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

אנו מודים ד"ר מיכאל שפירו, ניקיטה רזניק על דיונים פוריים. עבודה זו נתמכה על ידי ראשונית של ווסטרן אוניברסיטת למדעי הבריאות ולהעניק NIH R21NS101384.

1. גידול תאים על הסרט פוליאסטר שקוף המתקפלות
<ol><li>תרגיל בגודל 12 מ"מ חור בתחתית לצלחת תרבות רגיל 35 מ מ באמצעות העיתונות-תרגיל אנכי. את התרגיל לאט לאט, לענוד הגנה העין. הסר את חתיכות הפלסטיק המצורף בתחתית המנה באמצעות סכין כדי ליצור משטח חלק בצד החיצוני (איור 2).</li>
	<li>למרוח שכבה ...

<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>

יתרון הראשי של אולטרסאונד ממוקד היא היכולת שלה לא-פולשנית להעביר אנרגיה מכנית ו/או תרמית דגימות ביולוגיות עם דיוק גבוהה-עתיים. טכניקות אחרות שנועדו מכנית לעורר תאים בדרך כלל מעסיקים רגשים הפיזית פולשני (למשל, תא-מציץ) או דורשת את האינטראקציה של קרני לייזר באנרגיה גבוהה עם חפצים זרים (<...

מחלות רבות דורשות צורה כלשהי של התערבות רפואית פולשנית. הליכים אלה לעיתים יקר, מסוכן, דורשים ותקופות התאוששות, ובכך להוסיף נטל מערכות הבריאות. פולשני שיטות טיפוליות יש פוטנציאל לספק חלופות בטוחות יותר וזול יותר ניתוחים קונבנציונלי. אולם, לגישות פולשני כגון גירוי מגנטי pharmacotherapy או טראנס מוגבלים לעיתים קרובות על ידי הפשרות בין חדירה לרקמות, ייתכן רזולוציה ואפקטים את המטרה לא רצויים. בהקשר זה, אולטרסאונד ממוקד מהווה טכנולוגיה לא פולשנית מבטיחה עם פוטנציאל לתמרן תפקודים ביולוגיים עמוק בתוך רקמות עם רמת דיוק גבוהה ייתכן ואפקטים את המטרה מוגבל.
אולטרסאונד ממוקד גירוי מורכב אספקת אנרגיה אקוסטית-מיקומים מדויקים עמוק בתוך אורגניזמים חיים. בהתאם הדופק אקוסטית פרמטרים, אנרגיה זו יכול להיות מגוון רחב של שימושים רפואיים. למשל, מינהל המזון והתרופות שאושרה השימוש אולטרסאונד ממוקד בעוצמה גבוהה (HiFU) על אבלציה תרמי של גידולים בערמונית, אזורים במוח הגורמים רעד, מיומות, גרימת כאב חיבורי עצבים גרורות בעצמות1 . Microbubble המוביל בתיווך HiFu קוויטציה משמש גם לפתיחת מחסום הדם - מוח למסירה יישוב של הרפוי מערכתית בניהול2transiently. עוצמת הדופק הממוצע המרחבי-לשיא (אניsppa) ועוצמת טמפורלית הממוצע המרחבי-לשיא (אניspta) המשמש HiFU יישומים הם בדרך כלל מעל kW כמה ס מ-2 ולייצר לחץ דופק של כמה עשרות של MPa. אלו ערכי העוצמה גם הרבה מעל ה-FDA אישר ליsppa ואניspta מגבלות עבור אבחון אולטרסאונד, W 190 ס מ-2 ו- 720 mW ס מ-2,3בהתאמה. לעומת זאת, מחקרים שנעשו לאחרונה הראו כי גירוי אולטרסאונד פעמו הרסניות הנמצאים בתוך או ליד הטווח של אבחון אולטרסאונד בעוצמה גבולות (LIPUS) יכול להיות יעיל מרחוק ובבטחה לתפעל עצבית ירי4, 5,-6,-7,-8,9,הפרשת ההורמונים10 והנדס תאים11. ובכל זאת, מנגנוני תאית ומולקולרית שבו תאים לחוש ולהגיב אולטרסאונד עדיין אינן ברורות, מסלק קליניים תרגום של LIPUS. לכן, בשנים האחרונות, מחקרים של ממברנות מלאכותיות, תאים בתרבית וחיות מגורה עם אולטרסאונד קיבלו תנופה כדי לחשוף biophysical, תהליכים פיזיולוגיים מווסת על ידי LIPUS12,13, 14,15.
צליל מורכב רטט הפצת דרך תווך הפיזי. אולטרסאונד היא צליל עם תדירות בגובה שמיע אנושי (קרי, מעל 20 קילוהרץ). באווירה מעבדה, גלי אולטרסאונד מופקים בדרך כלל על ידי מתמרים פיזואלקטריים המכילים חומר רוטט בתגובה שדה חשמלי נדנוד פס בתדירות גבוהה ספציפיים. קיימים שני סוגי מתמרים: יחיד רכיב מתמרים ומערכים מתמר. מתמרים פיזואלקטריים רכיב יחיד בעלי משטח מעוגל אשר משמש עדשה התמקדות, ומכאן מתרכזת אנרגיה אקוסטית לתוך אזור מוגדר נקרא אזור מוקד. אלמנט יחיד מתמרים הם יותר זול וקל לתפעול מאשר מתמר מערכים. מאמר זה יתמקד מתמרים רכיב יחיד.
הגודל של האזור מוקד של מתמר ממוקד רכיב יחיד תלוי על מאפיינים גיאומטריים של העדשה אקוסטית תדירותו אקוסטית. כדי להשיג מילימטר-גודל אזור מיקוד עם מתמר רכיב יחיד, אולטרסאונד תדרים בטווח MHz נדרשים בדרך כלל. למרבה הצער, גלים אקוסטיים בתדר כזה הם מהר מאוד הקלוש כאשר הופץ במדיום רפים כגון אוויר. לפיכך, גלי אולטרסאונד MHz צריך להיות שנוצר להפיץ את הדגימה מהותי צפופה כמו מים. זה מהווה את האתגר הראשון בשילוב LIPUS לערוץ מיקרוסקופ.
האתגר השני הוא למזער ממשקים פיזיים בין חומרים עם שונה אקוסטית impedances (שהיא תוצר של צפיפות גשמי, המהירות אקוסטית) לאורך השביל אקוסטית. ממשקים אלה יכול לשקף, מסיטים, פיזור ולקלוט גלים אקוסטיים, ולכן קשה לכמת את כמות האנרגיה אקוסטית ביעילות למסור דגימה. הם גם עלולים ליצור חפצי מכני לא רצויים. למשל, השתקפויות אי-התאמה בניצב אקוסטית המיוצר עכבה ממשקים ליצור גלים backpropagating להפריע אלה הפצת קדימה. לאורך השביל הפרעות, הגלים לבטל אחד את השני בכל האזורים קבוע של רווחים בשם צמתים סכום למעלה-לסירוגין אזורים בשם אנטי-צמתים, יצירת גלים עומדים כביכול (איור 1). חשוב experimentalist היכולת לשלוט או לחסל אלה ניסיוני ממשקי חוץ גופית בתוך כפי שהם אינם יכולים להתקיים בתוך vivo.
פלורסצנטיות מדידה של כתבים אופטי הוא שיטה ידועה לחקור דגימות ביולוגיות שקוף בזמן אמת, עם הפרעות גופניות. גישה זו ולכן אידיאלי ללימודי LIPUS כמו כל רגשים הפיזית הנוכחים בשטח sonicated תציג חפצי מכני. פרוטוקול זה מתאר את יישום ותפעול של LIPUS כדי מיקרוסקופ אפינפרין מסחרי-זריחה.

<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

על ידי התמקדות פולסים אולטרה סאונד בעוצמה נמוכה לחדור רקמות רכות, LIPUS מייצג טכנולוגיה ביו מבטיח מרחוק ובבטחה לתפעל ירי עצבית, הפרשת ההורמונים ותאים מחדש מבחינה גנטית. עם זאת, התרגום של טכנולוגיה זו עבור יישומים רפואיים היא כיום הקשו על ידי חוסר של מנגנונים הביו-פיסיקלי שבו ממוקד רקמות הגיוני ולהגיב LIPUS. בגישה מתאימה כדי לזהות מנגנונים אלה יהיה לשימוש אופטי ביולוגיים בשילוב עם LIPUS כדי לקבוע שבבסיס איתות המסלולים. עם זאת, יישום LIPUS כדי מיקרוסקופ פלורסצנטיות יכול להכיר רצויה חפצי מכני בשל נוכחותם של ממשקים פיזיים לשקף, לספוג, מסיטים גלים אקוסטיים. מאמר זה מציג הליך שלב אחר שלב כדי לשלב את LIPUS כדי זמין מסחרית זקוף epi-זריחה מיקרוסקופים תוך מזעור ההשפעה של ממשקים פיזיים לאורך השביל אקוסטית. הליך פשוט מתואר לפעול מתמר אולטרסאונד רכיב אחד וכדי להכניס את אזור מוקד של המתמר מוקד אובייקטיבית. השימוש LIPUS מודגם עם דוגמה של סידן LIPUS-induced שנחשולי בתאים בתרבית גליובלסטומה האדם נמדד באמצעות הדמיית סידן.

איור 5 הוא דוגמה של ניסוי LIPUS מרובב עם סידן הדמיה. Glioblastoma תאים (A-172) היו גדל על EMPM מצופה פוליאסטר סרט בינוני תרבות רגיל (בתוספת 10% סרום ו 1% אנטיביוטיקה), מודגרות עם הכתב פלורסנט סידן רגיש Fluo-4 בבוקר. התאים היו עם תמונה באמצעות עדשה טבילה X 10 ומאוירות מקור אור LED ל?...

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

Multiplexing Focused Ultrasound Stimulation with Fluorescence Microscopy

בעוצמה נמוכה פעמו אולטרסאונד גירוי (LIPUS) הוא מודאליות עבור גירוי מכני לא פולשנית של תאים אנדוגני או מהונדסים עם רזולוציה גבוהה של יכולות. מאמר זה מתאר כיצד ליישם את LIPUS כדי במיקרוסקופ epi-זריחה וכיצד למזער את אי התאמה של עכבה אקוסטיים לאורך השביל אולטרסאונד כדי למנוע חפצי מכני לא רצויים.

ריבוב ממוקד אולטרסאונד גירוי עם מיקרוסקופ קרינה פלואורסצנטית

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

שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח mechanobiology, כגון כיצד דגימות ביולוגיות להגיב כוחות מכניים המיוצרים על ידי גירוי אולטרסאונד בעוצמה נמוכה. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת לניסוי להחיל באופן לא פולשני כוחות מכניים על מדגם ולמדוד היקפים ביולוגיים שונים בזמן אמת. כדי להתחיל, לאט לקדוח חור 12 מילימטר בתחתית צלחת תרבות סטנדרטית 35 מילימטר באמצעות מקדחה לחץ אנכי.לאחר קדח, להסיר חתיכות פלסטיק מחובר לתחתית המנה באמצעות להב, כדי ליצור משטח חלק בצד החיצוני. לאחר מכן, יש למרוח שכבה דקה של אפוקסי ברמה ימית או דבק על המשטח התחתון החיצוני של המנה. מעל ההיבק, מניחים סרט עבה של פוליאסטר בעובי שתי נקודות וחמישה מיקרון, לוחצים בחוזקה כדי לוודא שההיידוך מתפשט באופן שווה בין הסרט למשטח הפלסטיק העבה.בעדינות למשוך את הסרט בצורה צנטריפוגלית עם האצבעות, כדי ליצור משטח שטוח. לאחר שההיבש התייבש, שטפו לזמן קצר את המנה התחתונה של הפוליאסטר עם 95% אתנול. לאחר מכן, UV לעקר את המנה על ידי הצבת אותו תחת מקור חזק 254 ננומטר UV העירור.התאימו את משך הזמן והעוצמה כדי לספק מנה של UV של כ-330 מילי-ג'אול לס"מ מרובע. לאחר מכן, לדלל תערובת חלבון מטריצה חוץ תאית זמין מסחרית עם מדיום התרבות הרצוי ביחס של אחד עד 100. לעבוד על קרח כדי למנוע פילמור מטריצה, במהירות להחיל 100 microliters של תערובת בינונית על סרט פוליאסטר.מניחים את המכסה בחזרה על המנה כדי לשמור על סטריליות. לאחר ההקפאה, חודרים את המנות התחתונות מצופות המטריצה והפוליאסטר בתרבות התאים, חממה עם מאגר פחמן דו-חמצני ב-37 מעלות צלזיוס למשך 6 עד 12 שעות. לאחר הדגירה, שאפו את המדיום העודף וזרעו ישירות את פני השטח בתאים בצפיפות הרצויה.מניחים מיכל מים מתחת למטרה של מיקרוסקופ זקוף. לאחר מכן, באמצעות רכיבים אופטומכניים זמינים מסחרית, למקם את מחזיק המדגם בין המטרה לבין מתמר. ודא כי החלקים הנעים והנוקטים של שלבי התרגום נמצאים מחוץ למיכל או מעל קו המים כדי למנוע נזקי מים.לאחר מכן, מלאו את המיכל במים דה-מיונים ומוזלים עד למישור האופקי של מחזיק הדגימה, לפני שימוש במתמר הטבילה. באמצעות רכיבים אופטומכניים שאינם קורוסיביים וזמינים מסחרית, ודא כי מתמר במצב אלכסוני ביחס לנתיב האופטי. זה יבטיח שכל הגלים המשתקפים יופנו הרחק מהדגימה.התאם את תדירות מחולל הפונקציות לתדר השיא הנומינלי של מתמר. לאחר מכן, ליצור פולס מתח סינוזואידי של משך הרצוי ותדר החזרה, באמצעות מצב פרץ של מחולל הפונקציה. לאחר מכן, התאימו את מתח השיא לשיא לערך הרצוי.ודא שמשך הדופק קצר יותר מהזמן שחלף בין שני פולסים רצופים. חבר את הפלט של מחולל הפונקציות לקלט של אוסצילוסקופ. השתמש באוצילוסקופ כדי לאשר כי צורת הגל תואמת את האות הרצוי.לאחר מכן, חבר את הפלט של מחולל הפונקציות לקלט של כוח של מגבר RF בגודל תקין. באמצעות בדיקה הידרופון הפועלת עם טווח תדרים ועוצמה אקוסטית תואמת לזה של מתמר אולטרסאונד, בזהירות להביא את קצה החללית לפוקוס בתוך שדה המבט של המטרה במיקום המדגם. ודא כי הן בדיקה מתמר שקועים באמבט המים ולבצע יישור מראש ברוטו של המתמר על ידי מיקום חזותי הציר האקוסטי שלה לכיוון החללית הידרופון.ודא שהמרחק בין השניים תואם לאורך המוקד של התמר. אין להקפיץ את קצה ההידרופון עם כל אובייקט פיזי מלבד מים, שכן זה ישנה את הציפוי שלו וישפיע על המדידה. לאחר מכן, חבר את פלט ההידרופון לאחד קלט האותות של האוסצילוסקופ.לאחר מכן, חבר את גורם המפעיל של הסינכרון ממחולל הפונקציות לקלט אוסצילוסקופ אחר. דמיין את שני האותות בו זמנית על אוסצילוסקופ. לאחר מכן, כונן מתמר עם כמה מחזורי אולטרסאונד במחזור חובה נמוך משרעת נמוכה, כדי למנוע פגיעה בבדיקה.בדוק עם היצרן של הידרופון תנאי פעולה בטוחים, כדי למנוע פגיעה בקצה הידרופון. התאימו את ידית ה-S-division בהתאם לזמן הנסיעה של האולטרסאונד מפני השטח של מתמר להידרופון. חפש אות הידרופון על אוסצילוסקופ לאחר הדק הסנכרון.לאחר מכן, מפעילים באיטיות את המתמר באמצעות שלב XYZ ממונע או ידני. מקם את המתמר במצב המתאם עם אות ההידרופון המקסימלי. כאשר הקרן מיושרת כעת, למדוד את משרעת שיא לשיא של פלט הידרופון ב oscilloscope עבור מתחים שונים נהיגה המתמר.הקפד לא לחרוג ממגבלת הלחץ של ההידרופון. החלף את מדיום התרבות של התא במאגר ההדמיה הרצוי המכיל חמישה מיקרומולרים של צבע רגיש לסידן, כגון Fluo-4 AM. לאחר מכן, להחגור את צלחת התרבות באינקובטור פחמן דו חמצני ב 37 מעלות צלזיוס במשך שעה אחת. לאחר הדגירה, לשטוף בזהירות תאים עם מאגר זהה ללא צבע.לאחר מכן, מניחים את המנה במחזיק הדגימה. לרגש את התאים באמצעות תאורת אור כחול ב 490 ננומטר. כוונן את עוצמת העירור ואת החשיפה למצלמה כדי למנוע הלבנה מוגזמת או רוויית פיקסלים.בצע הדמיית זמן באמצעות מטרת טבילה עם מרחק עבודה ארוך לקבלת איכות תמונה טובה יותר, ולצמצם השתקפויות לא רצויות. כאן, תאי גליובלסטומה מוצגים על סרט פוליאסטר מצופה מטריצה חוץ-תאית במדיום תרבות סטנדרטי. תאים אלה כבר דגירה עם כתב פלואורסצנטי רגיש לסידן.בתמונה זו, הנקודות האדומות מייצגות תאים פלואורסצנטיים בודדים, המזוהים באמצעות תוכנת עיבוד תמונה. לאחר גירוי במשך 10 שניות עם אולטרסאונד, הגבהות סידן חזק היו דמיינו באזורים רבים של עניין. מספר אזורי העניין המופעלים מוצגים כאן לאורך זמן.לאחר ההפעלה 10 שניות עם אולטרסאונד, כ 70% מהאזורים נמצאו מעל ערכי סף המוגדרים על ידי המשתמש. בעת ניסיון הליך זה, חשוב לזכור ליישר את קרן אולטרסאונד לפני ביצוע מדידת פלואורסצנטיות.

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

סינתזה של Nanoemulsions שלב של משמרות עם הפצות גודל צרות לאידוי Droplet אקוסטית ואבלציה בועה משופרת אולטראסאונד בתיווך

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

טכניקת ריבוב הזמן Super פתרון הדמיה מפלטפורמה נעה

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

המצאה של השער-מתכונן התקני גראפן לסריקה מיקרוסקופית מנהור מחקרים עם זיהומים קולון

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

ייצור לתקשר ohmic בטכניקה ממוקד-אלומת יונים וחשמל אפיון לשכבת מבני ננו מוליך למחצה

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

ב ניתוח עומק של נוריות ידי שילוב של טומוגרפיה ממוחשבת X-ray (CT) ואור מיקרוסקופית (LM) בקורלציה עם מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (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

הדמיה ברזולוציה משנה ננומטר עם מיקרוסקופית כוח אטומי משרעת אפנון בנוזל

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

יון ממוקדת קרן פבריקציה נוספת של Nanobatteries המבוסס על LiPON של מצב מוצק ליתיום בחיי עיר בדיקה

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

מחט אולטרה סאונד תלת מימדי עצה מעקב עם מקלט אולטרסאונד סיבים אופטיים

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

התגרענות לשליטה של קוויטציה מן Plasmonic חלקיקי זהב לשיפור בעוצמה גבוהה ממוקד יישומים אולטרסאונד

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