تردد خلط الماسح الكشف المغناطيسي لتصوير الجزيئات المغناطيسية في عينات مستو
يونيو 9, 2016
وقد تم وضع الماسح الضوئي لتصوير الجزيئات المغناطيسية في عينات مستو باستخدام تردد مستو خلط تقنية الكشف المغناطيسي. يتم تسجيل استجابة المنتج البيني المغناطيسية من مغنطة nonhysteretic غير الخطية من الجسيمات بناء على الإثارة التردد اثنين. ويمكن استخدامه لالتقاط صور 2D من العينات البيولوجية رقيقة.
الهدف العام من هذا الإجراء هو استخدام عمليات مسح للكشف المغناطيسي المختلط ثنائي الأبعاد لتحليل عينات بيولوجية رقيقة تحتوي على جسيمات مغناطيسية نانوية. يمكن أن تساعد هذه الطريقة في الإجابة على أسئلة رئيسية في مجال الكيمياء الحيوية والتشخيص الطبي، مثل تحليل مقاطع الأنسجة باستخدام الجسيمات المغناطيسية النانوية كمركب تسوية. وتتمثل الميزة الرئيسية لهذه التقنية في أنها تتيح تحديد توزيع الجسيمات المغناطيسية النانوية.
سيقوم كل من Eul-Gyoon Lim و Jae-chan Jeong و Jiho Chang، وهم ثلاثة باحثين من مختبري، باستعراض الإجراء. يجب تصميم رأس قياس p-FMMD وفقاً للبروتوكولات النصية. وتتوفر التفاصيل الخاصة بجميع مواصفات التوصيل واللف.
يرد تفصيل عمليات التجميع والإعداد في البروتوكول النصي. ويتضمن ذلك ضبط ميزان التردد العالي والجهد المستحث. بعد ذلك، يتم إعداد إلكترونيات القياس، والتي تشمل قسم الاستثارة، وأقسام التشغيل منخفضة وعالية التردد، وقسم الكشف في نظام FMMD.
بعد ذلك، يتم إعداد كل من المضخم الأولي، ومزيل التعديل الأول، والمضخم الوسيط مع الترشيح، ومزيل التعديل الثاني، والمضخم النهائي مع الترشيح. وأخيرًا، يتم تركيب الماسح الضوئي ثنائي الأبعاد وربطه بنظام تحكم حاسوبي. لهذا الإجراء، يجب توفير جزيئات الماجنتيت بأقطار 50 nanometers و 100 nanometers وجزيئات الماغميت بقطر 1 micron.
اغسل المحاليل المخزونة للجسيمات بالماء واجمع الجسيمات باستخدام مغناطيس. تخلص من الماء واغسل كل منها مرتين إضافيتين. بعد ذلك، خفف الجسيمات في محاليل بتركيز 25 mg/mL باستخدام الماء المقطر.
من محلول الجزيئات بحجم 100 نانومتر، قم بإعداد سلسلة تخفيف خماسية لتركيزات تبلغ 5 و1 و0.2 و0.04 مليجرام/ملليلتر. بعد ذلك، قم بقص قطع من ورق الترشيح الماص باستخدام خرامة خزعة. ثم، انقع قطع الورق في محاليل الجزيئات المختلفة بحجم 100 نانومتر لمدة 30 ثانية.
بعد النقع، اترك ثقوب الورق لتجف في الهواء. بعد ذلك، قم بتجهيز قطع مقصوصة من النيتروسليلوز بمقاس 2 × 18 مليمتر. انقع قطعة واحدة من النيتروسليلوز في محلول جزيئات غير مخفف بقطر 1 ميكرون لمدة تتراوح من 10 إلى 15 ثانية، ثم جففها بالنفخ باستخدام هواء غير مسخن.
انقع قطعة النيتروسليلوز الأخرى في محلولين بتركيزين مختلفين لعمل تدرج في التركيز، ثم جففها بنفس طريقة القطعة الأخرى. وأخيراً، وباستخدام الخاصية الشعرية، املأ أنبوباً شعرياً بـ 30 µL من محلول جسيمات غير مخفف بقطر 50 nm. بعد ذلك، املأ أنبوباً شعرياً ثانياً بـ 10 µL من تخفيف بمقدار 20 مرة لنفس الجسيمات.
يجب أن يكون اتجاه المسح هو البعد الأصغر من بين البعدين السطحيين. حدد نقطة البداية وطول المسح باستخدام علامات المسطرة الموجودة على لوحة الألوان. أدخل هذه القيم في برنامج المسح، ثم اضبط إزاحة المسح لتكون أصغر قليلاً من الدقة المكانية التي يمكن تحقيقها.
بعد ذلك، حدد سرعة المسح مع مراعاة انخفاض الإشارة الذي يحدث بسبب ترشيح التمرير المنخفض. استخدم قيمة تتراوح بين 1 و 7 ملم/ثانية. والآن، حدد مسافة الخطوة.
يتم حساب إجمالي وقت المسح باستخدام صيغة موضحة في البروتوكول النصي. قبل البدء بالمسح، قم بتثبيت العينة باستخدام شريط لاصق. ولإجراء المسح، قم بإنشاء ملف NVD لبرنامج التحكم في الحركة.
افتح برنامج التحكم في الحركة PMC وقم بتحميل ملف NVD. اضغط على زر Home لتعيين نقاط الأصل الميكانيكية. أغلق برنامج التحكم في الحركة وعد إلى برنامج الماسح الضوئي.
بعد ذلك، قم بتنفيذ عمليات الفحص. وبالنسبة لهذه الفحوصات، تم تحليل شدة الإشارة كدالة في تركيز الخرزات المغناطيسية، وكانت سرعة الفحص 10 millimeters per minute. وقد وُجد ارتباط قوي بين تركيز الخرزات والإشارة.
تم التحقق من العلاقة بين سرعة مرحلة المسح وكثافة الإشارة باستخدام حبيبات ورقية مشبعة بالخرز المغناطيسي. وقد تم الحصول على إشارات أعلى عند سرعات مسح أقل. وأظهرت مقارنة مسح p-FMMD مع صورة بصرية لعينة من غشاء النيتروسليلوز بوضوح فائدة p-FMMD كجهاز مسح MPI.
يعود اتساع نطاق المسح بشكل أساسي إلى ملف الحساسية لرأس القياس. وبالمثل، تم تصوير ومسح أنبوبين شعريين مملوئين بتركيزات مختلفة من الجسيمات المغناطيسية باستخدام تقنية p-FMMD. ومن الواضح أنه يمكن التمييز بسهولة بين التركيزات التي تختلف بمعامل قدره 20.
بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تحليل 10 عينات تحتوي على جسيمات مغناطيسية نانوية باستخدام تقنية FMMD. وبمجرد إتقانها، يمكن تنفيذ هذه التقنية في حوالي ساعة واحدة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. وقد مهدت هذه التقنية بعد تطويرها الطريق للباحثين في مجال الكيمياء الحيوية والتشخيص الطبي لاستكشاف توزيع الجسيمات المغناطيسية النانوية التي ترتبط بأجسام مضادة محددة في أجهزة الجسم.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
نظرة عامة
تقدم هذه المقالة طريقة لتصوير العينات البيولوجية الرقيقة باستخدام ماسح ضوئي مبتكر يعتمد على الكشف المغناطيسي عن خلط الترددات المستوية. وتعمل هذه التقنية على التقاط استجابة التعديل البيني المغناطيسي للجسيمات المغناطيسية النانوية، مما يتيح إنشاء صور ثنائية الأبعاد.
المكونات الرئيسية للدراسة
مجال العلم
- الكيمياء الحيوية
- التشخيص الطبي
- تقنيات التصوير المغناطيسي
خلفية علمية
- يمكن استخدام الجسيمات النانوية المغناطيسية كمركبات تسوية في تحليل الأنسجة.
- يُعد فهم توزيع الجسيمات أمرًا بالغ الأهمية لمختلف التطبيقات.
- توفر هذه الطريقة تقنية تصوير غير جراحية.
- قد لا تتمكن الطرق السابقة من رصد توزيع هذه الجسيمات بشكل فعال.
الغرض من الدراسة
- لتحليل العينات البيولوجية الرقيقة التي تحتوي على جسيمات مغناطيسية نانوية.
- لتحسين تقنيات التصوير في الكيمياء الحيوية والتشخيص الطبي.
- لإثبات فعالية طريقة الكشف المغناطيسي عن طريق خلط الترددات المستوية.
الطرق المستخدمة
- عمليات مسح للكشف المغناطيسي المختلط ثنائي الأبعاد.
- استخدام رأس قياس p-FMMD مصمم وفقاً لبروتوكولات محددة.
- مواصفات دقيقة للتوصيلات والملفات لضمان دقة القياسات.
- عرض توضيحي من قبل الباحثين Eul-Gyoon Lim و Jae-chan Jeong و Jiho Chang.
النتائج الرئيسية
- تنجح هذه الطريقة في التقاط صور ثنائية الأبعاد للعينات البيولوجية الرقيقة.
- أثبتت فعاليتها في تحليل توزيع الجسيمات المغناطيسية النانوية.
- توفر نهجاً جديداً لتحليل المقاطع النسيجية.
- تطبيقات محتملة في مجالات متنوعة من الكيمياء الحيوية والتشخيص.
الاستنتاجات
- تعد تقنية الكشف المغناطيسي بخلط الترددات المستوي فعالة في التصوير.
- تعزز هذه الطريقة من فهم سلوك الجسيمات المغناطيسية النانوية.
- تفتح هذه التقنية آفاقاً جديدة للأبحاث في مجال التشخيص الطبي.
الأسئلة الشائعة
الأهمية التنفيذية للصناعة
يتيح ماسح الكشف المغناطيسي عن طريق خلط الترددات المستوي (p-FMMD) تصويرًا ثنائي الأبعاد غير جراحي لتوزيع الجسيمات المغناطيسية النانوية في العينات البيولوجية الرقيقة، مما يدعم التحقق من الأهداف وتطوير المقايسات في مراحل الاكتشاف المبكرة. ومن خلال التقاط إشارات التعديل البيني من الجسيمات فائقة البارامغناطيسية دون الحاجة إلى مغنطة العينة بالكامل، فإنه يوفر بيانات مكانية كمية تعزز الثقة التنبؤية في الدراسات الميكانيكية وتقلل من الجداول الزمنية لتقليل المخاطر البيولوجية. وتعتبر هذه الطريقة ذات صلة بشكل خاص بتحليل قطاعات الأنسجة والعينات التشخيصية حيث يوجه التحديد الدقيق لمواقع العلامات المغناطيسية قرارات المضي قدمًا أو التوقف في مسارات تحديد المركبات الرائدة.
التطبيقات الاستراتيجية في البحث والتطوير في مجال الأدوية البيولوجية
الاكتشاف المبكر والتحقق من الهدف
- القيمة العلمية: تتيح استجواب الفرضيات العلاجية من خلال رسم خريطة توزيع الجسيمات المغناطيسية النانوية كبديل لقياس الارتباط بالهدف أو وجود المؤشرات الحيوية في المقاطع النسيجية.
- القيمة التشغيلية: توفر قراءات مكانية قائمة على الوسوم توضح أنماط تنشيط المسارات وتدعم التحقق الوظيفي من الهدف في الأنظمة ذات الصلة بالمرض.
- القيمة التنبؤية: تُنتج مخرجات تصويرية كمية تعزز الثقة في مقاييس تعديل الهدف وتساعد في فرز محفظة المشاريع بناءً على مقاييس الثقة بالهدف.
الفحص وتطوير المقايسة
- جاهزية المقايسة: تُنتج خرائط إشارات ثنائية الأبعاد (2D) معيارية وقابلة للتكرار من عينات محملة بالجسيمات، مما يتيح فحصاً موثوقاً للمركبات مقابل أنظمة التقارير النانو مغناطيسية.
- المخرجات الكمية: تقيس سعات ناتج التعديل البيني التي ترتبط بتركيز الجسيمات، مما يدعم تحليل الاستجابة للجرعة وتأكيد النتائج الإيجابية في حملات الفحص.
- قابلية توسيع المنصة: تستوعب أحجام عينات محدودة فقط بنطاق المسح وهندسة الدعامة، مما يسمح بإعادة الاستخدام عبر تنسيقات مقايسة وأنظمة نماذج متعددة.
الأبحاث الانتقالية وما قبل السريرية
- الاستمرارية الانتقالية: تعمل على الربط بين تدفقات العمل في مرحلتي الاكتشاف وما قبل السريرية من خلال توفير بيانات متسقة حول توزيع الجسيمات، بدءاً من المقاطع النسيجية وصولاً إلى المستأصلات العضوية الكاملة.
- محاذاة المؤشرات الحيوية: تدعم التحقق من صحة المؤشرات الحيوية الانتقالية عند اقتران الجسيمات النانوية المغناطيسية بربيطات محددة الهدف، مما يسمح بإيجاد علاقة ارتباط بين إشارة التصوير والتعبير عن الهدف.
- التقدم المعدل حسب المخاطر: تقلل من الغموض الميكانيكي في تحسين المركبات الرائدة من خلال تقديم تحقق مكاني من ارتباط الهدف في نماذج الأمراض خارج الحيوية (ex vivo).
تكامل سير العمل والعمليات المتسلسلة
تندرج طريقة p-FMMD ضمن سلسلة الاكتشافات بدءاً من التحقق الأولي من الهدف، مروراً بتحديد المركبات الرائدة، وصولاً إلى التقييم قبل السريري، حيث توفر قدرة تصوير قابلة لإعادة الاستخدام لتتبع توزيع الجسيمات المغناطيسية النانوية عبر مراحل سير العمل.
- بيولوجيا الاكتشاف: تدعم اختبار الفرضيات وتوضيح المسارات من خلال تصور أماكن تراكم العلامات المغناطيسية في العينات البيولوجية، مما يقلل من عدم اليقين في دراسات الآليات المستهدفة.
- الفحص: تتيح توحيد المقايسات من خلال مخرجات إشارات قابلة للقياس الكمي تسمح بمقارنة تأثيرات المركبات على توزيع الجسيمات أو الارتباط بالهدف.
- التحليلات: توفر قياسات الشدة المكانية وقراءات تعتمد على التركيز تساعد الفرق في مقارنة الظروف وتقييم فعالية تعديل الهدف.
- الأبحاث الانتقالية: تربط بالتحقق قبل السريري من خلال توفير استمرارية التصوير عند تقييم المسابير القائمة على الجسيمات النانوية في الأنسجة المستأصلة أو مقاطع الأعضاء.
- إعادة الاستخدام المؤسسي: تعمل كتقنية منصة قابلة للتطبيق عبر مشاريع متعددة، مما يقلل الحاجة إلى إعادة التحقق عند تطبيقها على أهداف جديدة أو نماذج مرضية.
التأثير التشغيلي والمؤسسي
- القيمة العلمية: تعزز الثقة التنبؤية في التحقق من الهدف من خلال تقليل الغموض الميكانيكي عبر التصوير المكاني المباشر لتوزيع الجسيمات النانوية.
- القيمة التشغيلية: تضمن قابلية التكرار والتوحيد القياسي من خلال ترددات استثارة وبروتوكولات إزالة تعديل ثابتة تنتج إشارات تعديل بيني متسقة عبر مختلف التجارب.
- القيمة الاستراتيجية: تحسن كفاءة رأس المال من خلال تمكين اتخاذ قرارات مبكرة بالاستمرار أو التوقف بناءً على تصوير الارتباط بالهدف، مما يقلل الاستثمار في النماذج المرشحة الإيجابية الكاذبة.
- التأثير على المحفظة: تدعم ترتيب الأولويات المعدلة حسب المخاطر من خلال توفير بيانات مكانية تساهم في اتخاذ قرارات التطوير في مسارات تحديد النماذج المرشحة.
اعتبارات التنفيذ
- يتطلب خبرة في التعامل مع الجسيمات المغناطيسية، وفك تعديل الإشارة، وإعداد أجهزة المسح ثنائي الأبعاد وفقاً لمواصفات التوصيل واللف المفصلة.
- يعتمد على إمكانية الوصول إلى مصادر إثارة ذات ترددات محددة (77 kHz و 61 Hz) وإلكترونيات كشف حساسة قادرة على عزل نواتج التعديل البيني لتردد المجموع.
- يستلزم توحيد بروتوكولات تحضير العينات، بما في ذلك تخفيف الجسيمات، وتثبيتها على الركائز (مثل النيتروسليلوز، وورق Blotting)، وإجراءات التجفيف لضمان اتساق الإشارة.
- يتضمن اعتبارات التكيف مع سماكات العينات المختلفة، حيث أن الدقة المكانية مقيدة بارتفاع العينة (محددة بـ 2 mm في الإعداد الحالي).
- يشمل قيوداً عملية مثل المقايضة بين سرعة المسح وكثافة الإشارة، وتأثير ملف الحساسية لرأس القياس على عرض الصورة.
