रिक ऑसिलेटर पंप करने के लिए लेजर का उपयोग करें।दो मिलीमीटर फाइबर बंडल के साथ प्रेत में अपने उत्पादन जोड़ी । टैंक में, इस फाइबर को माइक्रोमीटर चरण पर माउंट करें। ध्वनिक धुरी से 45 डिग्री के कोण पर प्रेत के सामने फाइबर की स्थिति।संरेखण के लिए, दृश्य प्रकाश का उपयोग करें। बीम की स्थिति 15 मिलीमीटर लेजर स्पॉट के केंद्र में संरेखण लक्ष्य है। अंत में, एक डिजिटल माइक्रोस्कोप और पानी की टंकी के विपरीत पक्षों पर एक सफेद प्रकाश स्रोत की स्थिति ।माइक्रोस्कोप को माइक्रोमीटर स्टेज पर माउंट करें। इसे देखने के अपने क्षेत्र में ध्यान में संरेखण लक्ष्य है स्थिति । सुनिश्चित करें कि सही प्रेत जगह में है।इस मामले में, उपयुक्त ऊतक प्रेत संरेखण प्रेत की जगह लेंगे। नैनोपार्टिकल की सतह प्लाज्मन प्रतिध्वनि के लिए लेजर तरंगदैर्ध्य ट्यून करें। नियंत्रण कंप्यूटर पर, ट्रांसड्यूसर सेट करने के लिए एक 10 चक्र फट का उत्पादन, और लेजर प्रवाह सेट करने के लिए ।लक्ष्य उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड फट के केंद्र शिखर 10 मिलीमीटर गहरी और ऊर्ध्वाधर दिशा में 13 अद्वितीय स्थानों पर पांच मिलीमीटर की दूरी पर । सुनिश्चित करें कि टैंक में एक ऊतक प्रेत जगह में है। फिर, सॉफ्टवेयर के साथ, फ्लूसेंस और निरंतर तरंग एक्सपोजर पैरामीटर सेट करें।थर्मल घाव गठन को रिकॉर्ड करने के लिए माइक्रोस्कोप का उपयोग करें क्योंकि एक चुने हुए चोटी नकारात्मक दबाव के साथ उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड एक स्थान पर निर्देशित किया जाता है। ये डेटा विभिन्न परिस्थितियों में विभिन्न प्रेत के लिए कम, उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड एक्सपोजर के लिए समय बनाम डिटेक्टर वोल्टेज हैं। इन डाटा सेटों में फैंटम लेजर रोशनी के भी सामने आते थे।हालांकि, एक प्रेत नैनोरोड नहीं था और एक प्रेत ने किया । इन डाटा सेट में दोनों फैंटम के नैनोरोड थे, लेकिन एक तो लेजर रोशनी के संपर्क में आ गया और दूसरा फैंटम नहीं था। यह दर्शाता है कि ब्रॉडबैंड उत्सर्जन का पता तभी लगाया जाता है जब नैनोकण, अल्ट्रासाउंड एक्सपोजर और लेजर रोशनी सभी मौजूद हों।यह माइक्रोस्कोप वीडियो उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड और लेजर रोशनी के संपर्क में नैनोरोड के साथ एक जेल प्रेत में थर्मल और कैविटेशन घावों के गठन का एक उदाहरण प्रदान करता है। इस प्रक्रिया का प्रयास करते समय, रसायनों को संभालते समय उपयुक्त व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण पहनना याद रखना महत्वपूर्ण है और लेजर का उपयोग करते समय सही आंखों की सुरक्षा सुनिश्चित की जाती है। इसके विकास के बाद, यह तकनीक उच्च तीव्रता केंद्रित अल्ट्रासाउंड थेरेपी के क्षेत्र में शोधकर्ताओं के लिए लक्षित और तेजी से थर्मल ablations के माध्यम से कैंसर के उपचार को बढ़ाने के लिए आणविक लक्षित नैनोकणों का उपयोग करने का पता लगाने के लिए मार्ग प्रशस्त कर सकती है ।

Research

JoVE Journal

Engineering

Synthesis and Functionalization of Nitrogen-doped Carbon Nanotube Cups with Gold Nanoparticles as Cork Stoppers

कॉर्क डाट के रूप में सोने के नैनोकणों के साथ नाइट्रोजन डाल दिया गया कार्बन नैनोट्यूब कप के संश्लेषण और functionalization

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One of the most widely used methods for manufacturing colloidal gold nanospherical particles involves the reduction of chloroauric acid (HAuCl4) to ...

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Here, we demonstrate a simple method for the rapid production of size-controllable, monodisperse, W/O microdroplets using a capillary-based centrifugal ...

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