Bu çalışma BİT Ar-MSIP / IITP, Kore Cumhuriyeti (: B0132-15-1001 Sonraki Görüntüleme Sistemi Geliştirilmesi Hibe No) D programı tarafından desteklenmiştir.

1. Tasarım Düzlemsel FMMD Ölçüm Başkanı <ol><li> Ölçüm kafasına bir bobin düzeni seçin. Örnek İki (+) bobinleri arasındaki merkezinde oturan, sırası - (-, +, +), bir numune yukarıda ve aşağıda, iki, iki başlatma bobin oluşan, Şekil 1 &#39;e göre bir yapılandırma seçin. (-) Saat yönünün tersine işareti saat yönünde ve için, yani sarma yönünü, (+) işaret eder. Bu durumda, başlatma bobinlerin hassasiyeti örneği kalınlığı boyunca hemen hemen homojen bir hale gelir. <ol><li> pikap bobin doğrudan neden olduğu sinyal preamplisinin doygunluğunu önlemek ve örnek azami hassasiyet elde etmek için dışarı iptal şekilde uyarma bobinleri yerleştirin. Bu temel tasarım kurallarını yerine getirmek Diğer yapılandırmaları icat edilebilir. </li></ol></li><li> Maksimum numune kalınlığının belirtin. Burada, 2 mm kullanın. <ol><li> maksimum örnekleme t benzer pikap bobin çapını ve uzunluğunu seçinhickness. Burada, 2 mm&#39;lik bir iç çapı 1.7 mm olan sargıların yüksekliği 3.7 mm arasında bir ortalama çapa getirir ve burada, seçilmiştir. Bobin genişliği 4 mm&#39;dir. </li><li> Tüm pikap bobinlerinin toplam empedansı yaklaşık preamplisinin giriş empedansını eşleştiğini tel çapı ve pikap bobin sargıları sayısını seçin. Bu durum saptama sıklığı kısıtlamalar getirir. 1,100 Ω optimum giriş empedansı, bir işlemsel kuvvetlendirici durumunda dört pikap bobinleri 0.08 mm çapında 600 sargılar vardır. 95,3 Ω toplam Ohmik seri direnç ve 919 Ω empedans verir 1.9 mH, toplam endüktansı veren emaye bakır tel. </li></ol></li><li> Yüksek frekanslı uyarma bobinleri hazırlayın 17 numunenin yerde manyetik alan ideal olarak yaklaşık 0.5 mT tutarındaki şekilde. bobinin iç yarıçapı 3.8 mm&#39;dir ve Örneğin, genişlik 8.5 mm, rüzgar 0.1 mm çapında 476 sargılar w<html> ire. Burada, 0.4 mT bir alan f 1 = 76.550 Hz sağlandı. </li><li> Hazırlayın numunenin yerde manyetik alan yaklaşık 5 mT olduğunu düşük frekanslı uyarma bobinleri 17 gibi. bobinin iç yarıçapı 5mm ve Örneğin, genişlik 8.5 mm, rüzgar 0.12 mm çapında tel 2,000 sargı olup. Kurulum f 2 = 61 Hz&#39;de 5 mT vermiştir. </li></ol><img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig1.jpg" /> P-FMMD Şekil 1. şematik çizimi set-up. İki ölçüm kafaları elektronik birbirine bağlanır. Örnek başları arasındaki boşluk yerleştirilir. (-) Referans olarak hizmet yüksek frekans uyarı bobinleri doğrudan alanını iptal etmek için algılama bobinleri (+) örnek sinyali, karşı-yara algılama bobinleri ölçün. Amp - preamplifier x - mikser, LPF - düşük geçiş filtresi, DAQ - veri toplama.target = &quot;_ blank&quot;&gt; bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız. 2. Ölçüm Başkanı Construct <ol><li> Uyarı ve tespit bobinleri iki takım örnek üstünde ve altında bağlandıkları şekilde, p-FMMD oluşturun. bobinlerin Her set düşük frekanslı sürücü bobin, yüksek frekanslı uyarma bobin ve eksenel gradyometre yapılandırmasında iki zıt yara alma bobinleri içeren bir diferansiyel algılama bobini oluşur. <ol><li> saptama bobini içine yüksek frekanslı uyarım doğrudan indüklenmesi dengelemek için edebilmek için diferansiyel algılama bobini, en az bir uyarım bobini lik bir ayarlanabilirliğine olanak sağlamaktadır. Örneğin, algılama bobininin karşı uyarı bobini nispi hareketine izin veren bir parçacığı üzerinde uyarıcı elektrik bobini monte edin. P-FMMD şematik diyagramı Şekil 1&#39;de gösterilmiştir. 2 teknik çizim ve kurulum bir fotoğrafı tasvir Şekil. Detaylıbobinlerin parametreleri Tablo 1 &#39;de listelenmiştir. </li></ol></li><li> Yukarıda ve sert destek örneği aşağıda rulo kümeleri monte koaksiyel bir yönlendirme ile, Şekil 1 ve 2&#39;ye bakınız. İki bobin setleri birbirlerine göre titreşimle yok emin olun. </li><li> Böyle bir şekilde, söz konusu uyarım bobin grubu için yüksek frekanslı uyarım akımı uygulanarak bunların arasındaki nispi pozisyon değiştirilerek ve aynı anda algılama bobini grubu bu frekansta saptanan sinyali, ölçüm ekipmanı kullanılarak ölçüm kafasının yüksek frekanslı dengesini ayarlama osiloskop veya bir kilit-amplifikatör. <ol><li> Bir kaç milivolt gibi düşük doğrudan indüklenen gerilimi, direkt indüksiyon, yani 1.000 &#39;den fazla kat bastırma ayarlayın. uyarma akımı ve tespit voltaj arasındaki faz kaymasını gözlemleyerek adjustability sınırını belirleyin. En azından, indüklenen gerilim 90 ° karşılaştırmak gibi faz kaydırmalı olduğuDoğrudan indüksiyon d. </li></ol></li></ol><img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig2.jpg" /> Şekil 2. Teknik çizim ve p-FMMD kafa fotoğraf. Dikey bir düzlem boyunca kesiti (sol üst) ve yatay bir düzlem (sol alt) bobin sarma önce açılmış ölçüm kafasının bir fotoğraf yanı sıra gösterilmiştir. 1 - Alüminyum desteği, 2 - algılama bobinleri eski bobin, 3 - uyarma bobinleri eski dişli bobin yukarı hareket ettirilebilir olan / aşağı dönme, 4 ile - örnek destek plakaları, 5 - alüminyum kapak, 6 - Numune stoper desteği, 7 - y yönünde tıpa - x doğrultusunda, 8 Durdurma. 6-8 taraması için kaldırılır. P-FMMD baş büyüklüğü 29 mm x 77 mm x 68 mm dir. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53869/53869fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> 3. kurma Ölçüm Elektroniği <ol><li> exci yapılandırmadüşük frekanslı sürücü bobini ve yüksek frekanslı uyarma bobin hem de iki osilatörler ve güç yükselteçleri oluşan tasyonu bölümü. <ol><li> Bir osilatör ve 2 f düşük frekans için bir güç amplifikatörü olup, düşük frekanslı sürücü bölümü ayarlayın. sürücünün kangal yaklaşık 5 mT alanını üretmek için gerekli akımı sağlayan şekilde amplifikatörün gücünü hesaplamak. Burada, programlanabilir osilatör olarak Doğrudan Dijital Sentez (DDS) çipi kullanmak. güç yükselticisi olarak yüksek hızlı bir tampon kullanır. </li><li> Bir osilatör ve 1 f, yüksek frekans için bir güç amplifikatörü ihtiva eden, yüksek frekanslı uyarım bölümü ayarlayın. o uyarma bobini yaklaşık 0.5 mT alanını üretmek için gerekli akımı sağlayan bu tür güç amplifikatörü ayarlayın. Bir DDS çip ve sırasıyla osilatör ve güç amplifikatörü gibi yüksek hızlı bir tampon kullanın. </li></ol></li><li> Bir preamplifie oluşan denetimi bölümü yapılandırmar, ilk karıştırıcı yüksek frekanslı f 1, bir ara amplifikatör ve filtre, 2 f iki kez düşük frekanslı 2 · dan demodulate için ikinci bir mikser ve bir nihai filtre ve çıkış sürücüsünden demodulate için. Alternatif olarak, algılama elektronik uygulamak için iki kilit-amplifikatörler kullanın. <ol><li> preamplifier sahne ayarlayın. algılama bobini ve kazanç bant genişliği ürün empedansı göz önüne alındığında, giriş operasyonel amplifikatör (OP) seçin. Ref açıklandığı gibi, hesaba belirtilen gerilim gürültü ve OP mevcut gürültü alarak gürültü optimizasyon prosedürü uygulayın. 10. ilk aşamada yaklaşık 100 bir amplifikasyon ile, yüksek hızlı, düşük-ses işlemsel seçin. Sonraki aşama eleştirmeyen, ama çıkış sinyali değil yüklenme nedeniyle bozuk, yani voltaj aralığında kalmasını kontrol edin. Burada, 4.3 kat büyütme ile düşük gürültü JFET giriş operasyonel amplifikatör kullanın. </li><li> f kurmakIRST demodülasyon sahne, 1 f yüksek frekans ile güçlendirilmiş sinyali çarpılması. Bir analog çarpma çip kullanın ve demodülasyon için ayarlanabilir bir faz gerçekleştirmek için ikinci bir ayrı DDS çip başvuru. Alternatif olarak, preamplifier (3.2.1), ilk demodülatör (3.2.2) ve yüksek frekans jeneratörü (3.1.2) gibi bir kilit-amplifikatör kullanın. </li><li> orta büyütme ve filtreleme sahne ayarlayın. 2 · 2 f geçer sinyal frekansı rahatsız f 1 ve 1 f 2 · En sahte yüksek frekans bileşenleri verimli bastırılır ise böyle bir low-pass filtre uygulamak. yaklaşık 100 toplam amplifikasyonu olan iki genel amaçlı operasyonel yükselticiler seçerek, örneğin, uygun bir ara madde amplifikasyon, seçin. </li><li> Iki düşük frekanslı 2 · süzüldü ve güçlendirilmiş bir sinyal çarpılması, ikinci demodülasyon sahne kurmak f 2. kullanımBir analog çarpma çip demodülasyon için ayarlanabilir bir faz gerçekleştirmek için dördüncü ayrı DDS çip başvurmak ve. Alternatif olarak, orta amplifikatör (3.2.3), (3.2.4) harmonik ikinci ikinci demodülatör ve düşük frekans jeneratörü (3.1.1) ikinci harmonik demodülasyon kapasitesine sahip bir kilit-amplifikatör kullanın. </li><li> Nihai amplifikasyon ve filtreleme sahne ayarlayın. 4 ° C&#39;de sahte yüksek frekans bileşenleri · f 2 verimli bastırılır ise tarama frekansı sinyal frekansı bozulmamış geçtiği şekilde bir low-pass filtre uygulamak. İstenen çıkış gerilim aralığını göz önünde bulundurarak, uygun bir son amplifikasyon seçin. yaklaşık 10 olmak üzere toplam büyütmesi ile iki genel amaçlı operasyonel amplifikatörler kullanın. </li></ol></li></ol> 4. kurma 2B Tarayıcı <ol><li> Hareket düzlemi bobinin eksenine dik olacak şekilde bir 2B tarayıcı monte edin. </li><li> 2B tarayıcıyı kontrol ve eşzamanlı acquiriprogramlama dili Python ile yazılmış bir ev yapımı script kullanarak düzlemsel örnek FMMD sinyalinin 2D görüntü elde etmek için ölçüm elektroniği çıkış gerilimini ng. </li></ol> 5. Örnek hazırlayın <ol><li> konsantrasyonu 25.0 mg / mL olan 1 um&#39;lik bir çapa sahip 50 nm ve 100 nm ve maghemit parçacık çaplı manyetit parçacıkları kullanın. Su içinde manyetik parçacıkları eritilmesi, bir mıknatıs kullanılarak ayırarak ve suyu atarak çözeltisi yıkama. prosedürü üç kez tekrarlayın. damıtılmış su ile onda biri manyetik parçacık çözeltisi ile seyreltilir. </li><li> Bir biyopsi yumruk kullanarak emici kurutma kağıdı parçaları delme ile 2.0 mm çaplı kağıt pelet örnekleri hazırlayın. 30 sn farklı konsantrasyonlarda manyetik boncuk çözüm onları ıslatın ve havada kurumaya bırakın. Burada, 100 nm boyutlu parçacıklar, 0.04, 0.2, 1, 5, ve 25 mg / ml konsantrasyonları kullanırlar. </li><li> Bir nitrocellulos kullanılarak bir numune hazırlama18.0 mm × büyüklüğü 2.0 mm e membran. sulandırılmamış 1 mikron çaplı parçacık çözümü ile membran ıslatın. bir eşit zarı ıslatarak örnek ve bir konsantrasyon gradyanı yaparak başka bir hazırlayın. (Şekil 5), farklı konsantrasyon ile boncuk çözelti içinde membranın uçlarını sırılsıklam konsantrasyon gradyanı ile sonuçlanan bunu yapın. </li><li> 10 ul hacminde bir kılcal tüp içinde bir örnek, dış çapı 400 um, uzunluğu 40 mm hazırlayın. Seyreltilmemiş 50 nm çapında partikül çözeltisi ile kılcal tüp doldurun. 20x seyreltilmiş çözeltisi ile ikinci bir mikrotüp hazırlanması (su 1.9 ml sulandırılmamış çözeltisi 100 ul karışımı). </li></ol> 6. 2D FMMD Tarama gerçekleştirin <ol><li> Düzlemsel boyutlarına göre bir × örnek b seçin tarama alanı. tarama yazılımı değerleri girin. </li><li> step yönünü seçin. Genellikle, iki düzlemsel boyutların kısa, bize b diyelim </&gt; Em, daha az adımları ve böylece daha az hızlanma ve yavaşlama aşamaları gerektirdiğinden yönünü adım olarak seçilecektir. </li><li> Seç tarama hızı v nedeniyle low-pass filtreleme sinyal azalması dikkate alınarak, tartışma bakın. 1 ve 7 mm / sn arası bir değere hızını ayarlayın. tarama yazılımı olarak değerini girin. </li><li> Seç adım mesafe Δ b çok ulaşılabilir uzaysal çözünürlüğü daha küçük ve en azından t = a / v olacak toplam tarama süresi t olması gerekmez dikkate alarak · b / Δ b 1). Yazılımda adım mesafesini girin. </li><li> 2B tarayıcıya örnek monte edin. yapışkan bant kullanarak plastik plaka üzerinde Fix it. </li></ol><img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53869/53869fig3.jpg" /> P-FMMD ölçüm kurulum Şekil 3. Fotoğraf. Örnek motor tarafından taşınan plastik bir taşıyıcı üzerine yapışkan bant ile yapıştırılmıştırevre (solda). Sonra örnek p-FMMD kafası (sağda) taranır. <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/files/ftp_upload/53869/53869fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <ol start="6"><li> start butonuna basarak taramayı gerçekleştirin. 25.0 mm (y ekseni) bölgesi, × Şekil 5 ve 6 kapağın bir 20.0 mm (x ekseni) taramaları, yani altı 25 mm uzunluğunda izleri bir sahne hızında, x yönünde 4.0 mm adımlarla, y ekseni boyunca tarandı 1.0 mm / sn arasında. Bu, yaklaşık 2 dakikalık bir tarama süresi tekabül etmektedir. </li></ol><img alt="Şekil 4," src="/files/ftp_upload/53869/53869fig4.jpg" /> Tarama yazılımı Şekil 4. Grafik Kullanıcı Arayüzü. Tarama parametreleri burada girilir. Ölçüm kırmızı düğmeye basarak başlatılır. 7. Görüntü İşleme <ol><li> Bir homemad kullanarak matris formuna ham verileri dönüştürmekPython e script. 2 sütunlu virgülle ayrılmış değerler (CSV) biçiminde dosyasında ekstra değerler ile birlikte tüm tarama ham verileri yapın. Ekstra sütun adım hareketi sırasında gelen veri yakalama gösterir. komut bölümleri ekstra sütun değeri her değişiminde ham veri sütunu ve hareket adım sırasında veri kesimleri kaldırır. Aynı zamanda matris satır veya sütunların içine kalan ardışık segmentleri koyarak Elde edilen matris oluşturur ve bir CSV formatında dosyaya matrisi yazar. Not: Bu çalışmanın p-FMMD görüntüleri bir python komut dosyası kullanılarak oluşturulur. pyplot.contour fonksiyonu ve python için matplotlib kitaplığından pyplot.imshow fonksiyonu kümülatif sırasıyla kontür ve arka plan renkleri hazırlanmasında kullanılmaktadır. </li></ol>

<ol>
	<li>Tseng, P., Judy, J. W., Di Carlo, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+nanoparticle-mediated+massively+parallel+mechanical+modulation+of+single-cell+behavior.">Magnetic nanoparticle-mediated massively parallel mechanical modulation of single-cell behavior.</a> Nat meth. 9 (11), 1113-1119 (2012).</li><li>Borgert, 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=Fundamentals+and+applications+of+magnetic+particle+imaging.">Fundamentals and applications of magnetic particle imaging.</a> J. Cardiovasc. Comput. Tomogr. 6 (3), 149-153 (2012).</li><li>Buzug, T. 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=Magnetic+particle+imaging:+introduction+to+imaging+and+hardware+realization.">Magnetic particle imaging: introduction to imaging and hardware realization.</a> Z. Med. Phys. 22 (4), 323-334 (2012).</li><li>Kanger, J. S., Subramaniam, V., van Driel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intracellular+manipulation+of+chromatin+using+magnetic+nanoparticles.">Intracellular manipulation of chromatin using magnetic nanoparticles.</a> Chromosome Res. 16 (3), 511-522 (2008).</li><li>Thanh, N. T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Magnetic Nanoparticles: From Fabrication to Clinical Applications. , (2012).</li><li>Saritas, E. U., 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=Magnetic+Particle+Imaging+(MPI)+for+NMR+and+MRI+researchers.">Magnetic Particle Imaging (MPI) for NMR and MRI researchers.</a> J. Magn. Reson. 229 (4), 116-126 (2012).</li><li>Goodwill, P. 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=X-space+MPI:+magnetic+nanoparticles+for+safe+medical+imaging.">X-space MPI: magnetic nanoparticles for safe medical imaging.</a> Adv. Mater. 24 (28), 3870-3877 (2012).</li><li>Yim, H., Seo, S., Na, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+Contrast+Agent-Based+Multifunctional+Materials:+Diagnosis+and+Therapy.">MRI Contrast Agent-Based Multifunctional Materials: Diagnosis and Therapy.</a> J Nanomat. 2011 (2011), (2011).</li><li>Gleich, B., Weizenecker, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tomographic+imaging+using+the+nonlinear+response+of+magnetic+particles.">Tomographic imaging using the nonlinear response of magnetic particles.</a> Nature. 435 (7046), 1214-1217 (2005).</li><li>Rahmer, J., Weizenecker, J., Gleich, B., Borgert, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+a+3-D+system+function+measured+for+magnetic+particle+imaging.">Analysis of a 3-D system function measured for magnetic particle imaging.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 31 (6), 1289-1299 (2012).</li><li>Goodwill, P. W., Conolly, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multidimensional+x-space+magnetic+particle+imaging.">Multidimensional x-space magnetic particle imaging.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 30 (9), 1581-1590 (2011).</li><li>Goodwill, P. W., Konkle, J. J., Zheng, B., Saritas, E. U., Conolly, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Projection+x-space+magnetic+particle+imaging.">Projection x-space magnetic particle imaging.</a> IEEE Trans. Med. Imaging. 31 (5), 1076-1085 (2012).</li><li>Gr&#228;fe, K., 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=An+Application+Scenario+for+Single-Sided+Magnetic+Particle+Imaging.">An Application Scenario for Single-Sided Magnetic Particle Imaging.</a> Biomed. Tech. 57, (2012).</li><li>Krause, H. -. 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=Magnetic+particle+detection+by+frequency+mixing+for+immunoassay+applications.">Magnetic particle detection by frequency mixing for immunoassay applications.</a> J. Magn. Magn. Mater. 311 (1), 436-444 (2007).</li><li>Meyer, M. H. F., 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=Francisella+tularensis+detection+using+magnetic+labels+and+a+magnetic+biosensor+based+on+frequency+mixing.">Francisella tularensis detection using magnetic labels and a magnetic biosensor based on frequency mixing.</a> J. Magn. Magn. Mater. 311 (1), 259-263 (2007).</li><li>Finas, D., 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=Detection+and+distribution+of+superparamagnetic+nanoparticles+in+lymphatic+tissue+in+a+breast+cancer+model+for+magnetic+particle+imaging.">Detection and distribution of superparamagnetic nanoparticles in lymphatic tissue in a breast cancer model for magnetic particle imaging.</a> Biomed. Tech. 57, (2012).</li><li>Hong, H., Lim, J., Choi, C. -. J., Shin, S. -. W., Krause, H. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+particle+imaging+with+a+planar+frequency+mixing+magnetic+detection+scanner.">Magnetic particle imaging with a planar frequency mixing magnetic detection scanner.</a> Rev. Sci. Instr. 85 (1), 013705 (2014).</li><li>Haegele, 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=Toward+cardiovascular+interventions+guided+by+magnetic+particle+imaging:+First+instrument+characterization.">Toward cardiovascular interventions guided by magnetic particle imaging: First instrument characterization.</a> Magn. Reson. Med. 69 (6), 1761-1767 (2012).</li><li>Haegele, 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=Magnetic+particle+imaging:+visualization+of+instruments+for+cardiovascular+intervention.">Magnetic particle imaging: visualization of instruments for cardiovascular intervention.</a> Radiology. 265 (3), 933-938 (2012).</li><li>Goodwill, P. W., Lu, K., Zheng, B., Conolly, S. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+x-space+magnetic+particle+imaging+scanner.">An x-space magnetic particle imaging scanner.</a> Rev. Sci. Instrum. 83 (3), 033708 (2012).</li><li>Lampe, 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=Fast+reconstruction+in+magnetic+particle+imaging.">Fast reconstruction in magnetic particle imaging.</a> Phys. Med. Biol. 57 (4), 1113-1134 (2012).</li><li>Yim, H., Seo, S., Na, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+Contrast+Agent-Based+Multifunctional+Materials:+Diagnosis+and+Therapy.">MRI Contrast Agent-Based Multifunctional Materials: Diagnosis and Therapy.</a> J Nanomat. 2011 (2011), (2011).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Ölçüm tekniği süperparamanyetik parçacıklar mıknatıslanma eğrisinin doğrusal olmama kullanmaktadır. İki taraflı ölçüm kafası aynı zamanda, manyetik doyuma parçacıklar ve yüksek frekans (f 1) probu alanı doğrusal olmayan manyetik tepkisini ölçmek için sürücü bileşeni (2 f) bir örneği, düşük bir frekansta, farklı frekans iki manyetik uyarı alanı uygulanır . Özellikle, olay alanların her ikisi de harmonikler, m · 1 ve <em...

<html> Manyetik nanopartiküller (MNT) seçici kromatin modülasyonu, 4 ve mRNA izolasyonu ve kanser tedavisi için algılama, 2, 3, hedef varlıkları etiketlenmesi için, biyomoleküllerin manipülasyon ve tek hücre 1, örneğin, moleküler biyoloji ve tıpta yaygın uygulamalar bulduk . 5 nedeniyle kendi süperparamanyetik özellikleri nedeniyle, tıbbi görüntüleme için özellikle yararlıdır. Onlar Süperiletken Kuantum Girişim Cihazı (SQUID) detektörleri kullanarak Manyetik Rezonans Görüntüleme (MRG) ya da duyarlılık görüntüleme için kontrast maddeleri veya izleyiciler olarak, örneğin, hizmet edebilir. 2, 6 süperparamanyetik nanopartiküller insan farklı dokulara iyi bir kontrast elde Diyaliz veya paramanyetik olan gövde. 7 Böylece, parçacıklar uygun nispeten iyi uzaysal çözünürlük ve hassasiyet ile insan vücudunun parçalarının tıbbi görüntüleri elde etmek için de kullanılabilir. 8 Gleich ve Weizenecker 9 getirdiği çadır &quot;&gt; Manyetik Parçacık Görüntüleme (MPİ) tekniği parçacığın mıknatıslanma nonlineerliğin kullanır. sıfır veya zayıf manyetik alan önyargı olarak, frekans f bir ac uyarılması için MNP tepkisi güçlü nedeniyle parçacıklar manyetik olarak doymuş, çünkü onların büyük duyarlılık. Özel olarak, parçacığın doğrusal olmayan manyetizasyon yüksek manyetik alan ön gerilimde olan harmonik n · f oluşmasına yol, n = 2, 3, 4 ... verir harmonik zayıf hale gelir. Gelen MPI tekniği, örnek tamamen Sadece numunenin doğrusal olmayan yanıta katkıda bulunacak yakın bu hat veya noktaya yer parçacıklarını. bir alan ücretsiz hat (FFL) ya da bir alan serbest noktası (TDP) hariç mıknatıslanır. ile uygun alıcı bobinler bir FFP ve istihdam hareketi, Gleich ve Weizenecker 1 mm uzaysal çözünürlüğü ile MPI görüntüleri satın aldı. AmacıylaMNP mekansal dağılımı hakkında bilgi edinmek, iki yöntem genellikle kullanılır, ikinci durumda elektromıknatıs vasıtası ile numune açısından, ya da FFL / FFP hareketi. 2, 3 ile sensörün mekanik hareket, görüntü rekonstrüksiyon teknikleri armonik-uzay MPI 3 ya da X-uzay MPI 10, 11 gibi, 12 gereklidir. MPI uzaysal çözünürlüğü, uyarma ve saptama bobinlerinin evrişim özellikleri ile ve manyetik alan gradyanı özelliklerine göre belirlenir. Bu görüntü rekonstrüksiyon algoritmaları alma rulo boyutu ve mesafe ile yanı sıra Maxwell denklemlerinin tarafından yönetilir manyetik alan dağılımı ile belirlenen doğal çözünürlük, üzerinde geliştirilmiş bir çözünürlük elde etmesini sağlar. Bir MPI tarayıcı, genellikle bütün numune, numune boyunca ffl ya FFP yönlendirmek için kontrol edilebilir bir rulo sistemi, yüksek frekanslı bir excitatio mıknatıslanma için güçlü mıknatıs oluşurn bobin sistemi ve örnek doğrusal olmayan tepki toplayıp bir algılama bobini sistemi. Bu doymamış örnek bölgesinden harmonik yanıt kaydedilirken FFL / TDP sürekli numune hacmi ile taşınır. Tarayıcıya numune montaj sorununu önlemek için, bir tek-yanlı MPI Tarayıcı ancak düşük performans pahasına, Gräfe ve ark., 13 ile gösterilmiştir. Örnek mıknatıslar ve bobinler tarafından sarılmış halinde iyi sonuçlar elde edilir. Örnek tam FFL / TDP bölge haricinde manyetize edilmesi olduğu için, teknik, oldukça ağır ve hantal MPI sistemine gelen, su soğutmalı olan, nispeten büyük ve güçlü mıknatısların gerektirir. Yaklaşımımız süperparamanyetik parçacıklar, doğrusal olmayan manyetizasyon eğrisi karıştırma frekansına dayalıdır. 14 süper paramagnets iki farklı frekanslar için (F 1 ve F &lt;manyetik alanlara tabi tutulduğunda/ em&gt; 2), f lineer kombinasyon m · temsil eden toplam frekansları 1 + n · 2 (tamsayı numaraları m, n) oluşturulur f. Bu bileşenlerin görünümü parçacıklarının mıknatıslanma eğrisinin doğrusal olmaması için son derece spesifik olduğu gösterilmiştir. Diğer bir deyişle, 15, MNT numunesi eş zamanlı olarak, frekans f 2 ve frekansta bir sondalama alanda bir tahrik manyetik alana maruz bırakıldığında f 1, parçacıklar frekans f bir tepki alanı oluşturur 1 + 2 · f 2. Bu toplam frekans nedenle özgünlüğü çok yüksek manyetik doğrusal olmayan numune olmadan mevcut olmaz. Biz bu yöntem &quot;frekansı manyetik algılama karıştırma&quot; (FMMD) denir. Deneysel teknik parçacık konsantrasyonunun büyüklük dörtten fazla siparişlerin bir dinamik aralığı verir olduğu doğrulandı. 14 &lt;Tipik MPI enstrümantasyon aksine p class = &quot;jove_content&quot;&gt;, manyetik algılama (p-FMMD) yaklaşımı karıştırma düzlemsel frekansı doyma yakın örnek cezbetmek gerektirmez toplam frekans bileşeni f nesil 1 + 2 · f çünkü 2 sıfır statik önyargı alanda maksimum. Bu nedenle, güçlü ve hantal mıknatıslar ihtiyacı hafifletilir 14. Aslında, ölçüm kafasının dış boyutları 29 mm x sadece 77 mm x 68 mm. Karşılaştırma için, MPI kurulumları tipik haliyle metre boy. 7 dezavantajı, ancak bu teknik mevcut kurulumunda 2 mm maksimum kalınlığa sahip düzlemsel örnekleri ile sınırlı olmasıdır. Örnek İki taraflı ölçüm kafasına göreceli olarak taranacak sahiptir. kalın numuneler için izin bir yeniden yapım mümkündür, ancak uzamsal çözünürlük kaybı için işlem görmeye gelmiştir. Bu FMMD tekniğine dayalı, biz MPI algılama aletlerini özel bir türü mevcuttor düzlemsel numuneler için, (p-FMMD) tarayıcı &quot;düzlemsel frekanslı manyetik algılama karıştırma&quot; sözde. Ilke son zamanlarda yayımlanmıştır. 17 Bu çalışmada, teknik ve mevcut protokollerin metodolojisi odaklanmak nasıl böyle bir tarayıcı ve nasıl tarama işlemi gerçekleştirmek için kurmak. MPI kardiyovasküler veya kanser görüntüleme gibi tıbbi teşhis amaçları için uygulanabilir olduğu gösterilmiştir. 16, 18, ​​19 Bu nedenle, yeni MPI tarayıcı manyetik parçacık ölçülmesi için, örneğin, potansiyel uygulamaları, geniş bir yelpazesi için kullanılabilir inanıyoruz doku dilimleri dağıtım.

<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

Düz numunelerin Manyetik Parçacıklar Görüntüleme (MPİ) gerçekleştirmek için Manyetik algılama (p-FMMD) tarayıcı Karıştırma düzlemsel Frekans ayarları sunulmuştur. Bu U-şekilli destek ayakları üzerine monte edilen numunenin her iki tarafında, iki manyetik ölçüm başından oluşur. Örnek lokal 61 Hz yaklaşık 77 kHz iki farklı frekanslarda, daha güçlü bir bileşeni kapsayan, bir manyetik uyarı alanına ve daha zayıf bir alana maruz kalmaktadır. süperparamanyetik parçacıklar doğrusal olmayan manyetizasyon özellikleri intermodülasyon ürünlerinin oluşumuna neden olurlar. manyetik doğrusal olmayan parçacıklar yüksek ve düşük frekanslı manyetik alan olayın bir seçilmiş toplam frekans bileşeni demodülasyon elektroniği tarafından kaydedilir. İki frekans karıştırma lokal oluşur geleneksel MPI tarayıcı aksine, p-FMMD tüm örnek için güçlü bir manyetik alan uygulaması gerektirmez. Bu nedenle, örnek yanlamasına boyutları, adaletTarama aralığı ve destekler ile sınırlıdır. Ancak, örnek yüksekliği uzaysal çözünürlüğü belirler. Geçerli kurulum bu 2 mm ile sınırlıdır. Örnek olarak, biz silanol matris içinde ve aminosilan matriks içinde 50 nm manyetit parçacıkları ile 1 mikron çaplı maghemit parçacıkları ile örneklerinden elde edilen iki adet 20 mm 25 × mm p-FMMD görüntüleri sunuyoruz. Sonuçlar yeni MPI tarayıcı ince biyolojik numunelerin analizi için ve tıbbi teşhis amaçları için de uygulanabilir olduğunu göstermektedir.

Şekil 5a, örnek düzlemde bir koordinat x fonksiyonu ve y olarak iç çift diferansiyel algılama bobini hesaplanan duyarlılık dağılımını göstermektedir. Bu dört algılama bobinleri tarafından üretilen, merkezi düzlemde her noktaya (x, y), manyetik alanların süperpozisyonu belirleyerek ters bir yaklaşım hesaplandı. Tam tersi olarak, bu bu noktaların her biri bir manyetik moment algılama bobinin hassasiyetini belirl...

Watch this Scientific Journal Video about Frequency Mixing Magnetic Detection Scanner for Imaging Magnetic Particles in Planar Samples at JoVE.com

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

Düzlemsel örneklerinde manyetik parçacıkların görüntülenmesi için bir tarayıcı manyetik algılama tekniği karıştırma düzlemsel frekansı kullanılarak geliştirilmiştir. parçacıkların doğrusal olmayan nonhysteretic mıknatıslanma manyetik modülasyon ürünleri tepkisi iki frekans uyarım üzerine kaydedilir. İnce biyolojik örneklerin 2D görüntüleri çekmek için kullanılabilir.

Düzlemsel Örnekleri Manyetik tanecikler Görüntüleme Manyetik algılama Tarayıcı Karıştırma frekansı

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 Görüntüleme.  Electronics & Telecommunication Research Institute (ETRI).  Düzlemsel örneklerinde manyetik parçacıkların görüntülenmesi için bir tarayıcı manyetik algılama tekniği karıştırma düzlemsel frekansı kullanılarak geliştirilmiştir. parçacıkların doğrusal olmayan nonhysteretic mıknatıslanma manyetik modülasyon ürünleri tepkisi iki frekans uyarım üzerine kaydedilir. İnce biyolojik örneklerin 2D görüntüleri çekmek için kullanılabilir. 

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

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.

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.

Teşhis ve Tedavi İzleme Nanomalzemelerin Kayıtlı bio

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

Biyomühendislik

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.

Için Mikrometrik Sondalar uzaktan manyetik uyarılı<em&gt; In situ</emBakteriyel biyofilm Fiziksel Özelliklerinin&gt; 3D Mapping

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.

Hızlı Tarama Elektron Paramagnetik Rezonans Görüntüleme Fizyolojik Önemli Parametreler için Yeni bulvarlar açar<em&gt; İn Vivo</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 ...

Mühendislik

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.

Yüksek Sıcaklık ve Yüksek Basınç Yerinde Sihirli Açı Dönen Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi

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

Kimya

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.

Hastalık Teşhis için Taşınabilir Görüntüleme ve Analiz ile birleştiğinde Manyetik Levitasyonunun

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.

Biyolojik Tahliller Manyetik Modülasyon Biyoalgılayıcı Sistemi kullanarak hızlı Homojen Algılama

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

Biyoloji

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.

Nano Ölçekli Manyetik Etki Alanlarını Görselleştirmek için Manyetik Kuvvet Mikroskobu Çözünürlüğünü ve Duyarlılığını Optimize Etme

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.

Manyetik Rezonans Görüntüleme kullanarak Karışım miktarının

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.

Birbirine Bağlı Nöronların Mikron Ölçekli Organizasyonu için Manyetik Platformların İmalatı

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

Düzlemsel Örnekleri Manyetik tanecikler Görüntüleme Manyetik algılama Tarayıcı Karıştırma frekansı

Özet

Daha Fazla Video Keşfet

Bu videodaki bölümler