이 작품은 ICT의 R &amp; MSIP / IITP, 한국 (: B0132-15-1001, 다음 이미징 시스템 개발 그랜트 없음)의 D 프로그램에 의해 지원되었다.

1. 디자인 평면 FMMD 측정 헤드 <ol><li> 측정 헤드 용 코일 방식을 선택합니다. 샘플 개의 (+)의 코일들 사이의 중앙에 앉아 시퀀스 - (-, +, +) A의 샘플을 위, 아래 두 개의 픽업 코일로 이루어진도 1에 따른 구성을 선택한다. (-) 반 시계 방향의 기호는 시계 방향에 대한 즉, 권선의 방향 (+)를 나타낸다. 따라서, 상기 픽업 코일의 감도는 샘플 두께에 걸쳐 거의 균일하게된다. <ol><li> 픽업 코일에 직접 유도 된 신호는 전치 증폭기의 포화를 방지하고, 시료의 최대 감도를 달성하기 위하여 상쇄되도록 여진 코일을 배치했다. 이러한 기본적인 디자인 룰을 만족 다른 구성이 고안 될 수있다. </li></ol></li><li> 최대 샘플 두께를 지정합니다. 여기에, 2mm를 사용합니다. <ol><li> 최대 샘플 t 유사한 픽업 코일의 직경 및 길이를 선택hickness. 여기에 2 mm의 내경 1.7 mm의 권선의 높이 3.7 mm의 평균 직경을 산출하는 선택되었다. 코일 폭은 4mm이다. </li><li> 모든 픽업 코일의 총 임피던스는 약 전치 증폭기의 입력 임피던스와 일치하는 선 직경 및 권취 코일의 권수를 선택. 이 조건은 검출 주파수에 제한을 부과한다. 1100 Ω의 최적 입력 임피던스를 갖는 연산 증폭기의 경우 네 픽업 코일은 0.08 mm 직경의 권선 (600)을 갖는다. 95.3 Ω 총 옴 직렬 저항 919 Ω 임피던​​스를 제공 1.9 MH, 총 인덕턴스를 산출 에나멜 동선. </li></ol></li><li> 고주파 여기 코일을 준비한다 (17) 샘플의 위치에서 자기장이 이상적으로는 약 0.5 (MT)에 달한다되도록. 코일의 내경은 3.8 mm이며, 경우에 예를 들어, 폭이 8.5 mm, 0.1 mm 바람 직경 476 권선 w 인<html> 분노. 여기에, 0.4 (MT)의 필드는 F (1) = 76,550 Hz에서 이루어졌다. </li><li> 샘플 준비 위치에서의 자계가 약 5 mT 내지 것을 저주파 대역 여기 코일 (17) 등. 코일의 내경 5 mm이며, 경우에 예를 들어, 폭이 8.5 mm, 풍력 0.12 mm 직경의 와이어 권선 000이다. 설정은 F 2 = 61 Hz에서 5 만 T를 얻었다. </li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig1.jpg" /> 상기 p FMMD도 1의 개략도 셋업. 두 측정 헤드는 전기적으로 서로 연결된다. 샘플 헤드 사이의 공간에 배치된다. (-) 기준 역할 고주파 여기 코일로부터 직접 입력란을 취소 검출 코일 (+)의 샘플 신호는 카운터 권취 검출 코일은 측정. 앰프 - 프리 앰프, X - 믹서, LPF - 로우 패스 필터, DAQ - 데이터 수집.대상 = &quot;_ 빈&quot;&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 2. 측정 헤드를 구축 <ol><li> 여기 및 검출 코일이 2 세트의 샘플의 상하에 부착되도록 상기 P-FMMD 구축. 코일의 각 세트는 저주파 구동 코일, 고주파 여기 코일, 및 축 gradiometer 배열 된 2 대향 상처 픽업 코일을 포함하는 차동 검출 코일로 구성된다. <ol><li> 검출 코일에 고주파 자극을 직접 유도 균형을 가능하도록하기 위해 차동 검출 코일에 적어도 하나의 여자 코일의 상대적인 조절 허용한다. 예를 들어, 검출 코일에 비해 상기 여기 코일의 상대적인 이동을 허용하는 스레드에 여자 코일을 탑재. 상기 p FMMD의 개략도는도 1에 도시되어있다.이 기술은 드로잉 및 설치의 사진을 보여주고있다. 상세한코일의 파라미터는 표 1에 나열되어 있습니다. </li></ol></li><li> 위와 강성 지지체에서 샘플 아래의 코일 세트를 탑재 동축 방향으로,도 1 및 2 참조. 두 개의 코일 세트는 서로에 대해 진동하지 않도록해야합니다. </li><li> 그러한 바와 같이, 각 여자 코일 세트로 고주파 여기 전류를인가하는 그들 사이의 상대 위치를 변경 함과 동시에 검출 코일 세트에서이 주파수에서 검출 된 신호를 측정하는 장치를 이용하여, 측정 헤드의 고주파 밸런스를 조정 오실로스코프 또는 잠금 증폭기. <ol><li> 몇 밀리 볼트의 낮은 직접 유도 전압, 직접 유도 즉, 1,000 명 이상의 배 억제를 조정합니다. 여자 전류와 감지 전압의 위상 시프트를 관찰함으로써 조정 가능성의 한계를 결정한다. 최소에서, 유도 된 전압이 90 ° 비교로서 위상 시프트 인직접 유도에 라. </li></ol></li></ol><img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig2.jpg" /> 그림 2. 기술 도면 및 p- FMMD 헤드의 사진. 수직 평면을 따라 크로스 섹션 (왼쪽 위)과 수평면 (왼쪽 아래)는 코일 권선 전에 열린 측정 헤드의 사진뿐만 아니라 표시됩니다. 1 - 알루미늄 지원, (2) - 검출 코일에 대한 전 코일, 3 - 여기 코일 전 스레드 코일가 이동 될 수있는 / 아래로 회전, 4로 - 샘플 지원 플레이트, 5 - 알루미늄 뚜껑, 6 - 샘플 스토퍼 지원, 7 - Y 방향 스토퍼 - x 방향, 8 스토퍼. 6-8은 스캔 제거됩니다. 상기 p FMMD 헤드의 크기는 29mm × 77mm × 68mm이다. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53869/53869fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 3. 설정 측정 전자 <ol><li> EXCI 구성저주파 구동 코일의 고주파 여기 코일 모두 두 오실레이터 및 전력 증폭기 이루어진 테이션 부. <ol><li> 오실레이터 2 (F)에 대한 저주파 전력 증폭기를 포함하는 저주파 드라이버 부 설정. 이 구동 용 코일 5 (MT)의 필드를 생성하기 위해 필요한 전류를 제공하도록 상기 증폭기의 전력을 계산한다. 여기에, 프로그램 오실레이터로 직접 디지털 합성 (DDS) 칩을 사용합니다. 전력 증폭기와 같은 고속의 버퍼를 사용한다. </li><li> 오실레이터 1 (F)에 대한 고주파 전력 증폭기를 포함하는, 고주파 자극 부를 설정한다. 이 여자 코일에 약 0.5 (MT)의 필드를 생성하기 위해 필요한 전류를 제공하도록 상기 전력 증폭기를 설정한다. DDS를 칩 각각 오실레이터 및 전력 증폭기와 같은 고속의 버퍼를 사용한다. </li></ol></li><li> preamplifie 구성된 검출부를 구성R, 제 믹서는 높은 주파수 (f) (1), 중간 증폭기 및 필터 {2 배 낮은 주파수에서 2 · 복조하는 제 2 혼합기와, 최종 필터 드라이버 출력으로부터 복조. 대안 적으로, 검출 전자 장치를 구현하는 두 개의 로크 인 증폭기를 사용한다. <ol><li> 프리 앰프 스테이지를 설정합니다. 검출 코일과 상기 이득 대역폭 곱의 임피던스를 고려하여, 입력 연산 증폭기 (OP)를 선택한다. 참고 문헌에 설명 된대로 계정에 지정된 전압 잡음과 영업 이익의 전류 잡음을 고려하여 소음 최적화 절차를 수행합니다. 10. 1 단 약 100의 증폭과 고속 저잡음 연산 증폭기를 선택한다. 후단은 비판적이지만, 출력 신호가없는 과부하로 인해 왜곡 된, 즉 전압 범위에 남아 있는지 확인. 여기에, 4.3 배 증폭과 저잡음 JFET 입력 연산 증폭기를 사용합니다. </li><li> f를을 설정IRST 복조 단계 1 F 고주파로 증폭 된 신호를 승산. 아날로그 곱셈기 칩을 사용하여 복조하기위한 위상 조정을 실현하기 위해 제 별도 DDS 칩에서 참조. 또한, 프리 앰프 (3.2.1), 최초의 복조기 (3.2.2) 및 고주파 발생기 (3.1.2)와 같은 종속 앰프를 사용합니다. </li><li> 중간 증폭 및 필터링 단계를 설정합니다. 이 ·이 F 패스의 신호 주파수가 흐트러 F 1, 1 F · 2에서 스퓨리어스 고주파 성분을 효율적으로 억제하면서하도록 저역 통과 필터를 구현한다. 약 100 개의 증폭 두 범용 연산 증폭기를 선택함으로써 예를 들어 적절한 중간 증폭을 선택. </li><li> 두 번 저주파 2 ·과 필터링 및 증폭 된 신호를 곱하여, 두 번째 복조 단계를 설정 F 2. 용도아날로그 곱셈기 칩 복조 위상 조정을 실현하기 위해 네 번째 별도 DDS 칩에서 참조하고. 또한, 중간 증폭기 (3.2.3), (3.2.4) 고조파 두 번째에서 두 번째 복조기 및 저주파 발생기 (3.1.1)으로 두 번째 고조파 복조 할 수있는 잠금 증폭기를 사용합니다. </li><li> 최종 증폭 및 필터링 단계를 설정합니다. 4에서의 스퓨리어스 고주파 성분 · F이 효율적으로 억제되는 동안 주사 주파수에서의 신호의 주파수가 흐트러 통과하도록 저역 통과 필터를 구현한다. 원하는 출력 전압 범위를 고려하여 적절한 최종 증폭을 선택. 10 총 증폭 두 개의 범용 연산 증폭기를 사용합니다. </li></ol></li></ol> 4. 설정 2D 스캐너 <ol><li> 움직임 평면 코일의 축선에 수직이되도록 2 차원 스캐너를 탑재. </li><li> 2 차원 스캐너를 제어하고 동기 acquiri프로그래밍 언어 파이썬 작성된 제 스크립트를 사용하여 평면 샘플 FMMD 신호의 2 차원 이미지를 얻기 위해 측정 전자 장치로부터의 출력 전압 겨. </li></ol> 5. 샘플 준비 <ol><li> 농도는 25.0 ㎎ / ㎖ 인 1 ㎛의 직경이 50 nm 내지 100 nm이고, 마그 헤 마이트 입자 직경 마그네타이트 입자를 사용한다. 물에 자성 입자를 용해 자석을 사용하여 분리하고 물을 폐기함으로써 상기 용액을 세척한다. 과정을 세 번 반복합니다. 증류수로 십분에 자성 입자 용액을 희석. </li><li> 생검 펀치를 사용하여 흡수 블로 팅 종이 조각을 펀칭하여 2.0 mm 직경 종이 펠렛 샘플을 준비합니다. 30 초 동안 서로 다른 농도의 자기 비드 솔루션을 적시 공기에서이를 건조 할 수 있습니다. 여기서, 나노 미터 크기의 입자 (100)의 0.04, 0.2, 1, 5 및 25 ㎎ / ㎖의 농도를 사용한다. </li><li> nitrocellulos를 사용하여 시료를 제조18.0 mm × 크기가 2.0 mm의 전자 막. 원액 1 ㎛ 직경 입자 용액으로 막을 담근다. 균일 한 막을 담가 샘플 및 농도 구배함으로써 하나 더 준비한다. (그림 5), 서로 다른 농도 비즈 솔루션에 멤브레인의 끝을 몸으로 농도 구배의 결과로이 작업을 수행합니다. </li><li> 10 μL 부피의 모세관 내의 샘플, 외경 400 ㎛의 길이가 40mm를 준비한다. 원액을 50 nm의 입자 직경 용액과 모세관을 채운다. 20 배 희석 한 용액과 두 번째 마이크로 튜브를 준비 (물 1.9 ㎖로 희석 용액 100 μl를 혼합). </li></ol> 6. 2D FMMD 검사를 수행 <ol><li> 평면 치수에 따른 × 샘플 B 선택 스캔 영역. 스캔 소프트웨어의 값을 입력합니다. </li><li> 스테핑 방향을 선택합니다. 일반적으로, 두 평면 치수의 짧은, 우리는 b를 호출하자 </&gt; EM, 그 이하 단계를 따라서 적은 가속 및 감속 단계를 필요로하기 때문에 방향을 단계별로 선택됩니다. </li><li> 선택 주사 속도 V 의한 로우 패스 필터링 된 신호 감소를 고려하여, 설명을 참조. 1 7mm / 초 사이의 값으로 속도를 조정한다. 스캔 소프트웨어의 값을 입력합니다. </li><li> 선택 스텝 거리 Δ B를 훨씬 달성 공간 분해능보다 작은 적어도 t = A / V 이용 될 전체 주사 시간 (t)이 될 필요가 없다는 것을 고려 · B / Δ (B) +1). 소프트웨어의 스테핑 거리를 입력합니다. </li><li> 2 차원 스캐너의 샘플을 탑재합니다. 접착 테이프를 사용하여 플라스틱 판에 고정합니다. </li></ol><img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig3.jpg" /> P-FMMD 측정 설정 그림 3. 사진. 샘플은 모터에 의해 이동 한 플라스틱 캐리어에 접착 테이프로 부착되어 있습니다단계 (왼쪽). 그런 다음 시료의 p FMMD 헤드 (오른쪽)에서 검색됩니다. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53869/53869fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <ol start="6"><li> 시작 버튼을 눌러 스캔을 수행한다. 25.0 mm (Y 축) 영역 ×도 5 및도 6 덮개 20.0 mm를 (X 축)의 스캔, 즉 여섯 25mm 긴 트레이스 스테이지 속도, X 방향으로 4.0 mm 단계와 y 축을 따라 스캔 된 1.0 mm / 초. 이는 약 2 분의 주사 시간에 달한다. </li></ol><img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig4.jpg" /> 스캔 소프트웨어의 그림 4. 그래픽 사용자 인터페이스. 스캔 매개 변수를 여기에 입력된다. 측정은 적색 버튼을 누름으로써 시작된다. 7. 이미지 처리 <ol><li> homemad를 이용한 매트릭스 형태로 원 데이터 변환파이썬에서 전자 스크립트. 2 열 쉼표로 구분 된 값 (CSV) 형식 파일의 추가 값과 함께 전체 스캔의 원시 데이터를 기록합니다. 여분의 열은이 스텝 운동하는 동안 해당 데이터를 캡처 나타냅니다. 스크립트 세그먼트 여분의 열 값의 각 변경에 원시 데이터 열 및 운동을 스테핑 동안 데이터 세그먼트를 제거합니다. 또한 행렬의 행이나 열로 나머지 연속 세그먼트를 바꾸어 결과 행렬을 구성하고 CSV 형식 파일로 행렬을 기록합니다. 참고 :이 연구의 P-FMMD 이미지는 파이썬 스크립트를 사용하여 생성됩니다. pyplot.contour 기능 및 Python 대한하기 matplotlib 라이브러리에서 pyplot.imshow 함수는 누적 각각 등고선과 배경색의 제조에 사용된다. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

측정 기술은 초상 자성 입자의 자화 곡선의 비선형 성을 이용한다. 양면 측정 헤드 동시에 자기 포화 입자 고주파 (F 1) 프로브 필드 비선형 자기 응답을 측정하기 위해 구동하는 성분 (2 f) 상기 샘플, 낮은 주파수로 서로 다른 주파수의 두 개의 자기 자극 필드를 적용 . 특히, 입사 필드 모두 고조파, m · 1 N · 2 (F), 및 합 주파수 (F...

<html> 자성 나노 입자 (MNP)는 선택적으로 염색질 변조 4와 mRNA의 단리 및 암 치료를위한 검색, 2, 3에 대한 목표 요소를 라벨링, 생체 분자의 조작 및 단 전지 (1)에 대해, 즉, 분자 생물학 및 의학에서의 광범위한 애플리케이션을 발견 . 5 인해 자신의 초상 자성 특성, 그들은 의료 영상에 특히 유용하다. 그들은 초전도 양자 간섭 장치 (SQUID) 검출기를 이용하여 자기 공명 영상 (MRI) 또는 감수성 이미징을위한 조영제 또는 트레이서로서, 예를 들면, 제공 할 수있다. 2, 6 초상 자성 나노 입자가 인체의 각 조직에 양호한 콘트라스트를 얻을 다이아 바디 또는 상자성이다. (7) 따라서, 입자는 편리 비교적 양호한 공간 분해능과 감도 인체 부품 의료 영상을 획득 할 수있다. (8) Gleich 및 Weizenecker (9)에 의해 도입 십t &quot;&gt; 자분 영상 (MPI) 기술은 입자의 자화의 비선형 성을 이용한다. 없거나 약한 자장 바이어스에서, 주파수 f의 AC 여기에 MNP의 반응은 강한 때문에 입자가 자기 적으로 포화 크기 때문에 감수성. 특히, 입자의 비선형 자화 높은 자장 바이어스에서와 고조파 N · F의 생성을 유발, N = 2, 3, 4 ... 제공 고조파 응답이 약해진다.에서 MPI를 기술은 시료가 완전히 전용 샘플의 비선형 응답에 기여할 근접이 선 또는 점에 위치한 입자를 포함한다. 전계가없는 라인 (FFL) 또는 필드가없는 지점 (FFP)을 제외 자화된다.으로 적합한 수신기 코일의 FFP 및 고용의 움직임은, Gleich 및 Weizenecker 1 mm의 공간 해상도와 MPI 이미지를 인수했다. 하기 위해서MNP의 공간 분포에 대한 정보를 얻는 두 가지 방법이 일반적으로 사용되며, 후자의 경우에는 전자석에 의해 시료에 대하여, 또는 FFL / FFP의 이동. (2, 3)와, 센서의 기계적 움직임 영상 재구성 기법 고조파 공간 MPI 3 X-공간 MPI 10, 11처럼 12이 필요합니다. MPI의 공간적 해상도는 여기 및 검출 코일의 컨볼 루션에 의해 특성뿐만 아니라, 자기장 기울기의 특성에 의해 결정된다. 이것은 영상 재구성 알고리즘 픽업 코일의 크기와 거리뿐만 아니라 맥스웰 방정식에 의해 관리되는 자계 분포에 의해 결정되는 기본 해상도 위에 향상된 해상도를 얻을 수있다. MPI 스캐너는 일반적으로 전체 시료 샘플 걸쳐 FFL이나 FFP 스티어링 용 제어 코일 시스템 고주파 excitatio 자화위한 강력한 자석으로 구성된다N 코일 시스템 및 시료의 비선형 응답을 픽업하기위한 검출 코일 시스템. 이 불포화 샘플 영역으로부터의 고조파 응답이 기록되는 동안 FFL / FFP 연속적 샘플 볼륨을 통해 이동된다. 스캐너에 시험편을 끼워 맞춤의 문제를 방지하기 위해, 편면 MPI 스캐너는 감소하지만 성능을 희생 GRAFE 외. (13)에 의해 입증되었다. 샘플이 자석과 코일에 의해 둘러싸여 경우 최상의 결과를 얻을 수있다. 시료가 완전히 FFL / FFP 영역을 제외한 자화되어야하기 때문에,이 기술은 비교적 부피가 크고 무거운 MPI 시스템 선도 수냉 비교적 크고 강한 자석을 필요로한다. 우리의 접근은 상자성 입자의 비선형 자화 곡선에서 믹싱 주파수에 기초한다. 14 초 paramagnets이 두 가지의 주파수 (F 및 F 1 &lt;에서 자기장에 노출 될 때/ EM&gt; 2), f를을 선형 조합 m ·을 나타내는 합 주파수 1 + N · 2 (정수 번호 m과 n은) 발생 f를. 이들 구성 요소의 모양 입자의 자화 곡선의 비선형 매우 구체적인 것으로 나타났다. 다시 말하면 (15), MNP 샘플 동시에 주파수 f 2 주파수에서 프로빙 필드에서 구동 자계에 노출 될 때 F (1)는, 입자는 주파수 (f)에 응답 필드를 생성 · 1 + 2 (F2). 이 합 주파수 따라서, 특이성이 매우 높고, 자화 비선형 샘플 존재하지 않을 것이다. 우리는이 방법을 &quot;주파수 자기 검출을 혼합&quot;(FMMD)라고합니다. 실험적 기술은 입자 농도의 강도의 네 개 오더의 동적 범위를 얻을 수 있다는 것을 확인하고있다. (14) &lt;전형적인 MPI 계측 달리 P 클래스 = &quot;jove_content는&quot;&gt; 자기 검출부 (p-FMMD) 방식을 혼합 한 평면 주파수 포화에 가까운 샘플 자화 필요없는 합 주파수 성분 (F)의 세대 1 + 2 · F 때문에 이 제로 고정 바이어스 자기장에서 최대이다. 따라서, 강한 자석 부피에 대한 필요성이 완화된다 14. 실제로, 측정 헤드의 바깥 치수는 29mm × 77mm 단 × 68mm이다. 비교를 위해, MPI 셋업은 일반적 미터 크기이다. 7 ​​단점이 있지만,이 기술은 현재의 설정 2 mm의 최대 두께가 평면 샘플로 제한된다는 점이다. 샘플은 양면 측정 헤드에 상대적으로 스캔한다. 두꺼운 샘플을 허용 재 건설이 가능하지만, 공간 해상도의 손실에서 거래 할 수있다. 이 FMMD 기술에 기초하여, 우리는 MPI detec의 특별한 형태를 제시토 평면 샘플은 (p-FMMD) 스캐너 &quot;평탄한 주파수 자기 검출 혼합 소위&quot;. 원리는 최근에 출판되었습니다. (17)이 작품에서, 우리는 기술과 현재의 프로토콜의 방법론에 초점을 어떻게 이러한 스캐너와 어떻게 검색을 수행하는 방법을 설정합니다. MPI는 심혈관 암 영상 등의 의료 진단을 위해 적용될 수 있음을 보여왔다. 16, 18, ​​19 거기서 새로운 MPI 스캐너 자성 입자를 측정하는, 예를 들면 전위 다양한 애플리케이션에 사용될 수 있다고 믿는다 조직 조각에 분포.

<table><tbody><tr><td>Magnetic particles &quot;SiMAG Silanol&quot;</td><td>Chemicell (http://www.chemicell.com)</td><td>1101-5</td><td>Aqueous dispersion of magnetic silica particles, Maghemite, dia. 1&amp;nbsp;&amp;micro;m</td></tr><tr><td>Magnetic nanoparticles &quot;fluidMAG-Amine&quot;</td><td>Chemicell (http://www.chemicell.com)</td><td>4121-5</td><td>Aqueous dispersion of magnetic nanoparticles, Magnetite, dia. 50&amp;nbsp;nm</td></tr><tr><td>Microtube 10 &amp;micro;l</td><td>Hirschmann Laborger&amp;auml;te (http://www.hirschmann-laborgeraete.de/?sc_lang=en)</td><td></td><td>volume 10 &amp;micro;l, outer diameter 400&amp;nbsp;&amp;micro;m, length 40 mm</td></tr><tr><td>Nitrocellulose Membrane Biodyne B</td><td>Thermo Scientific (http://www.thermoscientific.com)</td><td>77016</td><td>Biodyne B Nylon Membrane, 0.45&amp;nbsp;&amp;micro;m, 8&amp;nbsp;cm x 12 cm</td></tr><tr><td>DDS chip AD9834</td><td>Analog Devices (http://www.analog.com)</td><td>AD9834</td><td>20 mW Power, 2.3 V to 5.5 V, 75&amp;nbsp;MHz Complete DDS</td></tr><tr><td>Operational Amplifier AD829</td><td>Analog Devices (http://www.analog.com)</td><td>AD829</td><td>High Speed, Low Noise Video Op Amp</td></tr><tr><td>Analog Multiplier MPY634</td><td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td><td>MPY634</td><td>Wide Bandwidth Precision Analog Multiplier</td></tr><tr><td>High-Speed Buffer BUF634</td><td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td><td>BUF634</td><td>250&amp;nbsp;mA High-Speed Buffer</td></tr><tr><td>Operational Amplifier OPA627</td><td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td><td>OPA627</td><td>Precision High-Speed Difet(R) Operational Amplifiers</td></tr><tr><td>Operational Amplifier TL072</td><td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td><td>TL072</td><td>Dual Low-Noise JFET-Input General-Purpose Operational Amplifier</td></tr><tr><td>Lock-In Amplifier SR830</td><td>Stanford Instruments (http://www.thinksrs.com)</td><td>SR830</td><td>100 kHz DSP lock-in amplifier</td></tr><tr><td>XYZ motorized stage</td><td>Sciencetown, Incheon, Korea (http://mkmsll.en.ec21.com/)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cleanroom wiper</td><td>Seoul Semitech Co (http://www.seoulsemi.com)</td><td>CF-909</td><td>dimension 2.0 mm &amp;times; 18&amp;nbsp;mm</td></tr></tbody></table>

frequency mixing magnetic detection scanner for imaging magnetic particles in planar samples

평면 샘플의 자기 입자 영상 (MPI)를 수행하기위한 자기 인식 (P-FMMD) 스캐너를 혼합 평면 주파수의 설정이 표시됩니다. 이 U 자형지지 레그 상에 장착 된 샘플의 양측에 두 개의 자기 계측 헤드로 구성된다. 샘플은 로컬 61 Hz에서 77 kHz에서 두 개의 다른 주파수 강한 성분으로 이루어진 자기 자극 필드 약한 필드에 노출된다. 초상 자성 입자의 자화 비선형 특성 변조 승적의 발생을 일으킨다. 자화 비선형 입자의 높고 낮은 주파수 자계 입사 선택된 합 주파수 성분을 복조 전자가 기록된다. 두 주파수의 믹싱 로컬 발생하기 때문에 종래의 MPI 스캐너와 대조적으로, P-FMMD 전체 샘플 강한 자기장의 적용을 필요로하지 않는다. 따라서, 상기 샘플의 측면 치수는 아르스캔 범위 및 지지체에 의해 제한. 그러나, 샘플 높이의 공간 해상도를 결정한다. 현재 설정에서이 2mm로 제한됩니다. 예로서, 우리는 실라 행렬 및 행렬 실란 50nm의 자철광 입자를 1 ㎛ 직경 마그 헤 마이트 입자 샘플로부터 취득한 개의 20mm × 25 mm, P FMMD 이미지를 제시한다. 결과는 신규 MPI 스캐너 얇은 생체 시료 분석 용 의료 진단을 위해 적용될 수 있음을 보여준다.

도 5a는 샘플 평면의 좌표는 x 및 y 함수 같은 내부 이중 차동 검출 코일의 계산 된 감도 분포를 나타낸다. 이것은 네 개의 검출 코일에 의해 발생되는 중심면의 모든 점 (x, y)에 자기장의 중첩을 결정함으로써 역 방식으로 계산 하였다. 반대로, 이는 이들 각 점에서의 자기 모멘트 검출 코일의 감도를 결정한다. 계산은 무시할 높이 긴 ...

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Frequency Mixing Magnetic Detection Scanner for Imaging Magnetic Particles in Planar Samples

평면 샘플 자성 입자를 이미지화하는 스캐너는 자기 검출 기법 혼합 평탄한 주파수를 이용하여 개발되었다. 입자의 비선형 nonhysteretic 자화에서 자기 상호 변조 응답은 두 개의 주파수 대역 여기에 기록된다. 얇은 생물학적 시료의 2 차원 영상을 위해 사용될 수있다.

평면 샘플에 자석 입자 이미징에 대한 자기 인식 스캐너를 혼합 주파수

The setup of a planar Frequency Mixing Magnetic Detection (p-FMMD) scanner for performing Magnetic Particles Imaging (MPI) of flat samples is presented. ...

frequency-mixing-magnetic-detection-scanner-for-imaging-magnetic

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K 조회수.  Electronics & Telecommunication Research Institute (ETRI).  평면 샘플 자성 입자를 이미지화하는 스캐너는 자기 검출 기법 혼합 평탄한 주파수를 이용하여 개발되었다. 입자의 비선형 nonhysteretic 자화에서 자기 상호 변조 응답은 두 개의 주파수 대역 여기에 기록된다. 얇은 생물학적 시료의 2 차원 영상을 위해 사용될 수있다. 

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Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring 

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end organs. The latter include the lung, RES, and brain and are operative during human immunodeficiency virus type one (HIV-1) infection. Macrophage entry into tissues is notable in areas of active HIV-1 replication and sites of inflammation. In order to assess the potential of macrophages as nanocarriers, superparamagnetic iron-oxide and/or drug laden particles coated with surfactants were parenterally injected into HIV-1 encephalitic mice. This was done to quantitatively assess particle and drug biodistribution. Magnetic resonance imaging (MRI) test results were validated by histological coregistration and enhanced image processing. End organ disease as typified by altered brain histology were assessed by MRI. The demonstration of robust migration of nanoformulations into areas of focal encephalitis provides '"proof of concept" for the use of advanced bioimaging techniques to monitor macrophage migration. Importantly, histopathological aberrations in brain correlate with bioimaging parameters making the general utility of MRI in studies of cell distribution in disease feasible. We posit that using such methods can provide a real time index of disease burden and therapeutic efficacy with translational potential to humans.

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Bioimaging methods used to assess cell biodistribution of nanoparticles are applicable for therapeutic and diagnostic monitoring of nanoformulated compounds. The methods described herein are sensitive and specific when assessed by histological coregistration. The methodologies provide a translational pathway from rodent to human applications.

진단 및 치료 모니터링을위한 Nanomaterials 등록 Bioimaging

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end ...

연구

생체공학

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

Bacterial adhesion and growth on interfaces lead to the formation of three-dimensional heterogeneous structures so-called biofilms. The cells dwelling in these structures are held together by physical interactions mediated by a network of extracellular polymeric substances. Bacterial biofilms impact many human activities and the understanding of their properties is crucial for a better control of their development &#8212; maintenance or eradication &#8212; depending on their adverse or beneficial outcome. This paper describes a novel methodology aiming to measure in situ the local physical properties of the biofilm that had been, until now, examined only from a macroscopic and homogeneous material perspective. The experiment described here&#160;involves introducing magnetic particles into a growing biofilm to seed local probes that can be remotely actuated without disturbing the structural properties of the biofilm. Dedicated magnetic tweezers were developed to exert a defined force on each particle embedded in the biofilm. The setup is mounted on the stage of a microscope to enable the&#160;recording of time-lapse images of the particle-pulling period. The particle trajectories are then extracted from the pulling sequence and the local viscoelastic parameters are derived from each particle displacement curve, thereby providing the 3D-spatial distribution of the parameters. Gaining insights into the biofilm mechanical profile is essential from an engineer&#39;s point of view for biofilm control purposes but also from a fundamental perspective to clarify the relationship between the architectural properties and the specific biology of these structures.

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

This paper shows an original methodology based on the remote actuation of magnetic particles seeded in a bacterial biofilm and the development of dedicated magnetic tweezers to measure in situ the local mechanical properties of the complex living material built by micro-organisms at interfaces.

에 대한 마이크로 미터 프로브의 원격 자기 발동<em&gt; 현장에서</em세균 바이오 필름 물성&gt; 3D 매핑

Bacterial adhesion and growth on interfaces lead to the formation of three-dimensional heterogeneous structures so-called biofilms. The cells dwelling in ...

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan electron-paramagnetic-resonance (RS-EPR), which can provide quantitative information under in vivo conditions on oxygen concentration, pH, redox status and concentration of signaling molecules (i.e., OH&#8226;, NO&#8226;). The RS-EPR technique has a higher sensitivity, improved spatial resolution (1 mm), and shorter acquisition time in comparison to the standard continuous wave (CW) technique. A variety of phantom configurations have been tested, with spatial resolution varying from 1 to 6 mm, and spectral width of the reporter molecules ranging from 16 &#181;T (160 mG) to 5 mT (50 G). A cross-loop bimodal resonator decouples excitation and detection, reducing the noise, while the rapid scan effect allows more power to be input to the spin system before saturation, increasing the EPR signal. This leads to a substantially higher signal-to-noise ratio than in conventional CW EPR experiments.

Rapid Scan Electron Paramagnetic Resonance Opens New Avenues for Imaging Physiologically Important Parameters In Vivo

A new electron paramagnetic resonance (EPR) method, rapid scan EPR (RS-EPR), is demonstrated for 2D spectral spatial imaging which is superior to the traditional continuous wave (CW) technique and opens new venues for in vivo imaging. Results are demonstrated at 250 MHz, but the technique is applicable at any frequency.

빠른 스캔 전자 스핀 공명 이미징 생리 학적으로 중요 매개 변수에 대한 새로운 길을 엽니 다<em&gt; 생체</em

We demonstrate a superior method of 2D spectral-spatial imaging of stable radical reporter molecules at 250 MHz using rapid-scan ...

Magnetic Field Mapping using Off-Axis Electron Holography in the Transmission Electron Microscope

Off-axis electron holography is a powerful technique that involves the formation of an interference pattern in a transmission electron microscope (TEM) by overlapping two parts of an electron wave, one of which has passed through a region of interest on a specimen and the other is a reference wave. The resulting off-axis electron hologram can be analyzed digitally to recover the phase difference between the two parts of the electron wave, which can then be interpreted to provide quantitative information about local variations in electrostatic potential and magnetic induction within and around the specimen. Off-axis electron holograms can be recorded while a specimen is subjected to external stimuli such as elevated or reduced temperature, voltage, or light. The protocol that is presented here describes the practical steps that are required to record, analyze, and interpret off-axis electron holograms, with a primary focus on the measurement of magnetic fields within and around nanoscale materials and devices. Presented here are the steps involved in the recording, analysis, and processing of off-axis electron holograms, as well as the reconstruction and interpretation of phase images and visualization of the results. Also discussed are the need for optimization of the specimen geometry, the electron optical configuration of the microscope, and the electron hologram acquisition parameters, as well as the need for the use of information from multiple holograms to extract the desired magnetic contributions from the recorded signal. The steps are illustrated through a study of specimens of B20-type FeGe, which contain magnetic skyrmions and were prepared with focused ion beams (FIBs). Prospects for the future development of the technique are discussed.

Guidelines are presented for recording and interpreting off-axis electron holograms to provide quantitative images of magnetic fields in nanoscale materials and devices in the transmission electron microscope.

Off-axis electron holography is a powerful technique that involves the formation of an interference pattern in a transmission electron microscope (TEM) by ...

공학

High-Temperature and High-Pressure In situ Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There exists a drive to characterize materials under conditions relevant to the chemical process of interest. To address this, in situ high-temperature, high-pressure MAS NMR methods have been developed to enable the observation of chemical interactions over a range of pressures (vacuum to several hundred bar) and temperatures (well below 0 &#176;C to 250 &#176;C). Further, the chemical identity of the samples can be comprised of solids, liquids, and gases or mixtures of the three. The method incorporates all-zirconia NMR rotors (sample holder for MAS NMR) which can be sealed using a threaded cap to compress an O-ring. This rotor exhibits great chemical resistance, temperature compatibility, low NMR background, and can withstand high pressures. These combined factors enable it to be utilized in a wide range of system combinations, which in turn permit its use in diverse fields as carbon sequestration, catalysis, material science, geochemistry, and biology. The flexibility of this technique makes it an attractive option for scientists from numerous disciplines.

The molecular structures and dynamics of solids, liquids, gases, and mixtures are of critical interest to diverse scientific fields. High-temperature, high-pressure in situ MAS NMR enables detection of the chemical environment of constituents in mixed phase systems under tightly controlled chemical environments.

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There ...

화학

Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for specialized equipment and trained personnel require that many diagnostic tests be performed at remote, centralized clinical laboratories. Magnetic levitation is a simple yet powerful technique and can be applied to levitate cells, which are suspended in a paramagnetic solution and placed in a magnetic field, at a position determined by equilibrium between a magnetic force and a buoyancy force. Here, we present a versatile platform technology designed for point-of-care diagnostics which uses magnetic levitation coupled to microscopic imaging and automated analysis to determine the density distribution of a patient's cells as a useful diagnostic indicator. We present two platforms operating on this principle: (i) a smartphone-compatible version of the technology, where the built-in smartphone camera is used to image cells in the magnetic field and a smartphone application processes the images and to measures the density distribution of the cells and (ii) a self-contained version where a camera board is used to capture images and an embedded processing unit with attached thin-film-transistor (TFT) screen measures and displays the results. Demonstrated applications include: (i) measuring the altered distribution of a cell population with a disease phenotype compared to a healthy phenotype, which is applied to sickle cell disease diagnosis, and (ii) separation of different cell types based on their characteristic densities, which is applied to separate white blood cells from red blood cells for white blood cell cytometry. These applications, as well as future extensions of the essential density-based measurements enabled by this portable, user-friendly platform technology, will significantly enhance disease diagnostic capabilities at the point of care.

We present a magnetic levitation technique coupled with automated imaging and analysis in both a smartphone-compatible device and a device with embedded imaging and processing. This is applied to measure the density distribution of cells with two demonstrated biomedical applications: sickle cell disease diagnosis and separating white and red blood cells.

질병 진단을위한 휴대용 이미징 및 분석과 결합 자기 부상

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for ...

Rapid Homogeneous Detection of Biological Assays Using Magnetic Modulation Biosensing System

A magnetic modulation biosensing system (MMB) [1,2] rapidly and homogeneously detected biological targets at low concentrations without any washing or separation step. When the IL-8 target was present, a 'sandwich'-based assay attached magnetic beads with IL-8 capture antibody to streptavidin coupled fluorescent protein via the IL-8 target and a biotinylated IL-8 antibody. The magnetic beads are maneuvered into oscillatory motion by applying an alternating magnetic field gradient through two electromagnetic poles. The fluorescent proteins, which are attached to the magnetic beads are condensed into the detection area and their movement in and out of an orthogonal laser beam produces a periodic fluorescent signal that is demodulated using synchronous detection. The magnetic modulation biosensing system was previously used to detect the coding sequences of the non-structural Ibaraki virus protein 3 (NS3) complementary DNA (cDNA) [2]. The techniques that are demonstrated in this work for external manipulation and condensation of particles may be used for other applications, e.g. delivery of magnetically-coupled drugs in-vivo or enhancing the contrast for in-vivo imaging applications.

Magnetic modulation biosensing system is utilized to rapidly, sensitively and simply detect biological assays, such as DNA molecules and proteins.

자기 변조 Biosensing 시스템을 사용하여 생물 학적 Assays의 급속한 동차 검색

A magnetic modulation biosensing system (MMB) [1,2] rapidly and homogeneously detected biological targets at low concentrations without any washing or ...

생물학

Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force microscopy (AFM) probe whose tip has been magnetized vertically (i.e., perpendicular to the probe cantilever) is oscillated at a fixed height above the sample surface. The resultant shifts in the oscillation phase or frequency, which are proportional to the magnitude and sign of the vertical magnetic force gradient at each pixel location, are then tracked and mapped. Although the spatial resolution and sensitivity of the technique increases with decreasing lift height above the surface, this seemingly straightforward path to improved MFM images is complicated by considerations such as minimizing topographical artifacts due to shorter range van der Waals forces, increasing the oscillation amplitude to further improve sensitivity, and the presence of surface contaminants (in particular water due to humidity under ambient conditions). In addition, due to the orientation of the probe's magnetic dipole moment, MFM is intrinsically more sensitive to samples with an out-of-plane magnetization vector. Here, high-resolution topographical and magnetic phase images of single and bicomponent nanomagnet artificial spin-ice (ASI) arrays obtained in an inert (argon) atmosphere glovebox with &lt;0.1 ppm O2 and H2O are reported. Optimization of lift height and drive amplitude for high resolution and sensitivity while simultaneously avoiding the introduction of topographical artifacts is discussed, and detection of the stray magnetic fields emanating from either end of the nanoscale bar magnets (~250 nm long and &lt;100 nm wide) aligned in the plane of the ASI sample surface is shown. Likewise, using the example of a Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy (MSMA), MFM is demonstrated in an inert atmosphere with magnetic phase sensitivity capable of resolving a series of adjacent magnetic domains each ~200 nm wide.

Magnetic force microscopy (MFM) employs a vertically magnetized atomic force microscopy probe to measure sample topography and local magnetic field strength with nanoscale resolution. Optimizing MFM spatial resolution and sensitivity requires balancing decreasing lift height against increasing drive (oscillation) amplitude, and benefits from operating in an inert atmosphere glovebox.

자기력 현미경 분해능과 감도를 최적화하여 나노스케일 자기 도메인 시각화

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force ...

Quantifying Mixing using Magnetic Resonance Imaging

Mixing is a unit operation that combines two or more components into a homogeneous mixture. This work involves mixing two viscous liquid streams using an in-line static mixer. The mixer is a split-and-recombine design that employs shear and extensional flow to increase the interfacial contact between the components. A prototype split-and-recombine (SAR) mixer was constructed by aligning a series of thin laser-cut Poly (methyl methacrylate) (PMMA) plates held in place in a PVC pipe. Mixing in this device is illustrated in the photograph in Fig. 1. Red dye was added to a portion of the test fluid and used as the minor component being mixed into the major (undyed) component. At the inlet of the mixer, the injected layer of tracer fluid is split into two layers as it flows through the mixing section. On each subsequent mixing section, the number of horizontal layers is duplicated. Ultimately, the single stream of dye is uniformly dispersed throughout the cross section of the device.
 Using a non-Newtonian test fluid of 0.2% Carbopol and a doped tracer fluid of similar composition, mixing in the unit is visualized using magnetic resonance imaging (MRI). MRI is a very powerful experimental probe of molecular chemical and physical environment as well as sample structure on the length scales from microns to centimeters. This sensitivity has resulted in broad application of these techniques to characterize physical, chemical and/or biological properties of materials ranging from humans to foods to porous media 1, 2. The equipment and conditions used here are suitable for imaging liquids containing substantial amounts of NMR mobile 1H such as ordinary water and organic liquids including oils. Traditionally MRI has utilized super conducting magnets which are not suitable for industrial environments and not portable within a laboratory (Fig. 2). Recent advances in magnet technology have permitted the construction of large volume industrially compatible magnets suitable for imaging process flows. Here, MRI provides spatially resolved component concentrations at different axial locations during the mixing process. This work documents real-time mixing of highly viscous fluids via distributive mixing with an application to personal care products.

Magnetic resonance imaging (MRI) provides a powerful tool to evaluate the effectiveness of process equipment during operation. We discuss the use of MRI to visualize mixing in a static mixer. The application is relevant to personal care products, but can be applied to a broad range of food, chemical, biomass and biological fluids.

자기 공명 영상을 사용하여 혼합 Quantifying

Mixing is a unit operation that combines two or more components into a homogeneous mixture.  This work involves mixing two viscous liquid streams using an ...

Fabrication of Magnetic Platforms for Micron-Scale Organization of Interconnected Neurons

The ability to direct neurons into organized neural networks has great implications for regenerative medicine, tissue engineering, and bio-interfacing. Many studies have aimed at directing neurons using chemical and topographical cues. However, reports of organizational control on a micron-scale over large areas are scarce. Here, an effective method has been described for placing neurons in preset sites and guiding neuronal outgrowth with micron-scale resolution, using magnetic platforms embedded with micro-patterned, magnetic elements. It has been demonstrated that loading neurons with magnetic nanoparticles (MNPs) converts them into sensitive magnetic units that can be influenced by magnetic gradients. Following this approach, a unique magnetic platform has been fabricated on which PC12 cells, a common neuron-like model, were plated and loaded with superparamagnetic nanoparticles. Thin films of ferromagnetic (FM) multilayers with stable perpendicular magnetization were deposited to provide effective attraction forces toward the magnetic patterns. These MNP-loaded PC12 cells, plated and differentiated atop the magnetic platforms, were preferentially attached to the magnetic patterns, and the neurite outgrowth was well aligned with the pattern shape, forming oriented networks. Quantitative characterization methods of the magnetic properties, cellular MNP uptake, cell viability, and statistical analysis of the results are presented. This approach enables the control of neural network formation and improves neuron-to-electrode interface through the manipulation of magnetic forces, which can be an effective tool for in vitro studies of networks and may offer novel therapeutic biointerfacing directions.

This work presents a bottom-up approach to the engineering of local magnetic forces for control of neuronal organization. Neuron-like cells loaded with magnetic nanoparticles (MNPs) are plated atop and controlled by a micro-patterned platform with perpendicular magnetization. Also described are magnetic characterization, MNP cellular uptake, cell viability, and statistical analysis.

상호 연결된 뉴런의 마이크론 규모의 조직을 위한 자기 플랫폼 제작

The ability to direct neurons into organized neural networks has great implications for regenerative medicine, tissue engineering, and bio-interfacing. ...

평면 샘플에 자석 입자 이미징에 대한 자기 인식 스캐너를 혼합 주파수

요약

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