평면 샘플에 자석 입자 이미징에 대한 자기 인식 스캐너를 혼합 주파수
Summary
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.
Abstract
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.
Introduction
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 "> 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 <에서 자기장에 노출 될 때/ EM> 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 "주파수 자기 검출을 혼합"(FMMD)라고합니다. 실험적 기술은 입자 농도의 강도의 네 개 오더의 동적 범위를 얻을 수 있다는 것을 확인하고있다. (14)
<전형적인 MPI 계측 달리 P 클래스 = "jove_content는"> 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 "평탄한 주파수 자기 검출 혼합 소위". 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.
Protocol
Representative Results
Discussion
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…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 ICT의 R & MSIP / IITP, 한국 (: B0132-15-1001, 다음 이미징 시스템 개발 그랜트 없음)의 D 프로그램에 의해 지원되었다.
Materials
| Magnetic particles "SiMAG Silanol" | Chemicell (http://www.chemicell.com) | 1101-5 | Aqueous dispersion of magnetic silica particles, Maghemite, dia. 1 µm |
| Magnetic nanoparticles "fluidMAG-Amine" | Chemicell (http://www.chemicell.com) | 4121-5 | Aqueous dispersion of magnetic nanoparticles, Magnetite, dia. 50 nm |
| Microtube 10 µl | Hirschmann Laborgeräte (http://www.hirschmann-laborgeraete.de/?sc_lang=en) | volume 10 µl, outer diameter 400 µm, length 40 mm | |
| Nitrocellulose Membrane Biodyne B | Thermo Scientific (http://www.thermoscientific.com) | 77016 | Biodyne B Nylon Membrane, 0.45 µm, 8 cm x 12 cm |
| DDS chip AD9834 | Analog Devices (http://www.analog.com) | AD9834 | 20 mW Power, 2.3 V to 5.5 V, 75 MHz Complete DDS |
| Operational Amplifier AD829 | Analog Devices (http://www.analog.com) | AD829 | High Speed, Low Noise Video Op Amp |
| Analog Multiplier MPY634 | Texas Instruments (http://www.ti.com) | MPY634 | Wide Bandwidth Precision Analog Multiplier |
| High-Speed Buffer BUF634 | Texas Instruments (http://www.ti.com) | BUF634 | 250mA High-Speed Buffer |
| Operational Amplifier OPA627 | Texas Instruments (http://www.ti.com) | OPA627 | Precision High-Speed Difet(R) Operational Amplifiers |
| Operational Amplifier TL072 | Texas Instruments (http://www.ti.com) | TL072 | Dual Low-Noise JFET-Input General-Purpose Operational Amplifier |
| Lock-In Amplifier SR830 | Stanford Instruments (http://www.thinksrs.com) | SR830 | 100 kHz DSP lock-in amplifier |
| XYZ motorized stage | Sciencetown, Incheon, Korea (http://mkmsll.en.ec21.com/) | ||
| Cleanroom wiper | Seoul Semitech Co (http://www.seoulsemi.com) | CF-909 | dimension 2.0 mm × 18 mm |
Riferimenti
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