تظهر قطرات نانوية مشبعة بالفلور كربون منشطة بصريا واعدة في تطبيقات التصوير خارج نظام الأوعية الدموية. ستوضح هذه المقالة كيفية تجميع هذه الجسيمات ، وربط أشباح بولي أكريلاميد ، وتعديل القطرات صوتيا لتعزيز إشارتها.
الفقاعات الدقيقة هي عامل تباين التصوير الأكثر استخداما في الموجات فوق الصوتية. ومع ذلك ، نظرا لحجمها ، فهي تقتصر على مقصورات الأوعية الدموية. يمكن تكثيف هذه الفقاعات الدقيقة أو صياغتها على شكل قطرات نانوية مشبعة بالفلور الكربون (PFCnDs) صغيرة بما يكفي للتسرب ثم يتم تشغيلها صوتيا في الموقع المستهدف. يمكن تعزيز هذه الجسيمات النانوية بشكل أكبر من خلال تضمين ممتص بصري مثل الصبغة العضوية القريبة من الأشعة تحت الحمراء أو الجسيمات النانوية (على سبيل المثال ، جسيمات كبريتيد النحاس النانوية أو جسيمات الذهب النانوية / القضبان النانوية). يمكن تبخير PFCnDs الموسومة بصريا من خلال تشعيع الليزر في عملية تعرف باسم تبخير القطيرات الضوئية (ODV). تتيح عملية التنشيط هذه استخدام نوى مشبعة بالفلور كربون عالية نقطة الغليان ، والتي لا يمكن تبخيرها صوتيا تحت عتبة المؤشر الميكانيكي القصوى للتصوير التشخيصي. ينتج عن نوى نقطة الغليان الأعلى قطرات تتكثف بعد التبخير ، مما يؤدي إلى “وميض” PFCnDs التي تنتج تباينا لفترة وجيزة بعد التبخير قبل أن تتكثف مرة أخرى إلى شكل قطرات نانوية. يمكن تكرار هذه العملية لإنتاج تباين عند الطلب ، مما يسمح بالتصوير الحر للخلفية ، وتعدد الإرسال ، والدقة الفائقة ، وتحسين التباين من خلال كل من التعديل البصري والصوتي. ستوضح هذه المقالة كيفية توليف PFCnDs ذات القشرة الدهنية القابلة للتشغيل بصريا باستخدام صوتنة المسبار ، وإنشاء أشباح بولي أكريلاميد لتوصيف القطرات النانوية ، وتعديل PFCnDs صوتيا بعد ODV لتحسين التباين.
الفقاعات الدقيقة هي عامل التباين بالموجات فوق الصوتية الأكثر انتشارا نظرا لتوافقها الحيوي وصدى الصدى الممتاز مقارنة بالأنسجة الرخوة. هذا يجعلها أدوات قيمة لتصور تدفق الدم ، وتحديد الأعضاء ، وغيرها من التطبيقات1. ومع ذلك ، فإن حجمها (1-10 ميكرومتر) ، مما يجعلها استثنائية للتصوير بناء على تردد الرنين ، يقصر تطبيقاتها على الأوعية الدموية2.
وقد أدى هذا القيد إلى تطوير PFCnDs ، وهي مستحلبات نانوية تتكون من خافض للتوتر السطحي مغلفة حول قلب سائل من الكربون المشبع بالفلور. يمكن تصنيع هذه الجسيمات النانوية بأحجام صغيرة تصل إلى 200 نانومتر وهي مصممة للاستفادة من الأوعية الدموية أو المسام “المتسربة” و fenestrations المفتوحة الموجودة في الأوعية الدموية للورم. في حين أن هذه الاضطرابات تعتمد على الورم ، فإن هذه النفاذية تسمح بتسرب الجسيمات النانوية من ~ 200 نانومتر – 1.2 ميكرومتر اعتمادا على الورم 3,4. في شكلها الأولي ، تنتج هذه الجسيمات تباينا ضئيلا أو معدوما. عند التبخير – المستحث صوتيا أو بصريا – يتغير الطور الأساسي من السائل إلى الغاز ، مما يؤدي إلى زيادة قطرها بمقدار ضعفين ونصف إلى خمسة أضعاف في القطر5،6،7 وتوليد تباين ضوئي صوتي وموجات فوق صوتية. في حين أن التبخير الصوتي هو أكثر طرق التنشيط شيوعا ، فإن هذا النهج يخلق قطعا أثرية صوتية تحد من تصوير التبخير. بالإضافة إلى ذلك ، تتطلب معظم مركبات الكربون المشبعة بالفلور الموجات فوق الصوتية المركزة مع مؤشر ميكانيكي يتجاوز عتبة الأمان لتبخير8. وقد أدى ذلك إلى تطوير PFCnDs ذات نقطة غليان أقل ، والتي يمكن تصنيعها عن طريق تكثيف الفقاعات الدقيقة في قطرات نانوية9. ومع ذلك ، فإن هذه القطرات أكثر تقلبا وتخضع للتبخير التلقائي10.
من ناحية أخرى ، يتطلب تبخير القطيرات الضوئية (ODV) إضافة مشغل بصري مثل الجسيمات النانوية 11،12،13 أو الصبغة6،14،15 ويمكن أن يبخر مركبات الكربون المشبعة بالفلور ذات درجة الغليان الأعلى باستخدام fluences ضمن حد أمان ANSI 11. PFCnDs التي يتم تصنيعها مع نوى نقطة غليان أعلى أكثر استقرارا وستتكثف بعد التبخير ، مما يسمح بالتصوير الخالي من الخلفية16 ، وتعدد الإرسال17 ، والدقةالفائقة 18. أحد القيود الرئيسية لهذه التقنيات هو حقيقة أن PFCnDs ذات نقطة الغليان العالية تكون منشطة بعد التبخير لفترة زمنية قصيرة فقط ، على مقياس ميلي ثانية19 ، وهي باهتة نسبيا. في حين يمكن التخفيف من هذه المشكلة من خلال التبخير المتكرر والمتوسط ، فإن اكتشاف إشارة القطيرات وفصلها لا يزال يمثل تحديا.
بالاستلهام من انعكاس النبض ، يمكن تحسين المدة والتباين عن طريق تعديل مرحلة نبض التصوير بالموجات فوق الصوتية19. من خلال بدء نبض التصوير بالموجات فوق الصوتية بمرحلة التخلخل (n-pulse) ، تزداد مدة وتباين PFCnDs المتبخر. في المقابل ، يؤدي بدء نبض التصوير بالموجات فوق الصوتية بمرحلة ضغط (p-pulse) إلى تقليل التباين وأقصر في المدة. سوف تصف هذه المقالة كيفية توليف قطرات نانوية مشبعة بالفلور كربون قابلة للتشغيل بصريا ، وأشباح بولي أكريلاميد شائعة الاستخدام في التصوير ، وإظهار تعزيز التباين وتحسين طول عمر الإشارة من خلال التعديل الصوتي.
صوتنة التحقيق هي طريقة بسيطة نسبيا وسهلة التعلم لتصنيع PFCnDs. هناك بعض الخطوات التي يجب توخي الحذر فيها. عند التعامل مع الكلوروفورم ، من الضروري استخدام ماصة الإزاحة الإيجابية أو المحاقن الزجاجية ، لأنها متقلبة وسوف “تتسرب” من ماصات إزاحة الهواء القياسية. علاوة على ذلك ، في حالة استخدام إزاح…
The authors have nothing to disclose.
تم دعم العمل جزئيا من قبل مؤسسة أبحاث سرطان الثدي بموجب منحة BCRF-20-043.
Ammonium Persulfate (APS) | VWR | 97064-592 | |
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC) | Avanti Polar Lipids | 850365C | Lipids, these can be purchased suspended in chloroform or in powder form. For long term storage, powder form is the best but chloroform is more practical. |
1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (ammonium salt) (DSPE-PEG) | Avanti Polar Lipids | 880120C | Lipids, these can be purchased suspended in chloroform or in powder form. For long term storage, powder form is the best but chloroform is more practical. |
Acrylamide : Bisacrylamide solution (19:1) 40% (w/v), OmniPur® | VWR | EM-1300 | acrylamide solution, lower concentration/ powder |
IR-1048 | Sigma | 405175 | Infrared dye |
L11-4v | Verasonics | – | ultrasound linear array transducer |
Microtip 1/8" | Qsonica LLC | 4418 | microtip for probe sonicator |
N, N, N′, N′ -Tetramethylethylenediamine (TEMED) | VWR | 97064-902 | Used to polymerize polyacrylamide by forming free radicals in the presence of ammonium persulfate |
Nova II | Ophir-Spiricon | 7Z01550 | laser power meter |
Perfluorohexane | Fluoromed | APF-60M | perfluorocarbon liquid |
Phosphate buffered saline (PBS) tablets | VWR | 97062-732 | Tablets used to make PBS |
Q500 | Qsonica LLC | Q500-110 | Probe sonicator |
Silica gel | Sigma-Aldrich | 288500 | 2-25 μm particle size |
Tempest 30 | New wave research | – | Pulsed laser system |
Vantage 128 | Verasonics | – | research ultrasound imaging system |
Zetasizer Nano ZS | Malvern Instruments Ltd | – | Makes size measurements based on dynamic light scattering |