Basado en la agarosa tejido imitando fantasmas ópticos para espectroscopia de reflectancia difusa

Summary

Aquí, demostramos cómo fantasmas ópticos imitan tejido basado en la agarosa se hacen y cómo sus propiedades ópticas se determinan usando un sistema óptico convencional con una esfera de Ulbricht.

Abstract

Este protocolo describe cómo hacer fantasmas de tejido mímico basado en la agarosa y demuestra cómo determinar sus propiedades ópticas utilizando un sistema óptico convencional con una esfera de Ulbricht. Sistemas de medición para la adquisición de los espectros de transmitancia total y reflectancia difusa se construyen con una banda ancha fuente de luz blanca, una guía de luz, una lente acromática, una esfera de integración, un sostenedor de la muestra, una sonda de fibra óptica y un varios canales espectrómetro. Se construye un molde acrílico compuesto por dos piezas rectangulares de acrílico y una pieza de acrílico en forma de U para crear un fantasma epidérmico y un fantasma cutáneo con sangre entera. La aplicación de una solución de sodio ditionito (Na₂S₂O₄) al fantasma cutánea permite al investigador deoxygenate hemoglobina en glóbulos rojos distribuidos en el fantasma cutáneo. El inverso de simulación Monte Carlo con los espectros de transmitancia total medidos por un espectrómetro con una esfera de Ulbricht y reflectancia difusa se realiza para determinar la absorción coeficiente espectro μ_a(λ) y la reduce la dispersión coeficiente espectro μ_s‘ (λ) de cada capa fantasma. Un fantasma de dos capas mímico la reflectancia difusa de los tejidos de la piel humana también es demostrado por llenar para arriba el fantasma epidérmico en el fantasma cutáneo.

Introduction

Ópticos fantasmas son objetos imitando las propiedades ópticas de los tejidos biológicos y han sido ampliamente utilizados en el campo de la óptica biomédica. Están diseñados para que las propiedades ópticas, tales como dispersión de la luz y coeficientes de absorción, coinciden con los de los tejidos humanos y animales vivos. Fantasmas ópticos se utilizan generalmente para los siguientes propósitos: simulando transporte ligero en tejidos biológicos, un diseño de sistema óptico de reciente desarrollo, evaluación de la calidad y rendimiento de los sistemas existentes, comparando el desempeño de calibración entre los sistemas y validar la capacidad de los métodos ópticos para cuantificar propiedades ópticas^1,2,3,4,5. Por lo tanto, sustancias de fácil de conseguir, un proceso de fabricación simple, una alta reproducibilidad y una estabilidad óptica se requieren para hacer fantasmas ópticos.

Varios tipos de fantasmas ópticos con diferentes materiales base como suspensión acuosa⁶, gelatina gel agarose gel^8,9,10,⁷, gel de poliacrilamida¹¹, resina^{12, 13,14,15,16}y cuarto temperatura de vulcanización silicona¹⁷ se han divulgado en la literatura anterior. Se ha divulgado que los geles basados en gelatina y alginato son útiles para ópticos fantasmas con estructuras heterogéneas¹⁸. Fantasmas de alginato tienen una conveniente estabilidad mecánica y termal para evaluar efectos de fototérmica como estudios de ablación de láser y basados en láser hipertermia estudios¹⁸. Geles de agarosa tienen la capacidad para fabricar estructuras heterogéneas y sus propiedades mecánicas y físicas son estables durante un largo tiempo¹⁸. Geles de agarosa de alta pureza con una turbiedad muy baja y una débil absorción óptica. Por lo tanto, las propiedades ópticas de los fantasmas de agarosa fácilmente podrían ser diseñados con la luz adecuada dispersión y absorción de los agentes. Recientemente, se han divulgado como interesantes materiales fantasmas de copolímeros de bloque estireno-etileno-butileno-estireno (SEBS)¹⁹ y cloruro de polivinilo (PVC) geles²⁰ ópticas y técnicas fotoacústica.

Polímero microesferas^7,12,21,22, polvo de óxido de titanio¹y lípidos emulsiones^23,24,25,26 como la leche y lípidos emulsión se utilizan como agentes de dispersión de la luz, mientras que se utilizan como absorbentes de luz tinta negra^27,28 y tintes molecular^29,30 . Reflectancia difusa de los espectros de la mayoría de los órganos vivos están dominados por la absorción de oxigenada y desoxigenada de la hemoglobina de los glóbulos rojos. Por lo tanto, hemoglobina soluciones^31,32 y sangre entera^8,9,10,33,36 a menudo se utilizan como absorbentes de luz en el fantasmas de imágenes multiespectrales y espectroscopia de reflectancia difusa.

El método descrito en este artículo se utiliza para crear un fantasma óptico mímico el transporte ligero en tejidos biológicos y caracterizar sus propiedades ópticas. Por ejemplo, se demuestra una dos capas ópticas fantasma mímico propiedades ópticas del tejido de la piel humana. Las ventajas de este método sobre técnicas alternativas son la capacidad para representar los espectros de reflectancia difusa de tejidos biológicos de vida en la región de longitud de onda del infrarrojo cercano, así como la sencillez a disposición, usar fácilmente visible materiales e instrumentos ópticos convencionales. Por lo tanto, los fantasmas de la ópticos de este método será útiles para el desarrollo de métodos ópticos basados en la espectroscopia de reflectancia difusa y las imágenes multiespectrales.

Protocol

1. construcción de un sistema convencional de difusa reflectancia y transmitancia Total espectroscópico Nota: La construcción de los sistemas de medición para los espectros de transmitancia total utilizando una fuente de luz blanca banda ancha, un guía de luz, una lente acromática, una esfera de integración, un sostenedor de la muestra, una fibra óptica y un espectrómetro multicanal y reflectancia difusa. El papel de la trampa de luz es quitar el componente de reflexión especular del e…

Representative Results

La figura 3 muestra los espectros estimados representante del coeficiente de reducción de la dispersión y el coeficiente de absorción para el fantasma epidérmica y dérmica fantasma. Los resultados que se muestran en la figura 3 son los promedios de diez mediciones de espectros de reflectancia y transmitancia. La reducida dispersión coeficiente μs’ tiene un espectro de dispersión amplia, exhibi…

Discussion

El paso más crítico en este protocolo es el control de la temperatura del material base. La temperatura para mantener la materia prima entre 58 y 60 ° C. Si la temperatura es superior a 70 ° C, se produce una desnaturalización de la emulsión de lípidos y de la sangre. Como consecuencia, las propiedades ópticas del fantasma se deteriorarán. Si la temperatura es inferior a 40 ° C, el material base va ser ununiformly gelificado y, así, los agentes de dispersión y absorción de luz a ser heterogénea en el fantas…

Materials

150-W halogen-lamp light source	Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan	LA-150SAE
Light guide	Hayashi Watch Works Co., Ltd, Tokyo, Japan	LGC1-5L1000
Integrating Sphere	Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA	RT-060-SF
Port adapter	Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA	PA-050-SMA-SF
Light trap	Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA	LTRP-100-C
Spectralon white standard with 99% diffuse reflectance	Labsphere Incorporated, North Sutton, NH, USA	SRS-99-020
Optical fiber	Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA	P400-2-VIS-NIR
Miniature Fiber Optic Spectrometer	Ocean Optics Inc., Dunedin, Florida, USA	USB2000
Achromatic lens	Chuo Precision Industrial Co.,Ltd, Tokyo, Japan	ACL-50-75M
Intralipid	Fresenius Kabi AB, Uppsala, Sweden	Intralipid 10%
Coffee (Blendy Mocha Blend Regular Coffee)	Ajinomoto AGF, Inc. Tokyo, Japan	Unavailable
Whole blood	Nippon Bio-Test Laboratories Inc. Saitama, Japan	0103-2
Agarose	Nippon Genetics Co., Ltd, Tokyo, Japan	NE-AG02
Cooking heater	TOSHIBA CORPORATION Tokyo, Japan	HP-103K