Name: frequency mixing magnetic detection scanner for imaging magnetic particles in planar samples
Uploaded: 2016-06-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 1 s
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Diese Arbeit wurde von der ICT-F &amp; E-Programm von MSIP / IITP, Republik Korea (Förder-Nr: B0132-15-1001, Entwicklung von Next Imaging System) unterstützt.

1. Design ein Planar Autobahnmeistereien Messkopf <ol><li> Wählen Sie eine Spule Schema für den Messkopf. Wählen Sie eine Konfiguration gemäß Figur 1, bestehend aus zwei Aufnahmespulen oberhalb und zwei unterhalb der Probe in einem (-, +, +, -) Sequenz, wobei die Probe zwischen den beiden (+) Spulen in der Mitte sitzt. Das Vorzeichen bezeichnet die Richtung der Wicklung, dh (+) für Rechts- und (-) für gegen den Uhrzeigersinn. Somit wird die Empfindlichkeit der Aufnahmespulen über die Probendicke fast homogen. <ol><li> Platzieren Sie die Erregerspulen, so dass der direkt induzierten Signals in den Aufnehmerspulen out aufhebt, um die Sättigung des Vorverstärkers zu verhindern und um eine maximale Empfindlichkeit gegenüber der Probe. Andere Konfigurationen, die diese grundlegenden Gestaltungsregeln erfüllen können erdacht werden. </li></ol></li><li> Geben Sie die maximale Probendicke. Hier verwenden 2 mm. <ol><li> Wählen, den Durchmesser und die Länge der Aufnahmespulen ähnlich dem maximalen Proben thickness. Hier wurde ein Innendurchmesser von 2 mm gewählt, die einen mittleren Durchmesser von 3,7 mm für die Höhe der Wicklungen von 1,7 mm ergibt. Die Spulenbreite beträgt 4 mm. </li><li> Wählen Sie den Drahtdurchmesser und die Anzahl der Wicklungen der Aufnahmespulen, so dass die Gesamtimpedanz aller Aufnehmerspulen etwa die Eingangsimpedanz des Vorverstärkers übereinstimmt. Diese Bedingung erlegt Beschränkungen der Erfassungsfrequenz. In dem Fall eines Operationsverstärkers mit einer optimalen Eingangsimpedanz von 1,100 Ω alle vier Aufnahmespulen 600 Wicklungen von 0,08 mm Durchmesser aufweisen. Kupferlackdraht, insgesamt Ohmschen Serienwiderstand von 95,3 Ω und eine Gesamt Induktivität von 1,9 mH ergibt, die 919 Ω Impedanz gibt. </li></ol></li><li> Bereiten Sie die Hochfrequenz - Anregungsspulen 17 , so dass das Magnetfeld an der Position des Proben ideal auf etwa 0,5 mT beträgt. Wenn beispielsweise der Innenradius der Spule 3,8 mm ist und die Breite beträgt 8,5 mm, Wind 476 Wicklungen von 0,1 mm Durchmesser w<html> ire. Hier wurde ein Bereich von 0,4 mT erreicht bei f 1 = 76.550 Hz. </li><li> Bereiten Sie die niederfrequenten Anregungsspulen 17 , so dass das Magnetfeld an der Position des Probe etwa 5 mT ist. Wenn beispielsweise der Innenradius der Spule ist 5 mm und die Breite beträgt 8,5 mm, Wind 2,000 Wicklungen von 0,12 mm Durchmesser Draht. Der Aufbau ergab 5 mT bei f 2 = 61 Hz. </li></ol><img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig1.jpg" /> Abbildung 1. Schematische Darstellung des p-Autobahnmeistereien Set-up. Zwei Messköpfe sind elektronisch miteinander verbunden. Die Probe wird in den Raum zwischen den Köpfen angeordnet. Detektionsspulen (+) messen das Probensignal, Gegen gewickelt Detektionsspulen (-) als Referenz dienen dem direkten Bereich der Hochfrequenz-Erregerspulen aufzuheben. Amp - Vorverstärker, x - Mischer, LPF - Tiefpassfilter, DAQ - Datenerfassung.target = &quot;_ blank&quot;&gt; Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. 2. Konstruieren der Messkopf <ol><li> Konstrukt die p-Autobahnmeistereien, so daß zwei Sätze von Erregungs- und Erfassungsspulen oberhalb und unterhalb der Probe angebracht sind. Jeder Satz von Spulen besteht aus einem niedrigen Frequenztreiberspule, einer Hochfrequenz-Erregerspule und eine Differentialdetektionsspule, die zwei entgegengesetzt gewickelten Aufnahmespulen in axialer Gradiometer-Konfiguration. <ol><li> Erlauben eine Verstellbarkeit von mindestens einer Erregerspule gegenüber dem Differentialdetektionsspule um in der Lage zu sein, direkte Induktion von der Hochfrequenzerregung in der Erfassungsspule auszugleichen. Zum Beispiel Halterung der Erregerspule auf einem Faden, der in Abhängigkeit von der Detektionsspule eine relative Bewegung der Erregerspule ermöglicht. Eine schematische Darstellung des p-Autobahnmeistereien ist in Abbildung 1 dargestellt. 2 zeigt eine technische Zeichnung und eine Fotografie des Aufbaus. ausführlichParameter der Spulen sind in Tabelle 1 aufgeführt. </li></ol></li><li> Montieren Sie die Spulensätze oberhalb und unterhalb der Probe auf einem starren Träger, mit koaxialer Ausrichtung, siehe Abbildungen 1 und 2. Stellen Sie sicher, dass die beiden Spulensätze zueinander nicht im Verhältnis vibrieren. </li><li> Stellen Sie die Hochfrequenzabgleich des Messkopfs durch den Hochfrequenzanregungsstrom an die jeweiligen Erregungsspulensatz Anlegen Verändern der relativen Position zwischen ihnen, und gleichzeitig das detektierte Signal mit dieser Frequenz an der Detektionsspulensatz zu messen, unter Verwendung einer Ausrüstung, wie beispielsweise ein Oszilloskop oder einen Lock-in-Verstärker. <ol><li> Stellen Sie die direkt so günstig wie wenigen Millivolt induzierte Spannung, dh mehr als 1000-fach Unterdrückung der direkte Induktion. Bestimmen Sie die Grenze der Einstellbarkeit durch die Phasenverschiebung zwischen Erregungsstrom und detektierte Spannung beobachtet. Im Minimum ist die induzierte Spannung um 90 ° phasenverschoben zu vergleichen,d direkte Induktion. </li></ol></li></ol><img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig2.jpg" /> Abbildung 2. Technische Zeichnung und Foto von p-Autobahnmeistereien Kopf. Querschnitte entlang einer vertikalen Ebene (oben links) und eine horizontale Ebene (unten links) sind , sowie eine Fotografie des geöffneten Messkopf gezeigt , bevor Spulenwicklung. 1 - Aluminiumträger, 2 - ehemalige Spule für Detektionsspulen, 3 - Gewindespulenkörper für Erregerspulen, die nach oben / unten durch die Drehung werden kann, 4 - Probenträgerplatten, 5 - Aluminiumdeckel, 6 - Probe Stopper Unterstützung, 7 - Stopfen in x - Richtung, 8 - Stopfen in y - Richtung. 6 - 8 sind zur Abtastung entfernt. Die Größe des p-Kopf ist 77 Autobahnmeistereien mm × 68 mm × 29 mm. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53869/53869fig2large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53869/53869fig2large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 3. Richten Sie Messelektronik <ol><li> Konfigurieren Sie die EXCIAbschnitt tation, bestehend aus den beiden Oszillatoren und Leistungsverstärker für beide Tieftöner Spule und Hochfrequenz-Erregerspule. <ol><li> Stellen Sie den Niederfrequenztreiberabschnitt auf, mit einem Oszillator und einen Leistungsverstärker für die niedrige Frequenz f 2. Berechne die Leistung des Verstärkers, so daß er den erforderlichen Strom liefert, das Feld von etwa 5 mT in der Treiberspule zu erzeugen. Hier verwenden Sie einen Direct Digital Synthesis (DDS) Chip als programmierbare Oszillator. Beschäftigen eine High-Speed-Puffer als Leistungsverstärker. </li><li> Stellen Sie die Hochfrequenz - Anregungsabschnitt auf, mit einem Oszillator und einem Leistungsverstärker für die hohe Frequenz f 1. Einrichten des Leistungsverstärkers, so dass er den erforderlichen Strom liefert, das Feld von etwa 0,5 mT in der Erregerspule zu erzeugen. Verwenden Sie einen DDS-Chip und einen High-Speed-Puffer als Oszillator und Leistungsverstärker verbunden. </li></ol></li><li> Konfigurieren Sie den Erfassungsabschnitt, bestehend aus einem preamplifier, einen ersten Mischer von der Hochfrequenz f 1, einem Zwischenverstärker und Filter, einen zweiten Mischer zum Demodulieren von zweimal der niedrigen Frequenz 2 · f 2 und einen Endfilter und Ausgangstreiber zu demodulieren. Alternativ können zwei Lock-in-Verstärker die Erfassungselektronik zu implementieren. <ol><li> Stellen Sie den Vorverstärker Bühne. Wählen Sie den Eingangsoperationsverstärker (OP), die Impedanz der Erfassungsspule unter Berücksichtigung und der Verstärkung-Bandbreite-Produkt. Führen des Rauschoptimierungsprozedur unter Berücksichtigung der angegebenen Spannungsrauschen und Stromrauschen des OP, wie in Ref erläutert. 10. Wählen eine Hochgeschwindigkeits rauscharmen Operationsverstärker mit einer Verstärkung von etwa 100 in der ersten Stufe. Die nachfolgende Stufe ist unkritisch, aber überprüfen, ob das Ausgangssignal im Spannungsbereich bleibt, also nicht verzerrt durch Überlastung. Hier verwenden einen rauscharmen JFET-Eingangsoperationsverstärker mit 4,3-facher Verstärkung. </li><li> Richten Sie die frste Demodulationsstufe, f 1 das verstärkte Signal mit der hohen Frequenz multipliziert wird . Verwenden Sie einen analogen Multiplizierer-Chip und verweisen sie von einem zweiten separaten DDS-Chip, um eine einstellbare Phase zur Demodulation zu realisieren. Alternativ können Sie einen Lock-in-Verstärker als Vorverstärker (3.2.1), erster Demodulator (3.2.2) und der Hochfrequenzgenerator (3.1.2). </li><li> Stellen Sie die Zwischen Verstärkung und Filterung Bühne. Implementieren einer Tiefpassfilter , so dass die Signalfrequenz bei 2 · f 2 Durchgänge ungestört während die unechte Hochfrequenzkomponenten bei f 1 und 2 · f 1 wirksam unterdrückt werden. Wählen Sie eine geeignete Zwischenverstärkung, beispielsweise durch die Auswahl von zwei Allzweckoperationsverstärker mit einer Gesamtverstärkung von etwa 100. </li><li> Richten Sie die zweite Demodulationsstufe, das gefilterte und verstärkte Signal mit der doppelten niedrigen Frequenz multipliziert 2 · f 2. Benutzenein Analog-Multiplizierer-Chip und verweisen Sie von einem vierten separaten DDS-Chip, um eine einstellbare Phase zur Demodulation zu realisieren. Alternativ können Sie einen Lock-in-Verstärker, der zweiten Harmonischen Demodulation als Zwischenverstärker (3.2.3), die zweite Demodulator bei der zweiten Harmonischen (3.2.4) und Niederfrequenzgenerator (3.1.1). </li><li> Stellen Sie die letzte Verstärkung und Filterung Bühne. Implementieren einer Tiefpassfilter , so dass die Signalfrequenz bei der Abtastfrequenz ungestört verläuft , während die unerwünschten Hochfrequenzkomponenten bei 4 · f 2 effizient unterdrückt werden. Wählen Sie eine geeignete endgültige Verstärkung, um die gewünschte Ausgangsspannungsbereich berücksichtigen. Verwenden zwei Allzweckoperationsverstärker mit einer Gesamtverstärkung von etwa 10. </li></ol></li></ol> 4. Richten Sie 2D-Scanner <ol><li> Montieren Sie einen 2D-Scanner, so dass die Bewegungsebene an die Spule der Achse senkrecht. </li><li> Steuern Sie den 2D-Scanner und synchron acquiring der Ausgangsspannung von der Messelektronik, um ein 2D-Bild des Signals Autobahnmeistereien der planaren Probe mit einem hausgemachten Skript in der Programmiersprache Python geschrieben zu erhalten. </li></ol> 5. Bereiten Sie Beispiel <ol><li> Verwenden Magnetitteilchen mit Durchmessern von 50 nm und 100 nm und Maghemit-Teilchen mit einem Durchmesser von 1 &amp; mgr; m, von denen Konzentration 25,0 mg / ml. Waschen Sie die Lösung, die durch die magnetischen Partikel in Wasser gelöst wird, trennt sie mit Hilfe eines Magneten und das Wasser verworfen wird. Wiederholen Sie den Vorgang dreimal. Verdünnen Sie die magnetische Partikellösung mit destilliertem Wasser auf ein Zehntel. </li><li> Bereiten Sie Papierpelletproben mit 2,0 mm Durchmesser durch Stücke aus saugfähigem Löschpapier unter Verwendung einer Biopsie punching. Genießen sie in magnetischen Kügelchen Lösung verschiedener Konzentrationen für 30 Sekunden und lassen Sie sie an der Luft trocknen lassen. Hier Einsatzkonzentrationen von 0,04, 0,2, 1, 5 und 25 mg / ml von 100 nm großen Teilchen. </li><li> Bereiten Sie eine Probe, die eine nitrocellulos mite Membran mit einer Größe von 2,0 mm × 18,0 mm. Genießen Sie die Membran mit dem unverdünnten 1 &amp; mgr; m Durchmesser Partikellösung. Vorbereitung einer Probe durch die Membran gleichmäßig Einweichen, und eine weitere durch einen Konzentrationsgradienten zu machen. Dies geschieht, indem die Enden der Membran in Kügelchen - Lösung mit verschiedenen Konzentrationen Einweichen, was in dem Konzentrationsgefälle (Abbildung 5). </li><li> Vorbereitung einer Probe in einem Kapillarrohr von 10 &amp; mgr; l Volumen, Außendurchmesser 400 um, Länge 40 mm. Füllen Sie das Kapillarrohr mit unverdünntem 50 nm Durchmesser Partikellösung. Bereiten Sie eine zweite microtube mit 20fach verdünnten Lösung (Mischungs 100 ul unverdünnte Lösung mit 1,9 ml Wasser). </li></ol> 6. Führen Sie 2D-Scan Autobahnmeistereien <ol><li> Wählen Abtastbereich entsprechend planar Abmessungen a × b der Probe. Geben Sie die Werte in der Scan-Software. </li><li> Wählen Sie Schrittrichtung. Üblicherweise ist die kürzere der beiden planaren Dimensionen, nennen wir es b </em&gt; wird als Schrittrichtung gewählt werden, weil das weniger Schritte erfordert und somit weniger Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen. </li><li> Wählen Sie Scan - Geschwindigkeit v, unter Berücksichtigung der Signalreduzierung durch Tiefpassfilterung, siehe Diskussion. Stellen Sie die Geschwindigkeit auf einen Wert zwischen 1 und 7 mm / sec. Geben Sie den Wert in der Scan-Software. </li><li> Wählen Sie Schrittabstand Δ b, unter Berücksichtigung , dass es nicht viel kleiner als die erreichbare räumliche Auflösung zu sein braucht, und die gesamte Scandauer t , die mindestens t = a / v · b / Δ b + 1) wird. Geben Sie den Schrittabstand in der Software. </li><li> Montieren Sie die Probe auf dem 2D-Scanner. Fix it auf die Plastikplatte mit Klebeband. </li></ol><img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig3.jpg" /> Abbildung 3. Foto von p-Autobahnmeistereien Messaufbau. Die Probe wird mit Klebeband auf dem Kunststoffträger durch den Motor bewegt befestigtStufe (links). Dann wird die Probe in der p-Kopf Autobahnmeistereien gescannt wird (rechts). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53869/53869fig3large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53869/53869fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <ol start="6"><li> Führen Sie den Scan durch Drücken der Starttaste. Die Scans der Figuren 5 und 6 Abdeckung eine 20,0 mm (x - Achse) × 25,0 mm (y - Achse) Bereich, dh, sechs 25 mm lange Spuren entlang der y - Achse, mit 4,0 - mm - Schritten in x - Richtung, in einer Stufe Geschwindigkeit abgetastet wurden von 1,0 mm / sec. Dies entspricht einer Scanzeit von etwa 2 min. </li></ol><img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/53869/53869fig4.jpg" /> Abbildung 4. Grafische Benutzeroberfläche der Scan - Software. Die Scan - Parameter werden hier eingegeben. Die Messung wird durch Drücken der roten Taste gestartet. 7. Bildverarbeitung <ol><li> Konvertieren Sie die Rohdaten in Matrixform eine homemad mite-Skript in Python. Melden Sie die Rohdaten des gesamten Scan zusammen mit zusätzlichen Werten in einer 2-Säulen-kommagetrennte Werte (CSV) Format-Datei. Die zusätzliche Spalte zeigt die die entsprechenden Daten während der Schrittbewegung zu erfassen. Die Script-Segmente die Rohdaten Spalte bei jeder Änderung der zusätzlichen Spalte Wert und entfernt die Datensegmente während der Bewegung zu treten. Es baut auch die sich ergebende Matrix, die durch die verbleibenden aufeinanderfolgenden Segmenten in Zeilen oder Spalten der Matrix setzen und schreibt die Matrix in eine CSV-Format-Datei. Hinweis: p-Bilder Autobahnmeistereien dieser Studie sind ein Python-Skript erzeugt. Die pyplot.contour-Funktion und die pyplot.imshow Funktion aus der matplotlib Bibliothek für Python werden für die Herstellung der Konturen und den Hintergrundfarben kumulativ verwendet wurden. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Das Messverfahren nutzt die Nichtlinearität der Magnetisierungskurve der superparamagnetischen Teilchen. Die zweiseitige Meßkopf trifft gleichzeitig zwei magnetischen Anregungsfelder unterschiedlicher Frequenz auf die Probe, einer niedrigen Frequenz (f 2) Komponente , die Teilchen in magnetische Sättigung und eine hohe Frequenz (f 1) Sondenfeld die nichtlineare magnetische Antwort zu messen , zu fahren . Insbesondere beide Harmonischen der einfallenden Felder, m · <em...

<html> Magnetischen Nanopartikeln (MNP) haben weit verbreitete Anwendungen in der Molekularbiologie und in der Medizin, also gefunden, für die Manipulation von Biomolekülen und Einzelzellen 1, für die Zieleinheiten selektiv Markierung zur Detektion, 2, 3 für Chromatin - Modulation, 4 und für die mRNA - Isolierung und Behandlung von Krebs . 5 aufgrund ihrer superparamagnetischen Eigenschaften sind sie für die medizinische Bildgebung besonders geeignet. Sie können zum Beispiel als Kontrastmittel oder Tracer für die Magnetresonanztomographie (MRT) oder für die Anfälligkeit Bildgebung Superconducting Quantum Interference Device (SQUID) Detektoren dienen. 2, 6 Die superparamagnetischen Nanopartikeln einen guten Kontrast zu den verschiedenen Geweben des menschlichen ergeben Körper, der dia- oder paramagnetisch sind. 7. Somit können die Partikel zweckmßigerweise medizinische Bilder von menschlichen Körperteilen mit relativ gute räumliche Auflösung und Empfindlichkeit zu erhalten verwendet werden. 8 Zelt &quot;&gt; macht The Magnetic Particle Imaging (MPI) Technik , die von Gleich und Weizenecker 9 eingeführt , die Magnetisierung des Teilchens Verwendung der Nicht - Linearität. Bei Null oder schwach Vormagnetisierungsfeld, ist die Antwort von MNP an eine Wechselanregung der Frequenz f stark aufgrund ihre große Anfälligkeit. insbesondere die nichtlinearen Magnetisierung des Teilchens Anlass zu der Erzeugung von harmonischen gibt n · f, mit n = 2, 3, 4 ... bei hohen Magnetfeldvorspannung, wird die harmonische Antwort schwach , weil die Partikel magnetisch gesättigt sind. In die MPI-Technik wird die Probe vollständig magnetisiert mit Ausnahme einer feldfreien Linie (FFL) oder einem feldfreien Punkt (FFP). nur Partikel in der Nähe dieser Linie oder Punkt wird der nichtlinearen Antwort der Probe beitragen. Mit dem Bewegung eines FFP und Einsatz geeigneter Empfangsspulen, Gleich und Weizenecker erworben MPI Bilder mit einer räumlichen Auflösung von 1 mm. Damiterhalten Informationen über die räumliche Verteilung von MNP werden zwei Verfahren in der Regel verwendet wird , die mechanische Bewegung des Sensors in Bezug auf die Probe oder die Bewegung des FFL / FFP mittels Elektromagneten. 2, 3 Im letzteren Fall Bildrekonstruktionstechniken wie harmonisch-Raum MPI 3 oder X-Raum 10 MPI, 11, 12 sind erforderlich. Die räumliche Auflösung des MPI wird durch die Faltungseigenschaften der Anregungs- und Detektionsspulen sowie durch die Eigenschaften des magnetischen Feldgradienten bestimmt. Dies ermöglicht Bildrekonstruktionsalgorithmen eine verbesserte Auflösung gegenüber der nativen Auflösung zu erhalten, die durch die Maxwellschen Gleichungen bestimmt durch Größe und Abstand der Aufnahmespulen sowie durch die Magnetfeldverteilung bestimmt wird. Ein MPI-Scanner ist in der Regel von einem starken Magneten besteht für die gesamte Probe zu magnetisieren, eine steuerbare Spulensystem für eine FFL oder FFP über die Probe zu steuern, eine hohe Frequenz excitation Spulensystem und ein Detektionsspulensystem zum Aufnehmen der nichtlinearen Antwort der Probe auf. Die FFL / FFP wird kontinuierlich durch das Probenvolumen, während die harmonische Antwort von dieser ungesättigten Probenbereich bewegt, wird aufgezeichnet. Um das Problem des Anbringens der Probe in den Scanner, ein einseitiges MPI - Scanner wurde von Gräfe et al gezeigt , zu vermeiden. 13, jedoch auf Kosten einer reduzierten Leistung. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die Probe durch die Magnete und Spulen umgeben ist. Weil die Probe vollständig magnetisiert werden muß, mit Ausnahme der FFL / FFP Region erfordert die Technik relativ großen und starken Magneten mit einer Wasserkühlung, was zu einer ziemlich sperrig und schwer MPI-System. Unser Ansatz ist auf der Frequenz basierend auf der nichtlinearen Magnetisierungskurve von superparamagnetischen Partikeln vermischt werden . 14 Bei der Super-Paramagneten auf Magnetfelder bei zwei unterschiedlichen Frequenzen ausgesetzt sind (f 1 und f &lt;/ em&gt; 2), sum Frequenzen eine lineare Kombination repräsentiert m · f 1 + n · f 2 (mit ganzen Zahlen m, n) erzeugt werden . Es wurde gezeigt , dass das Auftreten dieser Komponenten auf die Nicht - Linearität der Magnetisierungskurve der Teilchen hoch spezifisch ist. 15. Mit anderen Worten, wenn die MNP Probe gleichzeitig mit einer Antriebs Magnetfeld mit der Frequenz f 2 und einem Sondieren Feld bei der Frequenz ausgesetzt wird , f 1, erzeugen die Teilchen eine Antwortfeld bei der Frequenz f 1 + 2 · f 2. Diese Summenfrequenz wäre ohne die magnetisch nichtlinearen Probe nicht vorhanden sein, damit die Spezifität sehr hoch ist. Wir nannten diese Methode &quot;Frequenzmisch magnetische Detektion&quot; (Autobahnmeistereien). Es wurde experimentell nachgewiesen , dass die Technik einen Dynamikbereich von mehr als vier Größenordnungen in der Partikelkonzentration ergibt. 14 &lt;p class = &quot;jove_content&quot;&gt; Im Gegensatz zu typischen MPI Instrumentierung, die planare Frequenzmisch magnetische Detektion (p-Autobahnmeistereien) Ansatz erfordert nicht die Probe zu magnetisieren schließen , weil die Erzeugung der Summenfrequenzkomponente f 1 + 2 · f bis zur Sättigung 2 ist maximal bei Null statischen Vormagnetisierungsfeld. 14 daher die Notwendigkeit für eine starke und sperrig Magneten gelindert wird. In der Tat sind die äußeren Abmessungen des Messkopfes nur 77 mm × 68 mm × 29 mm. Zum Vergleich sind MPI Setups typischerweise metergroße. 7 Der Nachteil ist jedoch, dass die Technik auf planare Proben mit einer maximalen Dicke von 2 mm in der aktuellen Einstellungen beschränkt. Die Probe relativ zu dem zweiseitigen Meßkopfes abgetastet werden. Eine Re-Konstruktion für dickere Proben erlaubt ist möglich, aber ist für einen Verlust an räumlicher Auflösung gehandelt werden. Basierend auf dieser Technik Autobahnmeistereien, präsentieren wir eine besondere Art von MPI detector für planare Proben, die &quot;planare Frequenzmisch magnetische Detektion&quot; (p-Autobahnmeistereien) Scanner so genannte. Das Prinzip wurde vor kurzem veröffentlicht. 17 In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf die Methodik der Technik und Gegenwart Protokolle , wie eine solche Scanner einzurichten und wie Scans durchzuführen. Es hat sich gezeigt , dass MPI für medizinische Diagnosezwecke , wie beispielsweise Herz - Kreislauf oder Krebs - Bildgebung angewendet werden. 16, 18, ​​19 Daher glauben wir , dass die neue MPI - Scanner für eine breite Palette von möglichen Anwendungen verwendet werden kann, beispielsweise zur Messung von magnetischen Teilchen Verteilung in Gewebeschnitten.

<table><tbody><tr><td>Magnetic particles &quot;SiMAG Silanol&quot;</td><td>Chemicell (http://www.chemicell.com)</td><td>1101-5</td><td>Aqueous dispersion of magnetic silica particles, Maghemite, dia. 1&amp;nbsp;&amp;micro;m</td></tr><tr><td>Magnetic nanoparticles &quot;fluidMAG-Amine&quot;</td><td>Chemicell (http://www.chemicell.com)</td><td>4121-5</td><td>Aqueous dispersion of magnetic nanoparticles, Magnetite, dia. 50&amp;nbsp;nm</td></tr><tr><td>Microtube 10 &amp;micro;l</td><td>Hirschmann Laborger&amp;auml;te (http://www.hirschmann-laborgeraete.de/?sc_lang=en)</td><td></td><td>volume 10 &amp;micro;l, outer diameter 400&amp;nbsp;&amp;micro;m, length 40 mm</td></tr><tr><td>Nitrocellulose Membrane Biodyne B</td><td>Thermo Scientific (http://www.thermoscientific.com)</td><td>77016</td><td>Biodyne B Nylon Membrane, 0.45&amp;nbsp;&amp;micro;m, 8&amp;nbsp;cm x 12 cm</td></tr><tr><td>DDS chip AD9834</td><td>Analog Devices (http://www.analog.com)</td><td>AD9834</td><td>20 mW Power, 2.3 V to 5.5 V, 75&amp;nbsp;MHz Complete DDS</td></tr><tr><td>Operational Amplifier AD829</td><td>Analog Devices (http://www.analog.com)</td><td>AD829</td><td>High Speed, Low Noise Video Op Amp</td></tr><tr><td>Analog Multiplier MPY634</td><td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td><td>MPY634</td><td>Wide Bandwidth Precision Analog Multiplier</td></tr><tr><td>High-Speed Buffer BUF634</td><td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td><td>BUF634</td><td>250&amp;nbsp;mA High-Speed Buffer</td></tr><tr><td>Operational Amplifier OPA627</td><td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td><td>OPA627</td><td>Precision High-Speed Difet(R) Operational Amplifiers</td></tr><tr><td>Operational Amplifier TL072</td><td>Texas Instruments (http://www.ti.com)</td><td>TL072</td><td>Dual Low-Noise JFET-Input General-Purpose Operational Amplifier</td></tr><tr><td>Lock-In Amplifier SR830</td><td>Stanford Instruments (http://www.thinksrs.com)</td><td>SR830</td><td>100 kHz DSP lock-in amplifier</td></tr><tr><td>XYZ motorized stage</td><td>Sciencetown, Incheon, Korea (http://mkmsll.en.ec21.com/)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Cleanroom wiper</td><td>Seoul Semitech Co (http://www.seoulsemi.com)</td><td>CF-909</td><td>dimension 2.0 mm &amp;times; 18&amp;nbsp;mm</td></tr></tbody></table>

frequency mixing magnetic detection scanner for imaging magnetic particles in planar samples

Der Aufbau eines planaren Frequenzmisch magnetischen Erfassungs (p-Autobahnmeistereien) -Scanner für magnetische Partikel Imaging (MPI) für flache Proben Durchführung präsentiert. Es besteht aus zwei magnetischen Meßköpfe auf beiden Seiten der auf die Schenkel eines U-förmigen Träger angebracht Probe. Die Probe wird lokal an einem magnetischen Erregungsfeld ausgesetzt, bestehend aus zwei unterschiedlichen Frequenzen, eine stärkere Komponente bei etwa 77 kHz und einer schwächeren Feld bei 61 Hz. Die nichtlinearen Magnetisierungseigenschaften von superparamagnetischen Teilchen führen zu der Erzeugung von Intermodulationsprodukten. Eine ausgewählte Summenfrequenzkomponente der hoch- und niederfrequenten Magnetfeld fällt auf den magnetisch nichtlinearen Teilchen wird durch eine Demodulationselektronik aufgezeichnet. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Scanner MPI, p-Autobahnmeistereien erfordert nicht die Anwendung eines starken Magnetfeldes auf die gesamte Probe durch Mischen der beiden Frequenzen lokal auftritt. Somit sind die seitlichen Abmessungen der Probe einfachdurch den Scanbereich und die Träger begrenzt. Jedoch bestimmt die Probenhöhe der räumlichen Auflösung. In der aktuellen Setup ist es auf 2 mm begrenzt. Als Beispiele stellen wir zwei 20 mm × 25 mm p-Autobahnmeistereien Bilder von Proben mit 1 &amp; mgr; m Durchmesser Maghemitteilchen in Silanol-Matrix und mit 50 nm Magnetitteilchen in Aminosilan Matrix erworben. Die Ergebnisse zeigen, dass die neue MPI-Scanner zur Analyse von dünnen biologischen Proben und für Zwecke der medizinischen Diagnostik eingesetzt werden können.

Figur 5a zeigt die berechneten Empfindlichkeitsverteilung der inneren Doppeldifferentialdetektionsspule als eine Funktion der Koordinaten x und y in der Probenebene. Es wurde in einer umgekehrten Ansatz berechnet , indem von allen vier Erfassungsspulen an allen Punkten (x, y) in der Mittelebene erzeugt , um die Überlagerung der Magnetfelder zu bestimmen. Umgekehrt bestimmt diese die Empfindlichkeit der Detektionsspule mit einem magnet...

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Frequency Mixing Magnetic Detection Scanner for Imaging Magnetic Particles in Planar Samples

Ein Scanner zum Abbilden magnetischen Teilchen in planar Proben wurde unter Verwendung des planaren Frequenzmisch magnetischen Detektionstechnik entwickelt. Das magnetische Intermodulationsprodukt Antwort von der nichtlinearen hysteresefreie Magnetisierung der Teilchen wird bei einer Zweifrequenzanregung aufgezeichnet. Es kann verwendet werden 2D-Bilder von dünnen biologischen Proben zu nehmen.

Frequenzmisch Magnetische Erkennung Scanner für die Bildgebung magnetische Partikel in Planar Proben

The setup of a planar Frequency Mixing Magnetic Detection (p-FMMD) scanner for performing Magnetic Particles Imaging (MPI) of flat samples is presented. ...

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

9.5K Aufrufe.  Electronics & Telecommunication Research Institute (ETRI).  Ein Scanner zum Abbilden magnetischen Teilchen in planar Proben wurde unter Verwendung des planaren Frequenzmisch magnetischen Detektionstechnik entwickelt. Das magnetische Intermodulationsprodukt Antwort von der nichtlinearen hysteresefreie Magnetisierung der Teilchen wird bei einer Zweifrequenzanregung aufgezeichnet. Es kann verwendet werden 2D-Bilder von dünnen biologischen Proben zu nehmen. 

Serie: Frequency Mixing Magnetic Detection Scanner for Imaging Magnetic Particles in Planar Samples

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring 

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end organs. The latter include the lung, RES, and brain and are operative during human immunodeficiency virus type one (HIV-1) infection. Macrophage entry into tissues is notable in areas of active HIV-1 replication and sites of inflammation. In order to assess the potential of macrophages as nanocarriers, superparamagnetic iron-oxide and/or drug laden particles coated with surfactants were parenterally injected into HIV-1 encephalitic mice. This was done to quantitatively assess particle and drug biodistribution. Magnetic resonance imaging (MRI) test results were validated by histological coregistration and enhanced image processing. End organ disease as typified by altered brain histology were assessed by MRI. The demonstration of robust migration of nanoformulations into areas of focal encephalitis provides '"proof of concept" for the use of advanced bioimaging techniques to monitor macrophage migration. Importantly, histopathological aberrations in brain correlate with bioimaging parameters making the general utility of MRI in studies of cell distribution in disease feasible. We posit that using such methods can provide a real time index of disease burden and therapeutic efficacy with translational potential to humans.

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Bioimaging methods used to assess cell biodistribution of nanoparticles are applicable for therapeutic and diagnostic monitoring of nanoformulated compounds. The methods described herein are sensitive and specific when assessed by histological coregistration. The methodologies provide a translational pathway from rodent to human applications.

Registrierte Bioimaging von Nanomaterialien für Diagnostische und Therapeutische Überwachung

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end ...

Forschung

Biotechnik

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

Bacterial adhesion and growth on interfaces lead to the formation of three-dimensional heterogeneous structures so-called biofilms. The cells dwelling in these structures are held together by physical interactions mediated by a network of extracellular polymeric substances. Bacterial biofilms impact many human activities and the understanding of their properties is crucial for a better control of their development &#8212; maintenance or eradication &#8212; depending on their adverse or beneficial outcome. This paper describes a novel methodology aiming to measure in situ the local physical properties of the biofilm that had been, until now, examined only from a macroscopic and homogeneous material perspective. The experiment described here&#160;involves introducing magnetic particles into a growing biofilm to seed local probes that can be remotely actuated without disturbing the structural properties of the biofilm. Dedicated magnetic tweezers were developed to exert a defined force on each particle embedded in the biofilm. The setup is mounted on the stage of a microscope to enable the&#160;recording of time-lapse images of the particle-pulling period. The particle trajectories are then extracted from the pulling sequence and the local viscoelastic parameters are derived from each particle displacement curve, thereby providing the 3D-spatial distribution of the parameters. Gaining insights into the biofilm mechanical profile is essential from an engineer&#39;s point of view for biofilm control purposes but also from a fundamental perspective to clarify the relationship between the architectural properties and the specific biology of these structures.

Remote Magnetic Actuation of Micrometric Probes for in situ 3D Mapping of Bacterial Biofilm Physical Properties

This paper shows an original methodology based on the remote actuation of magnetic particles seeded in a bacterial biofilm and the development of dedicated magnetic tweezers to measure in situ the local mechanical properties of the complex living material built by micro-organisms at interfaces.

Fern Magnetische Betätigung des Mikrometrische Sonden für<em&gt; In situ</em&gt; 3D-Mapping der bakteriellen Biofilm Physikalische Eigenschaften

Bacterial adhesion and growth on interfaces lead to the formation of three-dimensional heterogeneous structures so-called biofilms. The cells dwelling in ...

Magnetic Field Mapping using Off-Axis Electron Holography in the Transmission Electron Microscope

Off-axis electron holography is a powerful technique that involves the formation of an interference pattern in a transmission electron microscope (TEM) by overlapping two parts of an electron wave, one of which has passed through a region of interest on a specimen and the other is a reference wave. The resulting off-axis electron hologram can be analyzed digitally to recover the phase difference between the two parts of the electron wave, which can then be interpreted to provide quantitative information about local variations in electrostatic potential and magnetic induction within and around the specimen. Off-axis electron holograms can be recorded while a specimen is subjected to external stimuli such as elevated or reduced temperature, voltage, or light. The protocol that is presented here describes the practical steps that are required to record, analyze, and interpret off-axis electron holograms, with a primary focus on the measurement of magnetic fields within and around nanoscale materials and devices. Presented here are the steps involved in the recording, analysis, and processing of off-axis electron holograms, as well as the reconstruction and interpretation of phase images and visualization of the results. Also discussed are the need for optimization of the specimen geometry, the electron optical configuration of the microscope, and the electron hologram acquisition parameters, as well as the need for the use of information from multiple holograms to extract the desired magnetic contributions from the recorded signal. The steps are illustrated through a study of specimens of B20-type FeGe, which contain magnetic skyrmions and were prepared with focused ion beams (FIBs). Prospects for the future development of the technique are discussed.

Guidelines are presented for recording and interpreting off-axis electron holograms to provide quantitative images of magnetic fields in nanoscale materials and devices in the transmission electron microscope.

Off-axis electron holography is a powerful technique that involves the formation of an interference pattern in a transmission electron microscope (TEM) by ...

Ingenieurwesen

High-Temperature and High-Pressure In situ Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There exists a drive to characterize materials under conditions relevant to the chemical process of interest. To address this, in situ high-temperature, high-pressure MAS NMR methods have been developed to enable the observation of chemical interactions over a range of pressures (vacuum to several hundred bar) and temperatures (well below 0 &#176;C to 250 &#176;C). Further, the chemical identity of the samples can be comprised of solids, liquids, and gases or mixtures of the three. The method incorporates all-zirconia NMR rotors (sample holder for MAS NMR) which can be sealed using a threaded cap to compress an O-ring. This rotor exhibits great chemical resistance, temperature compatibility, low NMR background, and can withstand high pressures. These combined factors enable it to be utilized in a wide range of system combinations, which in turn permit its use in diverse fields as carbon sequestration, catalysis, material science, geochemistry, and biology. The flexibility of this technique makes it an attractive option for scientists from numerous disciplines.

The molecular structures and dynamics of solids, liquids, gases, and mixtures are of critical interest to diverse scientific fields. High-temperature, high-pressure in situ MAS NMR enables detection of the chemical environment of constituents in mixed phase systems under tightly controlled chemical environments.

Hochtemperatur- und Hochdruck-In-situ-Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There ...

Chemie

Magnetic Levitation Coupled with Portable Imaging and Analysis for Disease Diagnostics

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for specialized equipment and trained personnel require that many diagnostic tests be performed at remote, centralized clinical laboratories. Magnetic levitation is a simple yet powerful technique and can be applied to levitate cells, which are suspended in a paramagnetic solution and placed in a magnetic field, at a position determined by equilibrium between a magnetic force and a buoyancy force. Here, we present a versatile platform technology designed for point-of-care diagnostics which uses magnetic levitation coupled to microscopic imaging and automated analysis to determine the density distribution of a patient's cells as a useful diagnostic indicator. We present two platforms operating on this principle: (i) a smartphone-compatible version of the technology, where the built-in smartphone camera is used to image cells in the magnetic field and a smartphone application processes the images and to measures the density distribution of the cells and (ii) a self-contained version where a camera board is used to capture images and an embedded processing unit with attached thin-film-transistor (TFT) screen measures and displays the results. Demonstrated applications include: (i) measuring the altered distribution of a cell population with a disease phenotype compared to a healthy phenotype, which is applied to sickle cell disease diagnosis, and (ii) separation of different cell types based on their characteristic densities, which is applied to separate white blood cells from red blood cells for white blood cell cytometry. These applications, as well as future extensions of the essential density-based measurements enabled by this portable, user-friendly platform technology, will significantly enhance disease diagnostic capabilities at the point of care.

We present a magnetic levitation technique coupled with automated imaging and analysis in both a smartphone-compatible device and a device with embedded imaging and processing. This is applied to measure the density distribution of cells with two demonstrated biomedical applications: sickle cell disease diagnosis and separating white and red blood cells.

Magnetic Levitation Gekoppelt mit tragbaren Imaging und Analyse für Krankheitsdiagnostik

Currently, many clinical diagnostic procedures are complex, costly, inefficient, and inaccessible to a large population in the world. The requirements for ...

Rapid Homogeneous Detection of Biological Assays Using Magnetic Modulation Biosensing System

A magnetic modulation biosensing system (MMB) [1,2] rapidly and homogeneously detected biological targets at low concentrations without any washing or separation step. When the IL-8 target was present, a 'sandwich'-based assay attached magnetic beads with IL-8 capture antibody to streptavidin coupled fluorescent protein via the IL-8 target and a biotinylated IL-8 antibody. The magnetic beads are maneuvered into oscillatory motion by applying an alternating magnetic field gradient through two electromagnetic poles. The fluorescent proteins, which are attached to the magnetic beads are condensed into the detection area and their movement in and out of an orthogonal laser beam produces a periodic fluorescent signal that is demodulated using synchronous detection. The magnetic modulation biosensing system was previously used to detect the coding sequences of the non-structural Ibaraki virus protein 3 (NS3) complementary DNA (cDNA) [2]. The techniques that are demonstrated in this work for external manipulation and condensation of particles may be used for other applications, e.g. delivery of magnetically-coupled drugs in-vivo or enhancing the contrast for in-vivo imaging applications.

Magnetic modulation biosensing system is utilized to rapidly, sensitively and simply detect biological assays, such as DNA molecules and proteins.

Schnelle Homogene Detektion von biologischen Assays mit magnetischen Modulation Biosensorik-System

A magnetic modulation biosensing system (MMB) [1,2] rapidly and homogeneously detected biological targets at low concentrations without any washing or ...

Biologie

Optimizing Magnetic Force Microscopy Resolution and Sensitivity to Visualize Nanoscale Magnetic Domains

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force microscopy (AFM) probe whose tip has been magnetized vertically (i.e., perpendicular to the probe cantilever) is oscillated at a fixed height above the sample surface. The resultant shifts in the oscillation phase or frequency, which are proportional to the magnitude and sign of the vertical magnetic force gradient at each pixel location, are then tracked and mapped. Although the spatial resolution and sensitivity of the technique increases with decreasing lift height above the surface, this seemingly straightforward path to improved MFM images is complicated by considerations such as minimizing topographical artifacts due to shorter range van der Waals forces, increasing the oscillation amplitude to further improve sensitivity, and the presence of surface contaminants (in particular water due to humidity under ambient conditions). In addition, due to the orientation of the probe's magnetic dipole moment, MFM is intrinsically more sensitive to samples with an out-of-plane magnetization vector. Here, high-resolution topographical and magnetic phase images of single and bicomponent nanomagnet artificial spin-ice (ASI) arrays obtained in an inert (argon) atmosphere glovebox with &lt;0.1 ppm O2 and H2O are reported. Optimization of lift height and drive amplitude for high resolution and sensitivity while simultaneously avoiding the introduction of topographical artifacts is discussed, and detection of the stray magnetic fields emanating from either end of the nanoscale bar magnets (~250 nm long and &lt;100 nm wide) aligned in the plane of the ASI sample surface is shown. Likewise, using the example of a Ni-Mn-Ga magnetic shape memory alloy (MSMA), MFM is demonstrated in an inert atmosphere with magnetic phase sensitivity capable of resolving a series of adjacent magnetic domains each ~200 nm wide.

Magnetic force microscopy (MFM) employs a vertically magnetized atomic force microscopy probe to measure sample topography and local magnetic field strength with nanoscale resolution. Optimizing MFM spatial resolution and sensitivity requires balancing decreasing lift height against increasing drive (oscillation) amplitude, and benefits from operating in an inert atmosphere glovebox.

Optimierung der Auflösung und Empfindlichkeit der Magnetkraftmikroskopie zur Visualisierung nanoskaliger magnetischer Domänen

Magnetic force microscopy (MFM) enables mapping local magnetic fields across a sample surface with nanoscale resolution. To perform MFM, an atomic force ...

Quantifying Mixing using Magnetic Resonance Imaging

Mixing is a unit operation that combines two or more components into a homogeneous mixture. This work involves mixing two viscous liquid streams using an in-line static mixer. The mixer is a split-and-recombine design that employs shear and extensional flow to increase the interfacial contact between the components. A prototype split-and-recombine (SAR) mixer was constructed by aligning a series of thin laser-cut Poly (methyl methacrylate) (PMMA) plates held in place in a PVC pipe. Mixing in this device is illustrated in the photograph in Fig. 1. Red dye was added to a portion of the test fluid and used as the minor component being mixed into the major (undyed) component. At the inlet of the mixer, the injected layer of tracer fluid is split into two layers as it flows through the mixing section. On each subsequent mixing section, the number of horizontal layers is duplicated. Ultimately, the single stream of dye is uniformly dispersed throughout the cross section of the device.
 Using a non-Newtonian test fluid of 0.2% Carbopol and a doped tracer fluid of similar composition, mixing in the unit is visualized using magnetic resonance imaging (MRI). MRI is a very powerful experimental probe of molecular chemical and physical environment as well as sample structure on the length scales from microns to centimeters. This sensitivity has resulted in broad application of these techniques to characterize physical, chemical and/or biological properties of materials ranging from humans to foods to porous media 1, 2. The equipment and conditions used here are suitable for imaging liquids containing substantial amounts of NMR mobile 1H such as ordinary water and organic liquids including oils. Traditionally MRI has utilized super conducting magnets which are not suitable for industrial environments and not portable within a laboratory (Fig. 2). Recent advances in magnet technology have permitted the construction of large volume industrially compatible magnets suitable for imaging process flows. Here, MRI provides spatially resolved component concentrations at different axial locations during the mixing process. This work documents real-time mixing of highly viscous fluids via distributive mixing with an application to personal care products.

Magnetic resonance imaging (MRI) provides a powerful tool to evaluate the effectiveness of process equipment during operation. We discuss the use of MRI to visualize mixing in a static mixer. The application is relevant to personal care products, but can be applied to a broad range of food, chemical, biomass and biological fluids.

Quantifizierung Mixing mit Magnetic Resonance Imaging

Mixing is a unit operation that combines two or more components into a homogeneous mixture.  This work involves mixing two viscous liquid streams using an ...

Fabrication of Magnetic Platforms for Micron-Scale Organization of Interconnected Neurons

The ability to direct neurons into organized neural networks has great implications for regenerative medicine, tissue engineering, and bio-interfacing. Many studies have aimed at directing neurons using chemical and topographical cues. However, reports of organizational control on a micron-scale over large areas are scarce. Here, an effective method has been described for placing neurons in preset sites and guiding neuronal outgrowth with micron-scale resolution, using magnetic platforms embedded with micro-patterned, magnetic elements. It has been demonstrated that loading neurons with magnetic nanoparticles (MNPs) converts them into sensitive magnetic units that can be influenced by magnetic gradients. Following this approach, a unique magnetic platform has been fabricated on which PC12 cells, a common neuron-like model, were plated and loaded with superparamagnetic nanoparticles. Thin films of ferromagnetic (FM) multilayers with stable perpendicular magnetization were deposited to provide effective attraction forces toward the magnetic patterns. These MNP-loaded PC12 cells, plated and differentiated atop the magnetic platforms, were preferentially attached to the magnetic patterns, and the neurite outgrowth was well aligned with the pattern shape, forming oriented networks. Quantitative characterization methods of the magnetic properties, cellular MNP uptake, cell viability, and statistical analysis of the results are presented. This approach enables the control of neural network formation and improves neuron-to-electrode interface through the manipulation of magnetic forces, which can be an effective tool for in vitro studies of networks and may offer novel therapeutic biointerfacing directions.

This work presents a bottom-up approach to the engineering of local magnetic forces for control of neuronal organization. Neuron-like cells loaded with magnetic nanoparticles (MNPs) are plated atop and controlled by a micro-patterned platform with perpendicular magnetization. Also described are magnetic characterization, MNP cellular uptake, cell viability, and statistical analysis.

Herstellung magnetischer Plattformen für die Organisation vernetzter Neuronen im Mikrometerbereich

The ability to direct neurons into organized neural networks has great implications for regenerative medicine, tissue engineering, and bio-interfacing. ...

A Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassay Using a Microfluidic Device

Source: Hern&#225;ndez-Ortiz, J. A., et al. <a href="https://app-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/v/63899">Computer Numerical Control Micromilling of a Microfluidic Acrylic Device with a Staggered Restriction for Magnetic Nanoparticle-Based Immunoassays.</a> J. Vis. Exp. (2022).
This video demonstrates a microfluidic system for a magnetic nanoparticle-based immunoassay. The detection system utilizes a microfluidic device incorporating a magnetic trap within its channels. Pre-formed immunocomplexes, comprised of antigen-coated magnetic nanoparticles bound to primary and peroxidase-conjugated secondary antibodies, are introduced into the channels. The immunocomplexes become captured in the porous magnetic trap upon applying an external magnetic field. Using a fluorogenic substrate emitting fluorescence upon catalysis by the peroxidases, the captured immunocomplexes are detected under a microscope.

Ein magnetischer Nanopartikel-basierter Immunoassay mit einem mikrofluidischen Gerät

1. Device preparation

	Fill the channels with distilled water using a syringe. Make sure there are no leaks or resistance to flow. Immerse the device in ...