Частота Смешивание Магнитный сканер обнаружения для визуализации магнитных частиц в планарных образцах

Магнитные наночастицы (MNP) нашли широкое применение в молекулярной биологии и в медицине, то есть, для манипуляций биомолекул и одиночных камерах ^1, для селективной маркировки целевых объектов для обнаружения, ^{2, 3} для хроматина модуляции, ⁴ и для выделения мРНК и лечения рака . ⁵ Благодаря своим свойствам суперпарамагнит-, они особенно полезны для медицинской визуализации. Они могут служить, например, в качестве контрастных агентов или индикаторов для магнитно – резонансной томографии (МРТ) или для визуализации восприимчивости с использованием сверхпроводящей квантовой интерференции устройства (SQUID) , детекторы. ^{2, 6} Сверхпарамагнитные наночастицы дают хороший контраст с различными тканями человеческого тела , которые являются диа- или парамагнитной. ⁷ Таким образом, частицы могут быть легко использованы для получения медицинских изображений частей тела человека с относительно хорошим пространственным разрешением и чувствительностью. ⁸

палатка "> The визуализации магнитопорошковым (MPI) метод введен Gleich и Weizenecker ⁹ использует нелинейности намагниченности частицы. При нулевом или слабом смещении магнитного поля, отклик MNP на переменном токе возбуждения частоты F является сильным из – за их большая восприимчивость. В частности, нелинейная намагниченность частицы приводит к генерации гармоник п ° F, при п = 2, 3, 4 … при высоком смещении магнитного поля, гармонический отклик становится слабым , поскольку частицы магнитного насыщения. В методика MPI, образец полностью намагничены для линии без поля (FFL) или без поля точки (ПКО), за исключением. только частицы, расположенной близко к этой линии или точки будут способствовать нелинейного отклика образца. с движение ПКО и занятости подходящих приемных катушек, Gleich и Weizenecker приобрела MPI изображения с пространственным разрешением 1 мм.

Чтобыполучать информацию о пространственном распределении МНП, два метода обычно используются, механическое перемещение датчика относительно образца или перемещения FFL / СЗП с помощью электромагнитов. ^{2, 3} В последнем случае, методы восстановления изображений как гармонического пространства MPI ³ или X-пространстве MPI ^{10, 11, 12} требуются. Пространственное разрешение MPI определяется свойствами свертки возбуждения и обнаружения катушек, а также характеристиками градиента магнитного поля. Это позволяет алгоритмы восстановления изображения, чтобы получить улучшенное разрешение в родном разрешении, которое определяется по размеру и расстояния до приемных катушек, а также распределения магнитного поля подчиняется уравнениям Максвелла.

Сканер MPI обычно состоит из сильного магнита для намагничивания весь образец, управляемую систему катушки для рулевого управления с FFL или ПКО на образце, высокочастотный возбуждениямисистема катушек N, и система обнаружения катушки для сбора нелинейного отклика от образца. FFL / СЗП непрерывно перемещается по объему образца в то время как гармонический отклик от этого ненасыщенного область образца регистрируется. Для того , чтобы избежать проблемы подгонки образца в сканер, односторонний сканер MPI была продемонстрирована Grafe и др. ^13, однако за счет снижения производительности. Наилучшие результаты получаются, если образец окружен магнитами и катушками. Поскольку образец должен быть полностью намагничены для FFL / FFP области за исключением того, метод требует относительно больших и сильных магнитов с водяным охлаждением, что приводит к довольно громоздким и тяжелым системой MPI.

Наш подход основан на частоте смешения в нелинейной кривой намагничивания суперпарамагнитных частиц. ¹⁴ Когда супер-парамагнетиками подвергаются воздействию магнитных полей на двух различных частотах (F ₁ и F </ EM> _2), частоты суммой , которая представляет собой линейную комбинацию т · е ₁ + п · F ₂ (с целыми числами т, п) генерируются. Было показано , что появление этих компонентов весьма специфичен к нелинейности кривой намагничивания частиц. ¹⁵ Другими словами, когда образец МНП одновременно подвергается продвигающего магнитного поля на частоте F ₂ и зондирующего поля на частоте F _1, частицы генерируют поле отклика на частоте F ₁ + 2 · F _2. Эта частота сумма не будет существует без магнитно нелинейного образца, поэтому специфичность чрезвычайно высока. Мы назвали этот метод "смешение частот магнитного обнаружения" (FMMD). Это было экспериментально подтверждено , что метод дает динамический диапазон более четырех порядков величины концентрации частиц. ¹⁴

<р класс = "jove_content"> В отличие от типичных MPI – измерительных приборов, плоскостная смешение частот магнитного обнаружения подхода (п-FMMD) не требует , чтобы намагнитить образец близок к насыщению , так как генерация суммарной частоты компонента F ₁ + 2 ° F ₂ является максимальным при нулевом статическом поле смещения. ¹⁴ Таким образом, потребность в сильных и объемных магнитов смягчается. На самом деле, наружные размеры измерительной головки являются только 77 мм × 68 мм × 29 мм. Для сравнения, MPI установок , как правило , измеритель размера. ⁷ Недостаток, однако, заключается в том , что эта методика ограничена плоскостных образцов с максимальной толщиной 2 мм в текущей настройке. Образец должен быть отсканированы относительно двустороннему измерительной головки. Повторная конструкция, позволяющая для более толстых образцов можно, но торговаться в связи с потерей пространственного разрешения.

На основе этого метода FMMD мы представляем специальный тип MPI DETECтор для плоских образцов, так называемый "плоскостной смешение частот магнитного обнаружения" (р-FMMD) сканер. Этот принцип был недавно опубликован. ¹⁷ В этой работе мы ориентируемся на методологии и методики настоящих протоколов , как настроить такой сканер и как выполнить сканирование. Было показано , что MPI может быть применен для медицинских диагностических целей , таких , как сердечно – сосудистые или рак визуализации. ^{16, 18, ​​19} Поэтому мы считаем , что новый сканер MPI может использоваться для широкого круга потенциальных применений, например, для измерения магнитных частиц распределение в срезах тканей.