平面サンプル中の磁性粒子を撮像する磁気検出スキャナ周波数混合
Summary
平面試料中の磁性粒子を撮像するためのスキャナは、磁気検出技術を混合平坦な周波数を使用して開発されました。粒子の非線形nonhysteretic磁化からの磁気相互変調積応答は、2周波励磁に記録されています。薄い生体サンプルの2次元画像を撮影するために使用することができます。
Abstract
磁気検出ミキシング平面周波数の設定フラットサンプルの磁性粒子イメージング（MPI）を行う（P-FMMD）スキャナが提供されます。これは、U字形支持体の脚に取り付けられた試料の両側に二つの磁気測定ヘッドから成ります。サンプルは、局所的に61 Hzで約77 kHzで二つの異なる周波数、強い成分からなる励起磁場と弱い電界にさらされます。超常磁性粒子の非線形磁化特性は、相互変調積の生成を生じます。磁気非線形粒子の高および低周波磁界の入射の選択された和周波成分が復調電子機器によって記録されます。 2つの周波数の混合が局所的に発生するため、従来のMPIスキャナとは対照的に、P-FMMDは試料全体に強い磁場の印加を必要としません。このように、サンプルの横方向の寸法は、単にあります走査範囲とサポートによって制限されます。しかし、試料の高さは、空間分解能を決定します。現在の設定では、2ミリメートルに制限されています。例として、我々はシラノールマトリックス中とアミノシランマトリックス中の50 nmのマグネタイト粒子と直径1μmのマグヘマイト粒子を含む試料から取得した25ミリメートルのp FMMD画像×2 20ミリメートルを提示します。結果は、新規MPIスキャナが薄い生体サンプルの分析のために、医療診断目的のために適用することができることを示しています。
Introduction
磁性ナノ粒子（MNP）が選択的にクロマチン変調、4のためおよびmRNA単離および癌治療のための検出、2、3のターゲット・エンティティを標識するため、生体分子の操作および単セル1のために、 すなわち 、分子生物学および医学で広く応用されています5それらの超常磁性特性のために、彼らは、医療用イメージングに特に有用です。これらは、超伝導量子干渉素子（SQUID）検出器を用いた磁気共鳴イメージング（MRI）または感受性イメージング用のコントラスト剤またはトレーサーとして、例えば、機能することができる。2、6超常磁性ナノ粒子は、ヒトの様々な組織への良好なコントラストを得ますダイアまたは常磁性である本体7したがって、粒子は好都合に比較的良好な空間分解能と感度の人体部分の医用画像を取得するために使用することができる。8
GleichとWeizenecker 9によって導入10トン">磁性粒子イメージング（MPI）技術が、粒子の磁化の非線形性を利用する。ゼロまたは弱い磁場バイアスで、周波数fのAC励起にMNPの応答は強いによるその大きな感受性、特に、粒子の非線形磁化が高磁場バイアスにおいて…、高調波N・Fの生成を生じると、N = 2、3、4粒子を磁気的に飽和されているので、高調波応答は弱くなる。にMPI技術、サンプルは完全に無電界ライン（FFL）または無磁界ポイント（FFP）を除いて磁化されている。この線や点の近くに位置のみ粒子が試料の非線形応答に貢献していきます。と適切な受信コイルのFFPと雇用の動きは、GleichとWeizeneckerは1ミリメートルの空間分解能とMPIの画像を取得しました。のためにMNPの空間分布に関する情報を得る2つの方法は、通常、電磁石を用いて試料に対して、またはFFL / FFPの移動に伴って、センサの機械的な動きを採用している。2、後者の場合には図3に示すように 、画像再構成手法高調波空間MPI 3またはX-スペースMPI 10、11のように、12が必要とされています。 MPIの空間分解能は、励起及び検出コイルの畳み込み特性によってだけでなく、傾斜磁場の特性によって決定されます。これは、画像再構成アルゴリズムは、ピックアップコイルの大きさや間隔によって、ならびにマクスウェル方程式によって支配される磁場分布によって決定されるネイティブ解像度よりも改善された分解能を得ることができます。
MPIスキャナは、通常、試料全体を磁化するための強力な磁石、サンプル全体でFFLまたはFFPを操舵するための制御可能なコイルシステム、高周波excitatioから構成されていますn個のコイルシステム、及び試料からの非線形応答をピックアップするための検出コイルシステム。この飽和サンプル領域からの高調波応答を記録しながら、FFL / FFPは、連続的に試料容量を通って移動されます。スキャナに試料をフィッティングの問題を回避するために、片面MPIスキャナグレーフェらによって実証されている。13、しかしながら、性能低下を犠牲にして。サンプルは磁石とコイルによって囲まれている場合、最良の結果が得られます。サンプルが完全にFFL / FFPの地域を除いて着磁する必要があるため、技術はかなり大きくて重いMPIシステムにつながる、水冷と比較的大きく、強力な磁石を必要とします。
我々のアプローチは、超常磁性粒子の非線形磁化曲線で混合周波数に基づいている。14超paramagnetsは二つの異なる周波数（F 1及びF <における磁場に露出されている場合/ EM> 2）、fは線形結合M・を表す和周波数1 + N・2（整数mを用いて、n）が生成されるfを 。これは、これらのコンポーネントの外観が粒子の磁化曲線の非線形性に対して非常に特異的であることが示された。換言すれば15、MNPの試料を同時に周波数f 2との周波数でプロービングフィールドでの駆動磁界にさらされたときF 1は 、粒子は、周波数fで応答フィールドを生成する1 + 2・F 2。この和周波は、したがって、特異性が非常に高い、磁気的非線形サンプルせずに存在しないであろう。私たちは、「磁気検出周波数混合」（FMMD）このメソッドを呼び出しました。実験的手法は、粒子濃度の大きさ以上の4桁のダイナミックレンジが得られることが確認された。14
<典型的なMPIの計測器とは対照的に、Pクラス= "jove_content">、磁気検出（P-FMMD）アプローチを混合平面周波数は1 + f 2の和周波成分の発生ため、飽和に近いサンプルを磁化する必要はありません・F 図2は、ゼロ静的バイアス磁界で最大であるため、強力かつかさばる磁石の必要性が軽減されている14。実際には、測定ヘッドの外形寸法は68ミリメートル×29ミリメートル×77ミリメートルのみです。比較のために、MPIのセットアップは通常、メートルサイズです。7欠点は、しかし、技術は現在の設定で2ミリメートルの最大厚さを有する平面サンプルに制限されていることです。サンプルは、両面測定ヘッドに対して相対的に走査する必要があります。厚いサンプルを可能に再構成が可能であるが、空間分解能の損失をで取引されなければなりません。このFMMD技術に基づいて、我々はMPI detecの特殊なタイプを提示します平面サンプル、いわゆる「磁気検出を混合平面周波数」（P-FMMD）スキャナ用の器。原理は、最近出版されました。この作品では17を 、我々はそのようなスキャナをセットアップする方法と、スキャンを実行する方法を技術と現在のプロトコルの方法論に焦点を当てています。したがって、我々は新しいMPIスキャナは、磁性粒子を測定するために、 例えば 、潜在的なアプリケーションの広い範囲で使用することができると考えている19、18、16 MPIは、心血管または癌イメージングなどの医療診断目的のために適用され得ることが示されています組織切片での配布。
Protocol
Representative Results
Discussion
測定技術は、超常磁性粒子の磁化曲線の非線形性を利用します。両面の測定ヘッドが同時に磁気飽和に粒子と高周波数（F 1）プローブフィールドは、非線形の磁気応答を測定するために駆動する部品（2 f）のサンプル、低周波数の異なる周波数の二つの磁気励起場を印加します。具体的には、入射フィールドの両方の高調波、2、および和周波数F <…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
（：次イメージングシステムのB0132-15-1001、開発グラントなし）この作品は、MSIP / IITP、韓国のICTのR＆Dプログラムによってサポートされていました。
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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