Nucléation contrôlable de Cavitation de nanoparticules d’or plasmoniques pour renforcer la haute intensité porté Applications ultrasons

1. tissu imitant fabrication fantôme Remarque : Une analyse approfondie des propriétés acoustiques du fantôme optiquement transparent imitant le tissu utilisé pour toutes les expositions dans cette étude se trouvent à Choi, et al. 24 Remarque : Chaque moule fantôme contient environ 50 mL de solution, et pour chaque lot un total de cinq moules sont remplis. Ainsi, un total de 250 mL de solution fantôme est préparé. Ajouter 148,2 mL (60 % v/v) d’eau désionisée, filtré et dégazé dans une carafe en verre 500 mL et les laisser s’équilibrer à température ambiante. Ajouter 75 mL de 40 % (poids/volume) solution d’Acrylamide/Bis-acrylamide (30 % v/v) dans le bécher de verre, suivie de 25 mL de tampon TRIS de 1 M, pH 8 (10 % v/v) et 2,15 mL de persulfate d’ammonium 10 % (APS ; 0,86 % v/v). Placer le bécher en verre à l’intérieur d’une chambre à vide qui se trouve sur une plaque de l’agitateur magnétique et placer un barreau d’agitateur magnétique 40 mm long polytétrafluoroéthylène (PTFE) à l’intérieur du bécher. Avec un support en mélangeant vitesse (c.-à-d., assurer un bon mélange sans formation de vortex dans l’eau), ajouter lentement 22,5 g (9 % p/v) de poudre de l’albumine sérique bovine (BSA). Une fois que tous les BSA a été ajouté à la solution, fermer la chambre à vide et sur la pompe à vide. Maintenir un vide de 80 mBar/H et continuer à remuer pendant un autre 60 min, puis relâcher le vide. À ce stade, la solution doit être claire avec une légère teinte jaune. La méthode décrite ci-dessus est la même chose pour les fantômes réalisés avec et sans nanoparticules. Si les nanoparticules sont requis, ajouter 10 µL (concentration de 1 x 108 np/mL) des nanotiges qui ont une résonance plasmonique de surface (SPR) à 850 nm et un diamètre de 40 nm. Enfin, ajoutez 125 µL d’éthylènediamine (TEMED) pour catalyser la polymérisation du fantôme. Attendre 5 minutes supplémentaire permettant de mélanger, puis verser la solution fantôme dans 5 moules individuels et attendre 20 min pour régler. Une fois réglé, retirer les détenteurs et stocker dans un récipient hermétique jusqu’à utilisation. Utilisez des fantômes dans les 24 heures de fabrication. 2. étalonnage des transducteurs HIFU champ libre pression acoustique Remarque : Cette section du protocole n’est pas nécessaire avant chaque expérience de lésion et d’imagerie. C’est une procédure de calibrage à effectuer à intervalles réguliers pour s’assurer une sortie acoustique du système est correcte. Remplir un réservoir d’eau acrylique (280 x 141 x 132 mm) avec 4,5 L d’eau déionisée et dégazé. Installez la sonde HIFU sur un poste de poste fixe à une extrémité de la citerne, à l’intérieur. Parallèlement à cela, Mont un calibré (effectué par les laboratoires de physique National) hydrophone de membrane sur une scène de trois axes manuel micrométrique au point focal du transducteur HIFU (63 mm) environ. Connecter la sonde HIFU (géométriques foyer 63 mm) sur le circuit d’adaptation d’impédance, puis amplificateur de puissance (comme illustré à la Figure 1). Connectez ensuite l’hydrophone membrane directement sur le système d’acquisition de données, veillant à ce qu’un signal de déclenchement est fourni par le générateur de fonction connecté à l’amplificateur de puissance (Figure 1). La valeur de la tension de sortie du générateur de fonction à 30 mV, avec une onde sinusoïdale de 10 cycle 3,3 MHz à une fréquence de répétition des impulsions de 100 Hz. En utilisant le logiciel de mesure (voir Table des matières) pour visualiser le signal acoustique détecté et le stade de micromètre, positionner l’impulsion acoustique détectée à l’heure du vol (42,5 µm). En utilisant seulement une direction radiale simple à la fois sur la scène de micromètre, maximiser le signal acoustique détecté. Une fois convaincus, que c’est chose faite, fermez le logiciel et laisser l’hydrophone de membrane dans sa position actuelle. Varier la tension de sortie du générateur de fonction de 20-400 mV 20 incréments de mV. À chaque tension niveau et en utilise le logiciel d’acquisition de MatLab, dossier l’hydrophone signaux. Acquérir 100 impulsions à chaque niveau et convertir des données de tension en pression à l’aide des données d’étalonnage fourni. Moyenne des données et de mesurer les deux les PIC valeurs positives et négatives pour tous les niveaux de tension de sortie. Cela donne les données d’étalonnage pour la pression négative de crête de champ libre à utiliser pour les deux le pouls et poursuit des études des ondes. 3. Configuration d’appareil expérimental pour les deux études d’ondes pulsées et continu Remplir un réservoir d’eau acrylique (280 x 141 x 132 mm) avec 4,5 L d’eau déionisée et dégazé. Monter la sonde HIFU et l’hydrophone à large bande co-alignés sur une scène de trois axes manuel micromètre. Puis, complètement submerger le transducteur et l’hydrophone dans le réservoir d’eau. Un schéma de cela est illustré dans la Figure 1. Connecter la sonde HIFU à un circuit d’adaptation d’impédance, pour lui permettre d’être conduit à son troisième harmonique (3,3 MHz). Ce circuit est relié directement à la sortie d’un amplificateur de puissance RF. Un générateur de fonctions numérique est connecté à l’entrée de l’amplificateur de puissance et programmé à distance. Avant l’exposition en matériel fantôme, utilisez un hydrophone membrane différentiel calibré pour mesurer la pression de pointe négative générée par ce système pour une tension d’entrée donnée sur le générateur de fonctions tel que décrit dans 2. Ces valeurs de tension de référence permet de définir le niveau de pression nécessaire sur le générateur de fonctions numériques. Connecter l’hydrophone à large bande (géométriques foyer 63 mm) qui se trouve dans l’ouverture centrale de la sonde HIFU directement à un filtre passe-haut de 5 MHz. Connectez-la à une carte d’acquisition de 14 bits de données (DAQ) via un préamplificateur de 40 dB. Assurez-vous que le filtre passe-haut est connecté avec le biais correct.NOTE : Cette carte a été installée dans un PC de bureau et est utilisée pour contrôler tout le matériel (exemples vous trouverez ce logiciel sous forme de fichiers supplémentaire) et enregistrer les données pour le traitement hors ligne au cours de cette étude. Connecter un générateur d’impulsions de transistor-transistor logic (TTL) retard numérique avec des câbles de baïonnette Neill-Concelman (BNC) pour les deux le laser pulsé système et la fonction génératrice pour assurer la synchronisation entre ces systèmes, qui veillera à ce que les 7 ns laser Pulse est coïncident dans la région de cible durant le quatrième pic de raréfaction du transducteur HIFU. À l’aide de la méthode décrite dans 1, omettre les BSA et les nanoparticules pour faire un alignement fantôme, qui est un matériel fantôme standard qui contient une cible métallique sphérique de 1 mm (un roulement à billes). Pour y parvenir, verser 25 mL de matériel fantôme dans un moule et ajouter le catalyseur TEMED 62,5 µl, puis attendre environ 20 min pour régler. Mettre en place la cible métallique centrée dans le fantôme, puis ajouter à nouveau 25 mL de solution fantôme, suivie par le catalyseur TEMED 62,5 µl et un autre 20 min attendre. Placez l’alignement fantôme dans la 3D support imprimé6, monter sur une scène 3D automatisée et positionner environ afin que la cible métallique est à l’apogée de focale de la sonde HIFU. À l’aide de la sonde HIFU pour envoyer une courte durée cycle 10 burst (3 ms) et de l’hydrophone à recevoir (connecté directement à la carte DAQ), la position par rapport à la cible de l’alignement est optimisée grâce à l’emplacement de l’impulsion de l’écho. Le temps réel détecté le signal s’affiche sur l’ordinateur. Régler le temps de vol et signal amplitude à l’aide de l’étape manuelle micromètre que le transducteur de l’HIFU et hydrophone est monté sur. Une fois le temps de vol est défini à 85 µs (un seul aller-retour) et l’amplitude du signal a été agrandie dans les deux directions radiales, ce système sera aligné. Couple l’énergie optique de l’oscillateur paramétrique optique (OPO) pompé par le laser pulsé de 532 nm nanoseconde dans le fantôme à l’aide d’un faisceau de fibres de 2 mm. Monter cette fibre dans une deuxième étape de micromètre et position à un angle de 45 ° de l’axe acoustique devant le fantôme (Figure 1). La longueur d’onde de la lumière laser est définie à 680 nm soit visible pour l’alignement. Une fois visible, positionner l’éclairage laser avec le stade de micromètre telle que la cible de l’alignement est centrale dans un faisceau laser de 15 mm de diamètre. Positionner le microscope numérique de 20 à 90 x (travail distance 90 mm) et une source de lumière blanche sur les côtés opposés de la citerne d’eau perpendiculaire au plan de propagation de la sonde HIFU. Le microscope est monté sur une scène de petit micromètre. Positionnez-le telles que l’alignement métallique ciblé est centrale et mise au point dans son champ de vision (5 x 6 mm).Remarque : Une fois la procédure ci-dessus terminée, tous les éléments de ce système (HIFU transducteur, hydrophone, illumination laser et microscope) maintenant co correspondent à un emplacement spécifique. L’alignement fantôme peut maintenant être remplacé avec les phantoms imitant le tissu utilisés pour l’étude. Comme le fantôme est monté dans un support attaché à un système de positionnement 3D, différentes régions peuvent être ciblées tout en conservant l’alignement. 4. détection de seuil cavitation HIFU pulsé expositions Remarque : La procédure suivante est le même pour les fantômes avec ou sans nanoparticules et doit être répétée trois fois. Vérifiez que le système PCD est connecté après que déconnexion pour la procédure d’alignement décrit dans 3,8 et régler la longueur d’onde du laser à la SPR des nanoparticules. Utilisez un programme de contrôle personnalisé, régler le générateur de fonction pour produire une salve HIFU 10 cycle (3 µs), qui est synchronisé avec le système de laser. Également utiliser ce programme pour définir une fluence de laser de 0,4, 1.1, 2.1 ou 3,4 mJ/cm2 bien que changer le timing entre le déclenchement de la cuisson de la lampe flash et ouverture de Q-switch dans le système de laser. Cibler le pic focal du système HIFU 10 mm profondément dans le fantôme et à 13 endroits uniques, espacées de 5 mm, dans le sens vertical. Dans chacun de ces endroits effectuer une exposition à une dépression HIFU pic unique, avec des fluences quatre laser a déclaré 4.2. Utilisation de la gamme des pic négatif pressions 0, 0.91, 1.19, 1.43, 1.69, 1,92, 2,13, 2,34, 2,53, 2.71, 2,83, 3,00 et 3,19 MPa pour les conditions d’exposition suivants : laser sur une NANOPARTICULE fantôme gratuit et laser éteint dans une NANOPARTICULE fantôme laser sur dans une nanoparticule fantôme. Pour simuler un laser « trompe-l’oeil », exposition, faire fonctionner le système comme décrit, mais ferme l’obturateur manuel sur la sortie de l’OPO. Cette approche assurera que tout bruit RF généré sera toujours présent pour le système PCD. Tous les réglages et les positions de l’exposition dans le programme de contrôle du programme, puis exécuter pour effectuer ces mesures. Les données PCD sont numérisées et stocké directement à l’aide de la carte d’acquisition de données pour le post-traitement. Pour chaque paramètre de l’exposition, 500 Répétez les expositions sont acquis6. Traiter les émissions large bande détectées par le système PCD de l’exposition HIFU de courte durée dans les fantômes en utilisant la technique détaillée par McLaughlan et al. (2017) 6. 5. thermal Denaturation de vague continue HIFU expositions Remarque : La procédure suivante est le même pour les fantômes avec ou sans nanoparticules et ont été répétés trois fois. Définir le système de laser pour donner une fluence de 3,4 mJ/cm2 et le générateur de fonction de donner une exposition CW (chaque rafale de 330 000-cycle est synchronisé à une impulsion laser). Dans 11 sites uniques dans le fantôme, sélectionnez une pression négative de crête de 0,20, 0.62, 0.91, 1.19, 1.43, 1.69, 1,92, 2,13, 2.34, 2,53 ou 2,71 MPa. Utiliser un temps d’exposition totale de 17 s afin d’acquérir 1 s de référence avant et après une exposition HIFU 15 s CW dans le fantôme. Pendant ce temps de l’exposition totale, le système d’acquisition de données enregistre les données PCD. Le microscope est relié à la commande de PC et les cadres d’image sont enregistrés pendant cette période pour fournir une visualisation directe de la formation de lésions thermiques. Répétez le processus à 4.3 pour toutes les conditions d’exposition différente décrites en 4.4. Traiter toutes les données PCD hors ligne pour calculer la dose de cavitation inertielle25 pour chaque exposition.