תדירות ערבוב סורק זיהוי מגנטי הדמית חלקיקים מגנטיים בדגימות מישורים

חלקיקים מגנטיים (MNP) מצאו יישומים נפוצים בביולוגיה מולקולרית ברפואה, כלומר, מניפולציה של ביומולקולות ותאי יחיד ^1, תיוג סלקטיבי גופים היעד לגילוי, ^{2, 3} עבור אפנון הכרומטין, ⁴ ו לבידוד mRNA וטיפול בסרטן . ⁵ בשל המאפיינים פאראמגנטי שלהם, הם שימושיים במיוחד עבור דימות רפואי. הם יכולים לשמש, למשל, כמו סוכני ניגודיות או קליעים נותבים עבור דימות תהודה מגנטית (MRI) או הדמיה רגישה ששימוש במכשיר קוונטיים הפרעת מוליכים (SQUID) גלאי. ^{2, 6} החלקיקים פאראמגנטי להניב ניגודיות טובה לרקמות השונות של האדם הגוף אשר לדיאלוגים או פאראמגנטיים. ⁷ לפיכך, חלקיקים יכול לשמש בנוחות לרכוש תמונות רפואיות של חלקי גוף האדם עם רזולוציה מרחבית טובה יחסית ורגישות. ⁸

טכניקת אוהל "> הדמית החלקיקים המגנטיים (MPI) הוצגה על ידי Gleich ו Weizenecker ⁹ עושה שימוש הליניאריות של המגנטיזציה של החלקיקים. באפס או הטיה יש שדה מגנטי חלשה, התגובה של MNP כדי עירור AC של f התדירות הוא חזק בשל הרגישות הגדולה שלהם. בפרט, המגנטיזציה הקוי של החלקיקים מולידה דור הרמוניות n · f, עם n = 2, 3, 4 … בשעת הטית שדה מגנטית גבוהה, התגובה ההרמונית נחלשה בגלל החלקיקים רוויים מגנטיים. ב טכניקת MPI, המדגם הוא ממוגנט לחלוטין למעט קו שדה ללא (FFL) או נקודה חינם-שדה (FFP). רק חלקיקים הנמצאים בסמוך לקו זה או נקודה תתרום התגובה הקוית של המדגם. עם תנועה של FFP ותעסוקה של סלילי מקלט מתאימים, Gleich ו Weizenecker רכשו תמונות MPI עם רזולוציה מרחבית של 1 מ"מ.

כדילקבל מידע על הפריסה המרחבית של MNP, שתי שיטות מועסקות בדרך כלל, התנועה המכאנית של החיישן ביחס המדגם, או תנועה של FFL / FFP באמצעות אלקטרומגנטים. ^{2, 3} במקרה האחרון, טכניקות שחזור תמונה כמו-מרחב הרמוני MPI ³ או X-שטח ^{10 MPI, 11, 12} נדרשים. הרזולוציה המרחבית של MPI נקבעת על פי מאפייני פיתול של סלילי עירור וגילוי וכן על ידי המאפיינים של שיפוע השדה המגנטי. זה מאפשר אלגוריתמים שחזור תמונה לקבל החלטה השתפרה במהלך הרזולוציה המקורית, אשר נקבעה על ידי גודל ומרחק של סלילי הטנדר כמו גם על ידי חלוקת השדה המגנטית נשלטת על ידי משוואות מקסוול.

סורק MPI בדרך כלל מורכב של מגנט חזק עבור magnetizing המדגם כולו, מערכת סליל לשליטה על היגוי FFL או FFP ברחבי הדוגמא, excitatio בתדירות גבוההמערכת סליל n, ומערכת סליל זיהוי עבור להרים את התגובה הקוית מן המדגם. FFL / FFP מועבר באופן רציף דרך נפח הדגימה תוך התגובה ההרמונית מאזור מדגם בלתי רווי זה נרשם. על מנת למנוע את הבעיה של התאמת הדגימה לתוך הסורק, סורק MPI חד צדדי הודגם על ידי Grafe et al. ^13, עם זאת על חשבון ביצועים מופחתים. התוצאות הטובות ביותר מושגות אם המדגם הוא מוקף מגנטים וסלילים. בגלל המדגם צריך להיות ממוגנט כולי פרט באזור FFL / FFP, הטכניקה דורשת יחסית מגנטים גדולים וחזקים עם קירור מים, מה שמוביל מערכת MPI מגושמת וכבדה למדי.

הגישה שלנו מבוססת על תדר ערבוב בעיקול המגנטיזציה שאינו ליניארי של חלקיקים פאראמגנטי. ¹⁴ כאשר-paramagnets סופר נחשפים לשדות מגנטיים שני תדרים שונים (f ₁ ו- f </ em> _2), תדרי סכום מייצג שילוב מטר ליניארי · f ₁ + n · f ₂ (עם מ 'מספרים שלמים, n) נוצר. היא הוצגה כי הופעתו של רכיבים אלה הוא מאוד ספציפיות כדי הליניאריות של עקומת המגנטיזציה של חלקיקים. ¹⁵ במילים אחרות, כאשר המדגם MNP חשוף בו זמנית לשדה מגנטי נהיגה בתדר f ₂ ושדה חיטוט בתדר f _1, חלקיקים ליצור שדה בתגובה בתדר f ₁ + 2 · f _2. תדירות סכום זה לא תהיה קיים בלי המדגם המגנטי קוי, ולכן וספציפיות גבוהות מאוד. קראנו בשיטה זו "תדר ערבוב זיהוי מגנטי" (FMMD). זה אומת באופן ניסיוני כי טכניקת מניב טווח דינמי של יותר מארבעה סדרי הגודל בריכוז חלקיקים. ¹⁴

<p class = "jove_content"> בניגוד המכשור MPI טיפוסי, תדירות מישוריים ערבוב זיהוי מגנטי (p-FMMD) הגישה אינה דורשת כדי למגנט מדגם קרוב לרוויה כי הדור של f רכיב התדר סכום ₁ + 2 · f ₂ הם מקסימום באפס שדה הטיה סטטי. ¹⁴ לכן, צורך מגנטים חזקים ומגושמים מקלה. למעשה, את הממדים החיצוניים של ראש המדידה הם רק 77 מ"מ × 68 מ"מ × 29 מ"מ. לשם השוואה, setups MPI הוא בדרך כלל מטר בגודל. ⁷ החסרון, לעומת זאת, הוא כי הטכניקה מוגבלת דגימות מישוריים עם עובי מרבי של 2 מ"מ ההגדרה הנוכחית. המדגם יש לסריקה יחסית לראש מדידה דו-צדדית. מחדש בנייה המאפשרת דגימות עבות אפשרית, אך להיסחר ב להפסד של רזולוציה מרחבית.

בהתבסס על טכניקת FMMD זה, אנו מציגים סוג מיוחד של MPI detecטור עבור דגימות מישוריים, הסורק שנקרא "תדר מישוריים ערבוב זיהוי מגנטי" (p-FMMD). העיקרון פורסם לאחרונה. ¹⁷ בעבודה זו, אנו מתמקדים על המתודולוגיה של הטכניקה ופרוטוקולים נוכחיים כיצד להגדיר סורק כזה וכיצד לבצע סריקות. הוכח כי MPI ניתן ליישם למטרות רפואיות אבחנתיות כגון הדמית לב וכלי דם או סרטן. ^{16, 18, ​​19} לכן אנו מאמינים כי סורק MPI החדש יכול לשמש עבור מגוון רחב של יישומים פוטנציאליים, למשל, למדידת חלקיקים מגנטיים הפצה בחתכי רקמה.