Name: multiplexing focused ultrasound stimulation with fluorescence microscopy
Uploaded: 2019-01-07T14:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Multiplexing Focused Ultrasound Stimulation with Fluorescence Microscopy at JoVE.com

ونحن نشكر الدكتور ميخائيل شابيرو ورزنيك نيكيتا لمناقشات مثمرة. هذا العمل كانت تدعمها أموال بدء التشغيل من "الغربية جامعة ل" العلوم الصحية، والمعاهد الوطنية للصحة منح R21NS101384.

1-زراعة الخلايا على فيلم البوليستر سمعيا شفافة
<ol><li>التصفح بحجم 12 مم ثقب في الجزء السفلي من صحن الثقافة القياسية 35 ملم باستخدام الصحافة-حفر عمودي. نقل التدريبات ببطء وملابس حماية العين. إزالة قطعة من البلاستيك تعلق على الجزء السفلي من الطبق باستخدام شفرة لإنشاء سطح أملس على الجانب الخارجي...

<ol>
	<li>Elhelf, I. A. 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=High+intensity+focused+ultrasound:+The+fundamentals,+clinical+applications+and+research+trends.">High intensity focused ultrasound: The fundamentals, clinical applications and research trends.</a> Diagnostic and Interventional Imaging. 99 (6), 349-359 (2018).</li><li>Toccaceli, G., Delfini, R., Colonnese, C., Raco, A., Peschillo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Emerging strategies and future perspective in neuro-oncology using Transcranial Focused Ultrasound Technology. , (2018).</li><li>Duck, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Medical+and+non-medical+protection+standards+for+ultrasound+and+infrasound.">Medical and non-medical protection standards for ultrasound and infrasound.</a> Progress in Biophysics and Molecular Biology. 93 (1-3), 176-191 (2007).</li><li>Legon, W., 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=Transcranial+focused+ultrasound+modulates+the+activity+of+primary+somatosensory+cortex+in+humans.">Transcranial focused ultrasound modulates the activity of primary somatosensory cortex in humans.</a> Nature Neuroscience. 17 (2), 322-329 (2014).</li><li>Tyler, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mechanobiology+of+brain+function.">The mechanobiology of brain function.</a> Nature Reviews: Neuroscience. 13 (12), 867-878 (2012).</li><li>Tyler, W. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+neuromodulation+with+ultrasound?+A+continuum+mechanics+hypothesis.">Noninvasive neuromodulation with ultrasound? A continuum mechanics hypothesis.</a> Neuroscientist. 17 (1), 25-36 (2011).</li><li>Tufail, Y., 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=Transcranial+pulsed+ultrasound+stimulates+intact+brain+circuits.">Transcranial pulsed ultrasound stimulates intact brain circuits.</a> Neuron. 66 (5), 681-694 (2010).</li><li>Tyler, W. 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=Remote+excitation+of+neuronal+circuits+using+low-intensity,+low-frequency+ultrasound.">Remote excitation of neuronal circuits using low-intensity, low-frequency ultrasound.</a> PloS One. 3 (10), e3511 (2008).</li><li>Suarez Castellanos, I., 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=Calcium-dependent+ultrasound+stimulation+of+secretory+events+from+pancreatic+beta+cells.">Calcium-dependent ultrasound stimulation of secretory events from pancreatic beta cells.</a> Journal of Therapeutic Ultrasound. 5, 30 (2017).</li><li>Suarez Castellanos, I., Jeremic, A., Cohen, J., Zderic, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound+Stimulation+of+Insulin+Release+from+Pancreatic+Beta+Cells+as+a+Potential+Novel+Treatment+for+Type+2+Diabetes.">Ultrasound Stimulation of Insulin Release from Pancreatic Beta Cells as a Potential Novel Treatment for Type 2 Diabetes.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 43 (6), 1210-1222 (2017).</li><li>Ibsen, S., Tong, A., Schutt, C., Esener, S., Chalasani, S. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sonogenetics+is+a+non-invasive+approach+to+activating+neurons+in+Caenorhabditis+elegans.">Sonogenetics is a non-invasive approach to activating neurons in Caenorhabditis elegans.</a> Nature Communications. 6, 8264 (2015).</li><li>Prieto, M. L., Firouzi, K., Khuri-Yakub, B. T., Maduke, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+Piezo1+but+Not+NaV1.2+Channels+by+Ultrasound+at+43+MHz.">Activation of Piezo1 but Not NaV1.2 Channels by Ultrasound at 43 MHz.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 44 (6), 1217-1232 (2018).</li><li>Kubanek, 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=Ultrasound+modulates+ion+channel+currents.">Ultrasound modulates ion channel currents.</a> Scientific Reports. 6, 24170 (2016).</li><li>Prieto, M. L., Omer, O., Khuri-Yakub, B. T., Maduke, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+response+of+model+lipid+membranes+to+ultrasonic+radiation+force.">Dynamic response of model lipid membranes to ultrasonic radiation force.</a> PloS One. 8 (10), e77115 (2013).</li><li>Sato, T., Shapiro, M. G., Tsao, D. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+Neuromodulation+Causes+Widespread+Cortical+Activation+via+an+Indirect+Auditory+Mechanism.">Ultrasonic Neuromodulation Causes Widespread Cortical Activation via an Indirect Auditory Mechanism.</a> Neuron. 98 (5), 1031-1041 (2018).</li><li>O'Brien, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound-biophysics+mechanisms.">Ultrasound-biophysics mechanisms.</a> Progress in Biophysics and Molecular Biology. 93 (1-3), 212-255 (2007).</li><li>Shapiro, M. G., Homma, K., Villarreal, S., Richter, C. P., Bezanilla, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Corrigendum:+Infrared+light+excites+cells+by+changing+their+electrical+capacitance.">Corrigendum: Infrared light excites cells by changing their electrical capacitance.</a> Nature Communications. 8, 16148 (2017).</li><li>Shapiro, M. G., Homma, K., Villarreal, S., Richter, C. P., Bezanilla, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Infrared+light+excites+cells+by+changing+their+electrical+capacitance.">Infrared light excites cells by changing their electrical capacitance.</a> Nature Communications. 3, 736 (2012).</li><li>Shapiro, M. G., Priest, M. F., Siegel, P. H., Bezanilla, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+mechanisms+of+millimeter+wave+stimulation+of+excitable+cells.">Thermal mechanisms of millimeter wave stimulation of excitable cells.</a> Biophysical Journal. 104 (12), 2622-2628 (2013).</li><li>Hwang, J. Y., 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=Investigating+contactless+high+frequency+ultrasound+microbeam+stimulation+for+determination+of+invasion+potential+of+breast+cancer+cells.">Investigating contactless high frequency ultrasound microbeam stimulation for determination of invasion potential of breast cancer cells.</a> Biotechnology and Bioengineering. 110 (10), 2697-2705 (2013).</li><li>Nakano, M., 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=Genetically+encoded+ratiometric+fluorescent+thermometer+with+wide+range+and+rapid+response.">Genetically encoded ratiometric fluorescent thermometer with wide range and rapid response.</a> PloS One. 12 (2), e0172344 (2017).</li><li>Donner, J. S., Thompson, S. A., Kreuzer, M. P., Baffou, G., Quidant, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+intracellular+temperature+using+green+fluorescent+protein.">Mapping intracellular temperature using green fluorescent protein.</a> Nano Letters. 12 (4), 2107-2111 (2012).</li></ol>

مزايا رئيسية لمركزه بالموجات فوق الصوتية هو قدرته على توصيل الطاقة الميكانيكية أو الحرارية غير إينفاسيفيلي للعينات البيولوجية مع عالية الدقة الزمانية. تقنيات أخرى تهدف إلى حفز ميكانيكيا الخلايا عادة ما توظف الغازية المسابير المادية (على سبيل المثال، الخلية دس) أو يتطلب تفاعل أشعة ا...

العديد من الأمراض تتطلب شكلاً من أشكال التدخل الطبي الغازية. هذه الإجراءات غالباً ما تكون باهظة الثمن، ومحفوفة بالمخاطر وتتطلب فترات الانتعاش وهكذا إضافة عبئا على نظم الرعاية الصحية. الطرائق العلاجية عدم الغازية لديها القدرة على توفير بدائل أرخص وأكثر أمنا للإجراءات الجراحية التقليدية. ومع ذلك، هي غالباً ما تكون محدودة النهج غير الغازية الحالية مثل العلاج الصيدلاني أو transcranial التحفيز المغناطيسي بالمفاضلة بين اختراق الأنسجة والقرار الزمانية المكانية والآثار غير المرغوب فيها خارج الهدف. وفي هذا السياق، يشكل الموجات فوق الصوتية مركزة تكنولوجيا غير الغازية واعدة مع القدرة على التعامل مع الوظائف البيولوجية داخل الأنسجة بدرجة عالية من الدقة الزمانية المكانية ومحدودة خارج الهدف آثار عميقة.
التحفيز بالموجات فوق الصوتية المركزة يتكون من إيصال الطاقة الصوتية في مواقع دقيقة عميقة داخل الكائنات الحية. يمكن أن يكون هذا الطاقة استناداً إلى المعلمات نبض الصوتية، مجموعة متنوعة من الاستخدامات الطبية. على سبيل المثال، إدارة الأغذية والعقاقير قد وافقت على استخدام عالية الكثافة "وركزت فوق الصوتية" (هيفو) للاستئصال الحراري لاورام البروستاتا والتسبب في الهزة مناطق الدماغ والرحمية والنهايات العصبية المسببة للألم في العظام الانبثاث1 . بوساطة هيفو ميكروبوبلي التجويف يستخدم أيضا لعابر فتح حاجز الدم في الدماغ للتنفيذ الهادف للمداواة تدار النظامية2. كثافة متوسط نبض المكانية الذروة (أناجنا) وذروة المكانية الزمانية متوسط كثافة (أناالميثيل) المستخدمة هيفو التطبيقات عادة أعلاه عدة كيلوات سم-2 وتنتج ضغط النبض من عدة عشرات من الآلام والكروب الذهنية. قيم كثافة هذه هي أعلى بكثير من وافقت عليها إدارة الأغذية والعقاقير أناجنا ، وحدودالميثيل للتشخيص بالموجات فوق الصوتية، 190 ث سم-2 و 720 ميغاواط سم-2، على التوالي3. وفي المقابل، أظهرت دراسات أجريت مؤخرا أن التحفيز غير مدمرة نابض بالموجات فوق الصوتية الموجودة داخل أو بالقرب من نطاق حدود كثافة الموجات فوق الصوتية التشخيصية (لبوس) يمكن أن تكون فعالة التعامل مع العصبية عن بعد و بأمان إطلاق4، 5،،من67،8و9،إفراز الهرمونات10 والمحوره وراثيا الخلايا11. حتى الآن، لا تزال الآليات الخلوية والجزيئية التي خلايا الإحساس وتستجيب للموجات فوق الصوتية غير واضحة، النافية للترجمة السريرية للبوس. ومن ثم، في السنوات القليلة الماضية، دراسات الأغشية الاصطناعية، والخلايا المزروعة والحيوانات حفز بالموجات فوق الصوتية قد اكتسبت زخما لكشف الفيزيائية والعمليات الفسيولوجية والتضمين لبوس12،13، ،من 1415.
الصوت يتكون من الاهتزاز الدعاية من خلال وسيلة مادية. الموجات فوق الصوتية صوت مع تردد فوق النطاق مسموعة البشرية (أي فوق 20 كيلو هرتز). في مختبر، والموجات فوق الصوتية تصدر عموما كهرضغطية محولات الطاقة التي تحتوي على مادة يهتز في الاستجابة إلى حقل كهربائي تتأرجح في عرض النطاق ترددي عالية التردد محددة. يوجد نوعان من محولات الطاقة: واحدة عنصر محولات الطاقة والمصفوفات محول طاقة. عنصر واحد كهرضغطية محولات الطاقة تمتلك سطح منحن الذي يعمل كعدسة تركيز ويركز الطاقة الصوتية ومن ثم إلى منطقة محددة تسمى منطقة التركيز. محولات الطاقة عنصر واحد من كثير أرخص وأسهل للعمل من الصفائف محول طاقة. هذه المادة سوف تركز على محولات الطاقة عنصر واحد.
يعتمد حجم المنطقة المحورية لمحول عنصر واحد مركزة على الخصائص الهندسية للعدسة الصوتية وعن الترددات الصوتية. لتحقيق منطقة ملليمتر-حجم تنسيق مع محول عنصر واحد، ترددات الموجات فوق الصوتية في النطاق MHz مطلوبة عادة. لسوء الحظ، هي سريعة جداً يخفف الموجات الصوتية في مثل هذا التردد عندما يتم نشرها في وسيلة ضعيفة مثل الهواء. وهكذا، الموجات فوق الصوتية ميغاهرتز تحتاج إلى نشرها على العينة في مادة أكثر كثافة مثل المياه والتي تم إنشاؤها. وهذا يشكل التحدي الأول في إدماج أسلوب ليبوس مجهر.
وتحدي ثاني هو للتقليل من الواجهات المادية بين مواد مختلفة من ممانعات الصوتية (والذي نتاج للكثافة المادية والسرعة الصوتية) على طول المسار الصوتي. يمكن أن تعكس هذه الواجهات، ينكسر، مبعثر وامتصاص الموجات الصوتية، مما يجعل من الصعب تحديد مقدار الطاقة الصوتية تسليمها فعلياً بعينه. أنها قد أيضا إنشاء القطع الميكانيكية غير المرغوب فيها. على سبيل المثال، إنشاء واجهات مقاومة عدم تطابق عمودي الصوتية المنتجة تأملات موجات باكبروباجاتينج التي تتداخل مع تلك التي يروجون للأمام. على طول مسار التدخل، الموجات إلغاء بعضها البعض في المناطق الثابتة من المساحات التي تسمى العقد ونلخص في منطقة تسمى العقد المضادة، بالتناوب خلق موجات دائمة ما يسمى (الشكل 1). من المهم experimentalist لتكون قادرة على التحكم أو القضاء على هذه الواجهات التجريبية في المختبر كما أنها قد لا تكون موجودة في الجسم الحي.
قياس الأسفار من الصحفيين الضوئية طريقة معروفة لاستجواب عينات بيولوجية شفافة في الوقت الحقيقي، ومع لا اضطراب المادية. وهكذا هذا النهج يعتبر مثاليا للدراسات لبوس كما سيعرض أي تحقيقات المادية الموجودة في منطقة سونيكاتيد القطع الميكانيكية. ويصف هذا البروتوكول بتنفيذ وتشغيل لبوس مجهر تجاري برنامج التحصين الموسع-الأسفار.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>upright microscope with large working volume</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>CERNA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>upright microscope with large working volume</td>
			<td>Scientifica</td>
			<td>SliceScope</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>optomechanical components</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>n/a</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>needle hydrophone</td>
			<td>ONDA Corporation</td>
			<td>HNP/C/R/A/T series + AH/G pre-amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>needle hydrophone</td>
			<td>Precision Acoustics</td>
			<td>n/a</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fiber optic hydrophone</td>
			<td>ONDA Corporation</td>
			<td>HFO series</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>fiber optic hydrophone</td>
			<td>Precision Acoustics</td>
			<td>n/a</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>oscilloscope</td>
			<td>Keysight Technology</td>
			<td>DSOX2004A (4-channels 70MHz)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>function generator</td>
			<td>Keysight Technology</td>
			<td>33500B (20MHz single-channel)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RF power amplifier</td>
			<td>Electronic Navigation Industries (ENI)</td>
			<td rowspan="2">325LA, 525LA, 240L, 350L, A075, 2100L, 3100LA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>RF power amplifier</td>
			<td>Electronics &#38; Innovation (E&#38;I)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>immersion ultrasound transducer</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>focused immersion transdcuers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>immersion ultrasound transducer</td>
			<td>Benthowave Instrument</td>
			<td>HiFu transducer BII-76 series</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>immersion ultrasound transducer</td>
			<td>Precision Acoustics</td>
			<td>Piezo-ceramic or HiFu transducers</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>immersion ultrasound transducer</td>
			<td>Ultrasonic-S-lab</td>
			<td>HiFu transducers made to order</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>high-density Matrigel</td>
			<td>Corning</td>
			<td>VWR 80094-330</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mylar film 2.5 microns</td>
			<td>Chemplex</td>
			<td>CAT.NO:107</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

multiplexing focused ultrasound stimulation with fluorescence microscopy

من خلال التركيز نبضات الموجات فوق الصوتية المنخفضة الكثافة التي تخترق الأنسجة الرخوة، يمثل لبوس تكنولوجيا الطب الحيوي واعدة للتلاعب بأمان وعن بعد إطلاق العصبية وإفراز الهرمونات والخلايا التي أعيدت برمجتها وراثيا. ومع ذلك، ترجمة هذه التكنولوجيا لأغراض التطبيقات الطبية حاليا يعوقها الافتقار إلى الآليات الفيزيائية الحيوية التي تستهدف أنسجة الإحساس والاستجابة للبوس. سيكون نهجاً مناسباً لتحديد هذه الآليات لاستخدام أجهزة الاستشعار البصرية في تركيبة مع ليبوس لتحديد الكامنة وراء مسارات الإشارات. ومع ذلك، يجوز الأخذ بتنفيذ لبوس مجهر الأسفار القطع الميكانيكية غير مرغوب فيه بسبب وجود واجهات المادية التي تعكس، واستيعابها وينكسر الموجات الصوتية. تعرض هذه المقالة إجراء خطوة بخطوة لإدماج لبوس للمجاهر المتوفرة تجارياً تستقيم برنامج التحصين الموسع-الأسفار مع التقليل من تأثير واجهات البدنية على طول المسار الصوتي. ويرد وصف إجراءات بسيطة لتشغيل محول عنصر مفرد بالموجات فوق الصوتية وإدخال المنطقة المحورية لمحول في جهة موضوعية. ويتضح استخدام ليبوس مع مثال للعابرين التي يسببها ليبوس الكالسيوم في الخلايا المستزرعة جليوبلاستوما البشرية تقاس باستخدام التصوير بالكالسيوم.

الرقم 5 مثال عن تجربة ليبوس متعدد مع تصوير الكالسيوم. جليوبلاستوما الخلايا (A-172) كانت تزرع على امبم المغلفة البوليستر الفيلم في مستنبت القياسي (تستكمل مع المضادات الحيوية المصل و 1% 10%) والمحتضنة مع المراسل المراعية للكالسيوم الفلورية فلوو-4 صباحا. الخلايا ت...

Watch this Scientific Journal Video about Multiplexing Focused Ultrasound Stimulation with Fluorescence Microscopy at JoVE.com

Multiplexing Focused Ultrasound Stimulation with Fluorescence Microscopy

التحفيز بالموجات فوق الصوتية نابض المنخفضة الكثافة (لبوس) وسيلة لتحفيز ميكانيكية غير الغازية من الخلايا الذاتية أو هندسيا مع عالية الدقة المكانية والزمانية. توضح هذه المقالة كيفية تنفيذ لبوس إلى مجهر برنامج التحصين الموسع-الأسفار وكيفية التقليل من عدم تطابق مقاومة الصوتية على طول المسار بالموجات فوق الصوتية لمنع القطع الميكانيكية غير المرغوب فيها.

الإرسال المتعدد وركزت التحفيز بالموجات فوق الصوتية مع الفحص المجهري الأسفار

By focusing low-intensity ultrasound pulses that penetrate soft tissues, LIPUS represents a promising biomedical technology to remotely and safely ...

يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على الأسئلة الرئيسية في علم الأحياء الميكانيكية، مثل كيفية استجابة العينات البيولوجية للقوى الميكانيكية الناتجة عن التحفيز بالموجات فوق الصوتية منخفضة الكثافة. والميزة الرئيسية لهذه التقنية هي أنها تسمح لأخصائي التجارب بتطبيق القوى الميكانيكية على عينة وقياس المحيط البيولوجي المتنوع في الوقت الحقيقي. للبدء، ببطء حفر حفرة 12 ملليمتر في الجزء السفلي من طبق ثقافة معيار 35 ملليمتر باستخدام مثقاب الصحافة العمودي.مرة واحدة حفر، وإزالة قطعة من البلاستيك تعلق على الجزء السفلي من الطبق باستخدام شفرة، لخلق سطح أملس على الجانب الخارجي. بعد ذلك، تطبيق طبقة رقيقة من الايبوكسي البحرية الصف أو الغراء في السطح السفلي الخارجي للطبق. على رأس لاصقة، وضع اثنين من نقطة-خمسة ميكرون فيلم سميكة من البوليستر، والضغط بحزم للتأكد من ينتشر لاصقة بالتساوي بين الفيلم وسطح البلاستيك السميك.سحب الفيلم بلطف بطريقة الطرد المركزي مع الأصابع، لخلق سطح مستو. مرة واحدة وقد جفت لاصق، شطف لفترة وجيزة طبق أسفل البوليستر مع 95٪الإيثانول. ثم، الأشعة فوق البنفسجية تعقيم الطبق عن طريق وضعه تحت مصدر قوي 254 نانومتر الأشعة فوق البنفسجية الإثارة.ضبط المدة والكثافة لتقديم جرعة من الأشعة فوق البنفسجية من حوالي 330 ملليجول لكل سنتيمتر مربع. بعد ذلك، تمييع خليط بروتين مصفوفة خارج الخلية المتاحة تجاريا مع المتوسطة الثقافة المطلوبة بنسبة واحد إلى 100. العمل على الجليد لمنع البلمرة مصفوفة، وتطبيق بسرعة 100 ميكرولترات من الخليط المتوسط على فيلم البوليستر.ضع الغطاء مرة أخرى على الطبق للحفاظ على العقم. مرة واحدة مغطاة، احتضان الاطباق أسفل المصفوفة المغلفة، البوليستر في ثقافة الخلية، وحاضنة ثاني أكسيد الكربون المخزنة في 37 درجة مئوية لمدة ست إلى 12 ساعة. بعد الحضانة ، تعرق المتوسطة الزائدة وبذرس السطح مباشرة مع الخلايا في الكثافة المطلوبة.ضع خزان مياه تحت هدف المجهر المستقيم. ثم، باستخدام المكونات البصرية المتاحة تجاريا، ضع حامل العينة بين الهدف والمحول. تأكد من أن الأجزاء المتحركة والمحركات في مراحل الترجمة إما خارج الخزان أو فوق خط المياه لتجنب تلف المياه.ثم، ملء خزان مع المياه degassized degased تصل إلى المستوى الأفقي لحامل العينة، قبل الاستفادة من محول الغمر. باستخدام المكونات البصرية غير المركّبة والمتاحة تجارياً، تأكد من أن المحول في وضع مائل فيما يتعلق بالمسار البصري. وهذا سيضمن توجيه أي موجات تنعكس بعيدا عن العينة.ضبط تردد مولد الدالة إلى تردد الذروة الاسمية من محول. ثم، إنشاء نبض الجهد الجيوب الأنفية من المدة المطلوبة وتكرار التكرار، وذلك باستخدام وضع انفجار من مولد الدالة. بعد ذلك، ضبط الجهد من الذروة إلى الذروة إلى القيمة المطلوبة.تأكد من أن مدة النبض أقصر من الوقت المنقضي بين نبضتين متتاليتين. توصيل إخراج مولد الدالة إلى إدخال منظار. استخدم منظار التناضح للتأكد من أن الشكل الموجي يتوافق مع الإشارة المطلوبة.ثم، قم بتوصيل إخراج مولد الدالة بمدخلات قوة مكبر للصوت RF الحجم بشكل صحيح. باستخدام مسبار هيدروفون يعمل مع نطاق تردد وكثافة صوتية متوافقة مع تلك التي من محول الموجات فوق الصوتية، بعناية جلب تلميح المسبار في التركيز داخل مجال رؤية الهدف في موقف العينة. تأكد من أن كل من المسبار والمحول مغمورة في حمام الماء وأداء إجمالي قبل المحاذاة من محول عن طريق وضع بصريا محورها الصوتية نحو مسبار هيدروفون.تأكد من أن المسافة بين الاثنين تتوافق مع طول محور محول. لا عثرة غيض من هيدروفون مع أي كائن المادية غير الماء، وهذا سوف يغير من الطلاء وتؤثر على القياس. بعد ذلك، قم بتوصيل خرج الهيدروفون بأحد مدخلات إشارة المنظار.ثم، قم بتوصيل مشغل المزامنة من مولد الدالة إلى إدخال آخر أوسيلسكوب. تصور كل من الإشارات في وقت واحد على منظار. المقبل, محرك محول مع دورات الموجات فوق الصوتية قليلة في دورة منخفضة العمل والسعة المنخفضة لتجنب إتلاف المسبار.تحقق مع ظروف التشغيل الآمن لمصنع الهيدرو فون لتجنب إتلاف طرف الهيدروفون. ضبط مقبض الباب S-القسمة وفقا لوقت السفر من الموجات فوق الصوتية من سطح محول إلى الهيدروفون. ابحث عن إشارة هيدروفون على منظار بعد مشغل المزامنة.بعد ذلك ، يتم تفعيل المحول ببطء باستخدام مرحلة XYZ مزودة بمحركات أو يدوية. ضع المحول في الموضع الذي يرتبط بإشارة الهيدروفون القصوى. مع شعاع الانحياز الآن، وقياس السعة من الذروة إلى الذروة من إخراج الهيدروفون في منظار لمختلف الفولتية القيادة محول.تأكد من عدم تجاوز حد الضغط من الهيدروفون. استبدل متوسط ثقافة الخلية بمخزن التصوير المطلوب الذي يحتوي على خمسة ميكرومولار من صبغة مُحسّنة للكالسيوم، مثل Fluo-4 AM. ثم، احتضان طبق الثقافة في حاضنة لديها ثاني أكسيد الكربون في 37 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة. بعد الحضانة، وغسل الخلايا بعناية مع نفس العازلة خالية من الصبغة.ثم، ضع الطبق في حامل العينة. تثير الخلايا باستخدام الضوء الأزرق الإضاءة في 490 نانومتر. ضبط شدة الإثارة والتعرض للكاميرا لتجنب التبييض المفرط أو التشبع بكسل.قم بإجراء تصوير لفاصل الوقت باستخدام هدف الانغماس مع مسافة عمل طويلة لتحسين جودة الصورة، وتقليل الانعكاسات غير المرغوب فيها. هنا، تظهر خلايا الورم الأرومي الدبقي على فيلم البوليستر المغلف بالمصفوفة خارج الخلية في وسط الثقافة القياسية. وقد تم احتضان هذه الخلايا مع مراسل الفلورسنت الحساسة للكالسيوم.في هذه الصورة، تمثل النقاط الحمراء خلايا فلورية فردية، يتم تحديدها باستخدام برنامج معالجة الصور. على التحفيز لمدة 10 ثانية مع الموجات فوق الصوتية، تم تصور ارتفاعات الكالسيوم قوية في العديد من المناطق ذات الاهتمام. يتم عرض عدد المناطق التي تم تنشيطها من الاهتمام هنا مع مرور الوقت.بعد التنشيط 10 ثانية مع الموجات فوق الصوتية، تم العثور على ما يقرب من 70٪ من المناطق لتكون فوق القيم الحدية المحددة من قبل المستخدم. أثناء محاولة هذا الإجراء، من المهم أن تتذكر أن تحاذي شعاع الموجات فوق الصوتية قبل إجراء قياس الفلوريسنس.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Physics

Engineering

Unit 1

Sound

SCIENTISTS IN ACTION

Synthesis of Phase-shift Nanoemulsions with Narrow Size Distributions for Acoustic Droplet Vaporization and Bubble-enhanced Ultrasound-mediated Ablation

توليف المرحلة تحول Nanoemulsions مع حجم التوزيعات الضيقة للتبخير القطرة الصوتية وفقاعة محسنة تذرية بوساطة الموجات فوق الصوتية

High-intensity  focused ultrasound (HIFU) is used clinically to thermally ablate tumors. To  enhance localized heating and improve thermal ablation in ...

Time Multiplexing Super Resolving Technique for Imaging from a Moving Platform

الوقت المتعدد سوبر حل وتقنيات التصوير من منصة تتحرك

We propose a method for increasing the resolution of an object and overcoming the diffraction limit of an optical system installed on top of a moving ...

Fabrication of Gate-tunable Graphene Devices for Scanning Tunneling Microscopy Studies with Coulomb Impurities

تلفيق بوابة الانضباطي الجرافين أجهزة لمسح حفر نفق المجهر الدراسات مع كولوم الشوائب

Owing to its relativistic low-energy charge carriers, the interaction between graphene and various impurities leads to a wealth of new physics and degrees ...

Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures

أومية الاتصال التصنيع باستخدام تقنية تركز أيون شعاع وتوصيف الكهربائية للطبقة أشباه الموصلات النانوية

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography (CT) and Light Microscopy (LM) Correlated with Scanning Electron Microscopy (SEM)

In Depth Analyses of LEDs by a Combination of X-ray Computed Tomography CT and Light Microscopy LM Correlated with Scanning Electron Microscopy SEM

في تحليلات العمق من المصابيح من قبل مجموعة من الأشعة السينية التصوير المقطعي (CT) والمجهر الضوئي (LM) مربوط مع المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)

In failure analysis, device characterization and reverse engineering of light emitting diodes (LEDs), and similar electronic components of ...

Sub-nanometer Resolution Imaging with Amplitude-modulation Atomic Force Microscopy in Liquid

نانومتر الفرعي التصوير القرار مع السعة التشكيل الذرية المجهري القوة في السائل

Atomic force microscopy (AFM) has become a well-established technique for nanoscale imaging of samples in air and in liquid. Recent studies have shown ...

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

Focused Ion Beam Fabrication of LiPON-based Solid-state Lithium-ion Nanobatteries for In Situ Testing

تركيز أيون شعاع تلفيق نانوباتيريس ليبون-على أساس الحالة الصلبة بطارية ليثيوم أيون للاختبار في الموقع

Solid-state electrolytes are a promising replacement for current organic liquid electrolytes, enabling higher energy densities and improved safety of ...

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

إبرة الموجات فوق الصوتية ثلاثية الأبعاد نصيحة تتبع مع جهاز استقبال الموجات فوق الصوتية الألياف البصرية

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...

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

وركز التنو يمكن السيطرة عليها من التجويف من جسيمات نانوية الذهب Plasmonic لتعزيز كثافة عالية تطبيقات الموجات فوق الصوتية

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