Bu çalışma CPRIT hibe (RP140021-P5) ve Julia Jones Matthews Kanser Araştırma Akademik CPRIT araştırma eğitim ödülü (RP140106, CMW) tarafından desteklenmiştir.

NOT: (Phantom Tasarım) İki 3 ml odaları Ultem dışında işlenmiş ve enjeksiyon ve egzoz PEEK boru (1,5875 mm OD ve 0.762 mm kimliği) takıldı. Chambers, su (Şekil 1) ile dolu bir 50 ml&#39;lik santrifüj tüpüne yerleştirildi. Kabarcıkları tarafından oluşturulan sinyal boşluklarını önlemek için, odalar ve çizgiler deiyonize su (dH 2 O) ile dolu öncesi bulundu. 1. Solüsyon Hazırlama <ol><li> 1 L&#39;lik tampon çözeltisi (81.3 mM Tris pH 7.6, 203.3 mM NaCI) hazırlayın. Dışarı 11.38 g Trizma önceden ayarlanmış kristalleri, pH 7.6 ve 11.88 g NaCI tartılır ve dH 2 O 1 L çözülür </li><li> 50 mM NADH çözeltisi hazırlayın. β-nikotinamid adenin dinükleotid (NADH), indirgenmiş dipotasyum tuzu 17.8 mg tartılır ve aşama, bir hazırlandı tampon çözeltisi 280 ul içinde çözülür. </li><li> 250 U / ml enzim solüsyonu hazırlayın. laktat dehidrogenaz (LDH) 78.75 etkinlik birimleri tartılır ve S&#39;den 315 ul tampon maddesi içinde çözülürbirini TEP. </li><li> pirüvik asit karışımı hazırlayın. 21.4 mg Ox063 tritil radikalidir tartılır ve (± 1 mi) [1- 13C] piruvik asit 1.26 g çözülür. </li><li> Çözünme ortamı hazırlanır (40 mM Tris pH 7.6, 40 mM NaOH, 0.27 mM EDTA ve 50 mM NaCI). Trizma önceden belirlenmiş kristalleri, pH 7.6 5.96 g, NaOH 1.6 g, 0.1 g etilendiamintetraasetik asit disodyum tuzu dihidrat (EDTA) ve 2.9 g NaCI tartılır ve 1 L dH 2 O çözülür </li><li> 1:10 gadoteridol çözeltisi (50 mM) hazırlanır. DH 2 O 9 ul gadoteridol 1 ul karıştırın 8 M [13C] üre hazırlanması. 1.465 5 [13 C] üre tartılır ve 3 ml dH 2 O çözülür </li></ol> Hiperpolarize Piruvat 2. Hazırlık <ol><li> Dinamik Nükleer Polarizasyon (DNP) sistemi, pipet gadoteridol çözeltisi 0.3 ul piruvik asit çözeltisine 13 mg (~ 10 ul) bir örnek kabındaki. </li><li> Kısaca pipet ile numune kabının Bu karışımı karıştırın. &lt;/ Li&gt; <li> DNP sistemine örnek yerleştirin. <ol><li> DNP sistemine kapı sağlamak kapalıdır. DNP sistem konsolunda insert örnek butonuna tıklayarak numune yerleştirme süreci başlar. Örnek Sihirbazın sonraki normal bir örnek seçin ve tuşuna basın. </li><li> numune kabı tutulması dikey yavaşça numune kabı üstünden ekleme çubuğunu yerleştirin. İstendiğinde, DNP sistemini açın ve ekleme çubuk kullanarak değişken sıcaklık eki (VTI) içine fincan yerleştirin. </li><li> değişken sıcaklık endeksinde örnek serbest bırakmak için numune yerleştirme çubuğunun ucundaki piston çekin. sistemden numune yerleştirme çubuğunu sökün ve DNP sistem konsolunda sonraki düğmesini tıklatın. </li></ol></li><li> polarizasyon başlatın. <ol><li> DNP sistem konsolunda başlangıç ​​kutuplaşma düğmesini tıklatın. RINMR yazılım türü .HYPERSENSENMR yazılım izleme kutuplaşmayı başlatmak için. 1 yapılandırmayı kurmak ve enter tuşuna basın ayarlayın. Sonra sağlam yapısı tıklayın us. </li><li> kaydetmek dosyanın konumunu ve adını ayarlayın. DNP sistem konsolunda sekmesinde açılır 13-C için profili seçin ve bir sonraki tıklayın. 300 sn, birikimi sırasında belirlenen numune zaman örnek ve bitirmek tıklayın kutuyu işaretleyin. </li></ol></li><li> 3.85 g üzerinden ölçülür (~ 4 mL) Çözünme ortamının, ya bir 5 ml şırınga ile hacim veya bir ölçek kullanılarak ağırlıkla. </li></ol> Enzim Phantom 3. hazırlanması <ol><li> ~ 3 ml [13C] üre çözeltisi ile mikrosantrifüj tüpü doldurmak ve 50 ml santrifüj tüpüne koyun. DH 2 O 50 ml santrifüj tüpü doldurmak </li><li> Oluşan herhangi bir kabarcıklarını temizlemek için özen 3 ml dH fantom enjeksiyon hatları içine 2 O ~ enjekte ederek iki enzim odaları ve dH 2 O ile satırları önceden doldurun. </li><li> enjeksiyon hatları kolay erişim ile mıknatıs merkezinde hayalet yerleştirin. t dışarı delik olacak sıvıyı yakalamak için bazı kap olduğundan emin olun<html> Egzoz hattı o. </li><li> yüksek aktivite enzim karışımı (17.14 mM NADH, 44.57 U / ml LDH) hazırlayın. birlikte 240 ul NADH çözeltisi, 125 | il LDH solüsyonu ve 335 ul tampon karışımı ve enjeksiyon hattına bağlanabilen bir 3 mi şırınga içinde tutar. Not: DNP sistemi için 40 mM piruvat, 500 ul ile birlikte sonra son fantom hacmi ~ 16.7 mM piruvat, 10 mM NADH ve pH değeri Tris tamponlu çözelti içinde 26 U / L LDH konsantrasyonları ile 1,2 ml olacaktır 7.5. </li><li> düşük aktivite enzim karışımı (17.14 mM NADH 26,79 U / ml LDH) birlikte 240 ul NADH çözeltisi, 75 ul LDH solüsyonu ve 385 ul tampon karışımı ve enjeksiyon hattına bağlı ayrı bir 3 ml şırınga tutulması hazırlayın. Not: DNP sistemi için 40 mM piruvat, 500 ul ile birlikte takiben nihai fantom hacmi ~ 7.5 16.7 mM piruvat, 10 mM NADH konsantrasyonları ile 1,2 ml ve pH değeri Tris tamponlu çözelti içinde 15.625 U / L LDH olacak . </li></ol>jove_title &quot;&gt; 4. Herhangi Kalite Güvence (QA) ve Konumlandırma tarar çalıştırın <ol><li> İlk konumlandırma. <ol><li> Çalışma modunda [1 H] TX / RX Volume modunda yeni bir FLASH konumlandırma tarama yükleyin. 2 kurmak boyutlarını değiştirmek: Spektrometre Kontrol Aracı -&gt; Düzenle GS -&gt; Kurulum Boyutlar -&gt; 2. Spektrometre Kontrolü GSP ve mıknatıs merkezli kadar fantom hareket ettirin. Spektrometre Kontrolü sonra basın DUR Basın GOP. </li></ol></li><li> Pilot Tarama. <ol><li> Çalışma modunda [1 H] TX / RX Volume modunda yeni bir TriPiolt konumlandırma tarama yükleyin. Pozisyon Dilim: Tarama Kontrolü -&gt; Dilim araç-&gt; dilim hareket (; dilim paketi kaydırıcı ile hareket seçme dilim M tuşuna tıklayın ve basılı tutunuz). </li><li> Yalpalama 1H Bobin: Spektrometre Kontrol Aracı -&gt; Edi -&gt; yalpalama. Dinle ve mıknatıs ve basın DUR arkasında maç 1H bobin. Shift tuşuna basın tarama kontrol penceresinde trafik ışık tutarken. </li></ol></li></ol><pclass = &quot;jove_title&quot;&gt; 5. Radyal Echo Planar Spektral Görüntüleme Tarama Ayarı <ol><li> Yeni bir radyal eko planar spektroskopik görüntüleme yükleyin (radEPSI) çalışma modunda [13 C] TX / RX Volume modunda tarayın. Pozisyon Dilim: Tarama kontrolü Dilim Aracı ve hareket dilimleri (; dilim paketi kaydırıcı ile hareket seçme dilim M tuşuna tıklayın ve basılı tutunuz). </li><li> Spektrometre Kontrol Aracı tıklayarak sallantı 13C Bobin -&gt; Edi -&gt; yalpalama. Spektrometresi üzerinde 1.000-2.000 alıcı kazancı ayarlayın. </li><li> Nihai sistem kontrolü yapın. dizisi bağlı olarak, bir izci protokolünde üre odasından karbon 13 sinyalini gözlemleyin. NOT: Bu sistem geri dönüşümsüz çözünme işlemine başlamadan önce düzgün bir şekilde kurulmuş olmasını sağlar. </li></ol> 6. çalıştırın Çözünme <ol><li> piruvat (~ 1 saat), çözümleri ve fantom hazır ve tarama DNP sy üzerinde çalışma çözünme düğmesini tıklayın yapılandırılır&gt;% 90 kutuplaşma ulaşmıştır zamankonsolu kaynaklanıyor. </li><li> Ne zaman kendi çalışma konumuna çözünme sopa taşımak ve çözünme ortamı enjekte istenir. DNP Sistemi kapatın ve DNP sistem konsolunda bitmiş düğmesine tıklayın. sonra bitirmek tıklayın istendiğinde konumunu dinlenme geri çözünme sopa taşıyın. </li><li> DNP sistemi hyperpolarized piruvat teslim ettiğinde (~ ısıtma başladıktan sonra 2 dakika) Her yüksek ve düşük enzim konsantrasyonu çözüm şırınga içine piruvat solüsyonu 500 ul çıkarın. Yavaş yavaş (~ 10 sn) bir enjeksiyon hattına her şırınga enjekte edilir. NOT: Tarama enjeksiyondan önce ya da her zaman kullanılan tarama protokole bağlı olarak 3 dakika sonrası enjeksiyon kadar başlatılmış olabilirdi. </li></ol> 7. Görüntü İşleme NOT: Bu kesikli bir çok görüntüleme stratejileri ile kullanmak için tasarlanmıştır. Rad-EPSI resim Matlab işlendi bir örnek olarak, Şekil 2&#39;ye bakınız. <ol><li> fid dosyasından ham verileri yüklemek. reshagerçek ve sanal çiftleri olarak saklanan veriler için puan, yankıları ve hesap okunması, projeksiyonlar sayısını eşleşecek verileri pe. ve hatta tek eko noktaları ayırmak. </li><li> Fourier yankı boyutta çift veya tek yankıları ya dönüşümü. Görme piruvat ve laktat için frekans bantları tespit. Kolaylık olması açısından yelpazenin mutlak değeri kullanılmıştır. </li><li> Her bir metabolit bant ayırın ve Fourier her metabolit için izole edilmiş sinograms elde etmek için frekans kodlayan yönü boyunca dönüşümü. Ters radon laktat veya pirüvat birinin bir görüntü elde etmek ayrı sinograms dönüşümü. </li></ol>

<ol>
	<li>Merritt, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarized+13C+allows+a+direct+measure+of+flux+through+a+single+enzyme-catalyzed+step+by+NMR.">Hyperpolarized 13C allows a direct measure of flux through a single enzyme-catalyzed step by NMR.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 104. 104, 19773-19777 (2007).</li><li>Rodrigues, T. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+tumor+glycolysis+using+hyperpolarized+13C-labeled+glucose.">Magnetic resonance imaging of tumor glycolysis using hyperpolarized 13C-labeled glucose.</a> Nature medicine. 20, 93-97 (2014).</li><li>Day, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detecting+tumor+response+to+treatment+using+hyperpolarized+13C+magnetic+resonance+imaging+and+spectroscopy.">Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy.</a> Nature medicine. 13, 1382-1387 (2007).</li><li>Keshari, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarized+13C+dehydroascorbate+as+an+endogenous+redox+sensor+for+in+vivo+metabolic+imaging.">Hyperpolarized 13C dehydroascorbate as an endogenous redox sensor for in vivo metabolic imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108, 18606-18611 (2011).</li><li>Gallagher, F. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+pH+in+vivo+using+hyperpolarized+13C-labelled+bicarbonate.">Magnetic resonance imaging of pH in vivo using hyperpolarized 13C-labelled bicarbonate.</a> Nature. 453, 940-943 (2008).</li><li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+tumor+hyperpolarized+[1-13C]-pyruvate+dynamics+using+time-resolved+multiband+RF+excitation+echo-planar+MRSI.">Investigation of tumor hyperpolarized [1-13C]-pyruvate dynamics using time-resolved multiband RF excitation echo-planar MRSI.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 63, 582-591 (2010).</li><li>Cunningham, C. H., Dominguez Viqueira, W., Hurd, R. E., Chen, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+correction+method+for+improved+spatial+correlation+of+hyperpolarized+13C+metabolites+and+anatomy.">Frequency correction method for improved spatial correlation of hyperpolarized 13C metabolites and anatomy.</a> NMR in biomedicine. 27, 212-218 (2014).</li><li>Larson, P. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+dynamic+3D+MR+spectroscopic+imaging+with+compressed+sensing+and+multiband+excitation+pulses+for+hyperpolarized+13C+studies.">Fast dynamic 3D MR spectroscopic imaging with compressed sensing and multiband excitation pulses for hyperpolarized 13C studies.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 65, 610-619 (2011).</li><li>Mayer, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+subsecond+spiral+chemical+shift+imaging+to+real-time+multislice+metabolic+imaging+of+the+rat+in+vivo+after+injection+of+hyperpolarized+13C1-pyruvate.">Application of subsecond spiral chemical shift imaging to real-time multislice metabolic imaging of the rat in vivo after injection of hyperpolarized 13C1-pyruvate.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 62, 557-564 (2009).</li><li>Walker, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Catalyzing+Phantom+for+Reproducible+Dynamic+Conversion+of+Hyperpolarized+[1-C-13]-Pyruvate.">A Catalyzing Phantom for Reproducible Dynamic Conversion of Hyperpolarized [1-C-13]-Pyruvate.</a> PloS one. 8, e71274 (2013).</li><li>Levin, Y. S., Mayer, D., Yen, Y. F., Hurd, R. E., Spielman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+fast+spiral+chemical+shift+imaging+using+least+squares+reconstruction:+application+for+hyperpolarized+(13)C+metabolic+imaging.">Optimization of fast spiral chemical shift imaging using least squares reconstruction: application for hyperpolarized (13)C metabolic imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 58, 245-252 (2007).</li><li>von Morze, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+multiagent+hyperpolarized+(13)C+perfusion+imaging.">Simultaneous multiagent hyperpolarized (13)C perfusion imaging.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 72, 1599-1609 (2014).</li><li>Sogaard, L. V., Schilling, F., Janich, M. A., Menzel, M. I., Ardenkjaer-Larsen, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+measurement+of+apparent+diffusion+coefficients+of+hyperpolarized+(1)(3)C-labeled+metabolites.">In vivo measurement of apparent diffusion coefficients of hyperpolarized (1)(3)C-labeled metabolites.</a> NMR in biomedicine. 27, 561-569 (2014).</li><li>Patrick, P. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+transgene+expression+using+hyperpolarized+13C+urea+and+diffusion-weighted+magnetic+resonance+spectroscopy.">Detection of transgene expression using hyperpolarized 13C urea and diffusion-weighted magnetic resonance spectroscopy.</a> Magnetic resonance in medicine : official journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 73, 1401-1406 (2015).</li></ol>

Bu video-makale yayınlanması Bruker şirketi tarafından desteklenmektedir.

hiperpolarize metabolitlerin gerçek zamanlı görüntüleme dizisi tasarım, doğrulama ve kalite kontrolü için birçok benzersiz zorlukları vardır. uzaysal ve spektral heterojeniteye çözme yeteneği önemli klinik bir potansiyele sahiptir ancak konvansiyonel MRG ile ilişkili QA ve doğrulama yöntemlerini engellemektedir. Karmaşık görüntüleme sekansları veya yeniden yapılandırma algoritmaları onları zor karakterize ya da görüntüleme deney dışında doğrulamak için işlemek ince bağımlılıkları olabilir. Biyolojik heterojenite ve diğer pratik kaygılar karakterize ya da dizileri, donanım veya veri işleme algoritmaları doğrulamak için in vivo ve in vitro modellerinde kullanımını sınırlandırmaktadır. Birden fazla uzaysal bölmeleri ve dinamik kimyasal evrim ile, in vivo olarak, ancak kontrollü bir şekilde görüntüleme hiperpolarize substratlar ilişkili kritik özellikleri özetlemek mümkündür. Yüksek ve düşük enzim aktivitesine sahip bölgeler reproduci sağlarkalitatif ve kantitatif görüntüleme biyobelirteçlerinin değerlendirilmesi için ble dinamik kontrast. Mekansal varyasyonlar geometrik bozulmalar, yanlış ayarlanması ve hatanın diğer yaygın kaynaklar düzgün oluşturuyor sağlamak. sistemleri LDH tarafından katalize edilen tepkime oranlarını yaşamaktan daha kontrol edilebilir hala çok hassas deneysel koşullar ve belirsizlik önemli bir kaynağıdır iken. Kritik olarak, LDH sıcaklığa duyarlıdır. sonraki ölçümler büyük özen karşılaştırılacak olursak oda ve sıvı sıcaklıkları tüm ölçümlerde arasında sabit kaldığı alınmalıdır. Ayrıca hiperpolarize çalışmalarla ilgili piruvat yüksek konsantrasyonlar koenzim NADH ve enzim LDH yüksek konsantrasyonlarının kullanımı zorlar. Bu yüksek konsantrasyonlar genellikle hiçbir enzim inhibisyonu veya aşırı konsantrasyon olmak, belirli bir alt tabakaya çok az varsayımlarını izin vermez. Kimyasal kinetik titiz karakterizasyonu muhtemelen arzu edildiği takdirdereaktiflerin fark konsantrasyonları bu varsayımları kurtarmak için gerekli olacaktır. Bununla birlikte, bu bileşim, en görüntüleme doğrulama için yeterli olmalıdır, her bölmeden değişken oranlarda hiperpolarize laktat üretimi ile sonuçlanacaktır. az ya da hiç laktat sinyali değiştirilmesi gerekebilir enzim aktivitesi olacaktır kontrol etmek için bir birinci gözlenirse. Ayrıca hayalet bölmeye teslim varyasyon hyperpolarized sinyalin miktarındaki belirsizliği neden olur. her odasına eklenen hyperpolarized piruvat miktarı doğru ölçülür ve sorunsuz eklendiğini kritik değişkenlik bu kaynaklarını azaltmak için. hyperpolarized piruvat doğasında sinyal çürüme enjeksiyon sıkı zaman sınırlamaları koyarak bu görevi zorlaştırıyor. Gelecek çalışma enzim karışımına hiperpolarize piruvat giriş sürecini sağlayacak bir otomatik enjeksiyon mekanizması uygulanması üzerinde durulacakve hayali olarak daha sonra enjeksiyon makinesi kontrol edilecek. Bu sistem, her bölmeye eklenen piruvat miktarı ölçülerek insan hatasını ortadan kaldırmak yanı sıra tarayıcıya teslim hızını artıracaktır. Özellikle hyperpolarized piruvat tüm hacim odalarına enjekte edilmeden önce enzim karışımı içeren şırınga içine çekildi. Bu enjeksiyon işlemi enzim karışımı ile piruvat Karıştırmaya yardımcı olnak için izin yapıldı. Bu yöntemin bir sınırlaması karışımı tarayıcı ve bu nedenle reaksiyonun ilk bölümü ölçülmez önce laktat piruvatın Reaksiyon başlatılır olmasıdır. odası tasarımının gelecek arıtma odaları enzim karışımı ve hala piruvat geldiğinde odası içeriğinin yeterli karıştırma sağlarken enjekte sadece hyperpolarized piruvat ile dolu önceden izin hedefleyecektir. Statik fantomlardan göre bu sistem bazı sınırlamalar vardır. dbazı dinamik kimyasal reaksiyona ependence tek kullanım için bu hayaletleri sınırlar. Enjeksiyondan sonra hat ve Chambers, temizlenecek olan ve taze reaktif madde çözeltileri kullanılabilir veya alikotları çözülmüş gerekir gerekir. Tek enzim fantom dinamik kimyasal davranış bazı yakalar iken sadakatle gerçek bir biyolojik sistemi özetlemek değil. Canlılarda piruvat çok kompleks biyokimyasal yollarla ilgili ve piruvatın basit bir dönüşüm tek enzimatik izoformu ile birlikte enzim mevcudiyetinde laktat önemli bir basitleştirme. vasküler ya da teslimat başka bir biçim olarak, hücresel alımı her tür ölçüm için kritik olan, ayrıca, bu sistem büyük olasılıkla yetersiz model olacaktır. Tek enzim hayalet bazı kimyasal reaksiyon odaklanan bir uzlaşma, bir statik hayalet gibi tekrarlanabilir ya da pratik değil ama yine de canlı sistemler olduğunu daha tekrarlanabilir olmasıdır. Bu sistemin tekrarlanabilirliği b karakterizedir25 ila 40 oranında içi grup 10 değişkenliği arasındaki var hayvan çalışmalarında kıyasla yüzde 15 ila 20 arasında tekrarlanan ölçüm y varyasyon. Ek olarak, canlı hücreler ya da doku her yönüyle modeli, ancak statik hayalet kullanıldığında kaybolur kritik bir dinamik davranış gösterdiği etmez. Bu hayalet sistem görüntüleme teknikleri bir dizi ile çalışmak üzere dizayn edilmiştir. Böyle esnek bir platform ile QA tarar ve yukarıda yapılan hiperpolarize satın almalar başka kurum tarafından kullanılan sırası veya protokoller ile değiştirilebilir. Bunu göstermek için benzer sonuçlarla özel bir İDEAL dizisi kullanarak bir GE 3T tarayıcı üzerinde benzer bir çalışma yaptık. [1 13 C] -pyruvate ve hyperpolarized MRG nedeniyle gerçek zamanlı in vivo kanser metabolizmasını soruşturma kabiliyeti büyük olacağını göstermektedir. Gelişmekte olan ya da measurem doğrularken İlginçtir, bu tekniğin hassasiyeti büyük bir sorun teşkil etmektedirent teknikleri. pratik, ve kontrollü bir şekilde gerekli olan MRI ile hiperpolarize maddelerin ölçümü için kritik olan mekansal ve zamansal dinamiklerini yeniden mümkündür tek bir enzim fantomu ile geliştirilmesi ve doğrulama için yararlı olduğu.

13 C-etiketli bileşiklerin hiperpolarize manyetik rezonans görüntüleme (MRG) klinik etkisi gerçek zamanlı manyetik rezonans spektroskopi ve spektroskopik görüntüleme 1-5 ile kimyasal dönüşüm oranları ölçmek için yeteneği kritik bağlıdır. Dizisi geliştirme ve doğrulama esnasında, dinamik kimyasal dönüşüm, genellikle in vivo ya da sınırlı kontrol ve tekrarlanabilirlik teklif vitro modeller 6-9 ile elde edilir. Sağlam test ve kalite güvencesi için, bu ölçüme endemik kimyasal dönüşüm koruyan daha kontrollü sistem tercih olacaktır. Bu dinamik tek bir enzim hayalet kullanarak tekrarlanabilir bir şekilde, bu dönüşümü sağlamak için bir yöntem özetlemektedir. Hiperpolarize 13 C maddeleri ile çalışmaların çoğu işleyen biyolojik ortamda hiperpolarize yüzeylerde görüntüleme odaklanmak. amaç biyolojik incelemek ise, bu bariz bir seçimdirEl işler veya klinik bakım üzerindeki etkisi potansiyelini belirlemek. Bazı ölçüm sistemi veya veri işleme algoritmasının tanımlanması arzu edilmektedir, ancak, biyolojik modeller, içsel mekansal ve zamansal değişkenliğe 10 gibi çok sayıda dezavantajlara sahiptir. Ancak, geleneksel statik hayaletler hiperpolarize yüzeylerde MRG birincil klinik ilgi sürücüler kimyasal dönüşüm eksikliği ve dönüşüm oranları veya diğer dinamik parametrelerin 11 algılanmasını karakterize etmek için kullanılamaz. dinamik görüntüleme stratejilerinin titiz inceleme imkanı veren, kontrol ve tekrarlanabilir kimyasal dönüşüm sağlayan tek enzim sistemi kullanma. Bu sistem hiperpolarize yüzeyler için görüntüleme stratejilerinin geliştirilmesi ve alternatif yaklaşımlara karşı karşılaştırma için performansını karakterize etmek isteyen olan araştırmacılara yöneliktir. Statik ölçümler istenen son nokta varsa o 13 C-etiketli metaboliti wi statik Phantoms11 yeterli olacak. Diğer taraftan daha karmaşık biyolojik karakterizasyonu sonra gerçek biyolojik modeller 12-14 ihtiyaç duyulacak yöntemiyle (teslimat, hücresel yoğunluk, vb) kritik olup olmadığını. Bu sistem belirgin kimyasal dönüşüm oranları bir miktar ölçüsü sağlamayı amaçlıyoruz görüntüleme stratejilerinin değerlendirilmesi için idealdir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1045">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">BioSpect 7T</td>
			<td style="width:147px;">Bruker</td>
			<td style="width:195px;">BioSpec 70/30 USR</td>
			<td style="width:445px;">7 Tesla Pre-Clinical MRI Scanner</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">HyperSense</td>
			<td style="width:147px;">Oxford Instruments</td>
			<td style="width:195px;">Hypersense DNP Polarizer</td>
			<td>Dynamic Nuclear Polarizer for MRI agents</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">1-13C-Pyrvic Acid</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">677175</td>
			<td>Carbon 13 labled neat pyruvic acid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Trityl Radical</td>
			<td style="width:147px;">GE Healthcare</td>
			<td style="width:195px;">OX063</td>
			<td>Free radical used in Dynamic Nuclear Polarization</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">NaOH</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">S8045</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">EDTA</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">E6758</td>
			<td style="width:445px;">Ethylenediaminetetraacetic acid</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">LDH</td>
			<td style="width:147px;">Worthingthon</td>
			<td style="width:195px;">LS002755</td>
			<td>Lactate Dehydrogenase from rabbit muscle</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">NADH</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">N4505</td>
			<td>&#946;-Nicotinamide adenine dinucleotide, reduced dipotassium salt</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">Trizma</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">T7943</td>
			<td>Trizma&#174;&#160;Pre-set crystals</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:259px;">NaCl</td>
			<td style="width:147px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:195px;">S7653</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

use of a multi-compartment dynamic single enzyme phantom for studies of hyperpolarized magnetic resonance agents

manyetik rezonans ile hiperpolarize substratların görüntüleme gerçek zamanlı olarak kritik biyokimyasal süreçlerin değerlendirilmesi için büyük bir klinik olacağını göstermektedir. Nedeniyle hyperpolarized devlet tarafından dayatılan temel kısıtlamalara, egzotik görüntüleme ve rekonstrüksiyon teknikleri yaygın olarak kullanılmaktadır. dinamik, çok spektral görüntüleme yöntemleri karakterizasyonu için pratik bir sistem kritik ihtiyaç vardır. Böyle bir sistem, yeniden üretilebilir, normal ve patolojik doku ilgili kimyasal dinamiklerini özetlemek gerekir. Bugüne kadar en yaygın olarak kullanılan alt-tabaka kanseri metabolizma değerlendirme [1- 13C] -pyruvate hiperpolarize edildi. Biz laktat piruvat dönüşümünü aracılık eden bir enzim bazlı fantom sistemini açıklar. Reaksiyon, reaksiyon hızı kontrol reaktifler konsantrasyonları içeren, her biri kesik çizgilerle birden çok odalar içine hiperpolarize maddenin enjeksiyonu ile başlatılır. Çoklu bölmeleri sağlamak için gerekli olan imaging dizileri sadakatle doku mekansal ve metabolik heterojeniteye yakalamak. Bu sistem, in vivo olarak mümkün değildir kimyasal geleneksel fantomlardan bulunmayan dinamikleri yanı sıra, kontrol ve tekrarlanabilirlik sağlayarak gelişmiş görüntüleme stratejilerinin geliştirilmesini ve doğrulama yardımcı olacaktır.

Dilim seçici 2D görüntüleri anlık radEPSI dizisi kullanılarak elde edildi. Metabolit görüntüleri geri filtrelenmiş projeksiyon kullanılarak yeniden inşa edildi. Şekil 2&#39;de görüldüğü gibi, metabolit görüntüler de proton görüntüleri ile hizalandı. Bu sistem, hiperpolarize laktat sinyali sadece hiperpolarize piruvat enzimatik dönüşümü elde edilebilir. Yüksek LDH konsantrasyonu ile, Şekil 4, alt bölmeye üzere, güçlü bir laktat ve üst bölmeye karşılaştırıldığında daha zayıf piruvat sinyalini alır. enzim konsantrasyonunun bir tahmini olarak piruvat oranı laktat göreli metabolit sinyallerini kullanarak alt bölmesinde 1.47 kat daha fazladır. Alt ve üst bölmeleri arasındaki gerçek enzim konsantrasyonu oranı sinyal oranları (Şekil 4) ile kaba anlaşma olduğunu 1.66 kat fazlaydı. Zaman ders görüntüleri gen vardıBir İDEAL dizisi (Şekil 3) kullanılarak puan. metabolit görüntüleri ve proton referansı arasındaki güçlü anlaşma tekrar gözlendi. Hiçbir üre hayalet bu çalışma için mevcut olduğunu unutmayın. Sağda yüksek enzim odasında, çok güçlü bir başlangıç ​​laktat sinyali görülmektedir. Reaksiyon neredeyse tamamen bu odacık (9 sn teslim, 12 sn zirve laktat) içine teslim edildi zaman katalize edilmiş. Reaksiyon düşük enzim konsantrasyonu odasının (solda) daha yavaş ilerledi. Laktat dönüştürülmüştür az piruvat sinyal sinyal daha yüksek enzim odasında gözlendi olması da dikkat çekicidir. <img alt="Şekil 1" src="/files/ftp_upload/53607/53607fig1.jpg" /> Şekil 1. Phantom şematik: (A) Diyagram bölmesi tasarımını gösteren. Chambers A ve B enjeksiyonları ve egzoz hatları için takılmıştır. üre odası o enjekte edilmesi gerekmez olarak kapatılıredinimi sırasında ed. Demonte hayalet (B) Fotoğraf odaları, enjeksiyon hatları ve 50 ml tüp gösteren. (C) etrafında satırların sonundaki şırınga konnektörleri çerçeve içinde böylece sarılmış enjeksiyon hatları ile monte fantom sistemi. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53607/53607fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> <img alt="şekil 2" src="/files/ftp_upload/53607/53607fig2.jpg" /> Şekil iki ayrı spektral bant üretilen rad-EPSI. Koronal görüntüleri kullanarak 2. Metabolit görüntüleri, piruvat (ortada) ve laktat (sağda). Üst bölme belirgin şekilde daha piruvat sinyali ve alt bölmeye daha az laktat sinyali vardır. Bir proton görüntü (solda). Hiperpolarize ajanlar görüntüleme sonra satın alındı <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53607/53607fig2large.jpg" target="_blank">​​Lütfen</a><html> Bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın. <img alt="Şekil 3," src="/files/ftp_upload/53607/53607fig3.jpg" /> Şekil bir İDEAL dizisi kullanarak 3. Metabolit zaman ders görüntüler. Eksenel Bu serideki görüntüler 3-sek aralıklarla alındı. Piruvat (üst) ve laktat (alt) gri tonlama proton resmin üzerine gösterilir. Güçlü laktat ve zayıf piruvat sinyalleri yüksek enzim konsantrasyonu içeren sağ odasında görülmektedir. Alt enzim konsantrasyonu ile sol bölme, daha az laktat ve daha güçlü piruvat sinyali gösterdi. Tarama enjeksiyon öncesinde başlatılan çünkü odaları ilk 9 saniye hyperpolarized sinyalin iptal olur. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/53607/53607fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.</a> Şekil 4 &quot;src =&quot; / files / ftp_upload / 53607 / 53607fig4.jpg &quot;/&gt; Şekil 4. İşlenmiş Görüntüler: kombine metabolit görüntüleri (solda) üzerinde gösterilen her bölme için ortalama sinyal büyüklükleri. Üst ve alt odaları için piruvat oranları laktat farkı niteliksel çubuk grafikler (sağda) olarak gösterilen kullanılan enzim faaliyetleri, farkı maç.

Watch this Scientific Journal Video about Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents at JoVE.com

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

Hiperpolarize Manyetik Rezonans Ajanlar Araştırmaları bir Multi-bölmesi Dinamik Tek Enzim Phantom Kullanımı

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

use-multi-compartment-dynamic-single-enzyme-phantom-for-studies

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

6.8K Görüntüleme.  University of Texas M.D. Anderson Cancer Center. A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

Video: Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 T generate only a small detectable net-magnetization of the sample at room temperature 1. Hence, most NMR and MRI applications rely on the detection of molecules at relative high concentration (e.g., water for imaging of biological tissue) or require excessive acquisition times. This limits our ability to exploit the very useful molecular specificity of NMR signals for many biochemical and medical applications. However, novel approaches have emerged in the past few years: Manipulation of the detected spin species prior to detection inside the NMR/MRI magnet can dramatically increase the magnetization and therefore allows detection of molecules at much lower concentration 2.
Here, we present a method for polarization of a xenon gas mixture (2-5% Xe, 10% N2, He balance) in a compact setup with a ca. 16000-fold signal enhancement. Modern line-narrowed diode lasers allow efficient polarization 7 and immediate use of gas mixture even if the noble gas is not separated from the other components. The SEOP apparatus is explained and determination of the achieved spin polarization is demonstrated for performance control of the method.
The hyperpolarized gas can be used for void space imaging, including gas flow imaging or diffusion studies at the interfaces with other materials 8,9. Moreover, the Xe NMR signal is extremely sensitive to its molecular environment 6. This enables the option to use it as an NMR/MRI contrast agent when dissolved in aqueous solution with functionalized molecular hosts that temporarily trap the gas 10,11. Direct detection and high-sensitivity indirect detection of such constructs is demonstrated in both spectroscopic and imaging mode.

The production of hyperpolarized xenon by means of spin exchange optical pumping (SEOP) is described. This method yields a ~10000-fold enhancement of the nuclear spin polarization of Xe-129 and has applications in nuclear magnetic resonance spectroscopy and imaging. Examples of gas phase and solution state experiments are given.

NMR ve MRG Uygulamaları için Hyperpolarized Xenon

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 ...

Mühendislik

Analysis of Contact Interfaces for Single GaN Nanowire Devices

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit a strong degradation after annealing due to the occurrence of void formation at the contact/SiO2 interface. This void formation can cause cracking and delamination of the metal film, which can increase the resistance or lead to a complete failure of the NW device. In order to address issues associated with void formation, a technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from the substrates to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN NW devices. This procedure determines the degree of adhesion of the contact films to the substrate and NWs and allows for the characterization of the morphology and composition of the contact interface with the substrate and nanowires. This technique is also useful for assessing the amount of residual contamination that remains from the NW suspension and from photolithographic processes on the NW-SiO2 surface prior to metal deposition. The detailed steps of this procedure are presented for the removal of annealed Ni/Au contacts to Mg-doped GaN NWs on a SiO2 substrate.

A technique was developed that removes Ni/Au contact metal films from their substrate to allow for the examination and characterization of the contact/substrate and contact/NW interfaces of single GaN nanowire devices.

Tek GaN Nanotel Cihazlar İletişim arabirimleri Analizi

Single GaN nanowire (NW) devices fabricated on SiO2 can exhibit  a strong degradation after annealing due to the  occurrence of void formation at the ...

Scalable Nanohelices for Predictive Studies and Enhanced 3D Visualization

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing applications.&#160; For predictive simulations, it has become increasingly important to be able to model the structure of nanohelices accurately.&#160; To study the effect of local structure on the properties of these complex geometries one must develop realistic models.&#160; To date, software packages are rather limited in creating atomistic helical models.&#160; This work focuses on producing atomistic models of silica glass (SiO2) nanoribbons and nanosprings for molecular dynamics (MD) simulations. Using an MD model of &#8220;bulk&#8221; silica glass, two computational procedures to precisely create the shape of nanoribbons and nanosprings are presented.&#160; The first method employs the AWK programming language and open-source software to effectively carve various shapes of silica nanoribbons from the initial bulk model, using desired dimensions and parametric equations to define a helix.&#160; With this method, accurate atomistic silica nanoribbons can be generated for a range of pitch values and dimensions.&#160; The second method involves a more robust code which allows flexibility in modeling nanohelical structures.&#160; This approach utilizes a C++ code particularly written to implement pre-screening methods as well as the mathematical equations for a helix, resulting in greater precision and efficiency when creating nanospring models.&#160; Using these codes, well-defined and scalable nanoribbons and nanosprings suited for atomistic simulations can be effectively created.&#160; An added value in both open-source codes is that they can be adapted to reproduce different helical structures, independent of material.&#160; In addition, a MATLAB graphical user interface (GUI) is used to enhance learning through visualization and interaction for a general user with the atomistic helical structures.&#160; One application of these methods is the recent study of nanohelices via MD simulations for mechanical energy harvesting purposes.

Accurate modeling of nanohelical structures is important for predictive simulation studies leading to novel nanotechnology applications.&#160; Currently, software packages and codes are limited in creating atomistic helical models.&#160; We present two procedures designed to create atomistic nanohelical models for simulations, and a graphical interface to enhance research through visualization.

Öngörülü Çalışmaları Ölçeklenebilir Nanohelices ve Geliştirilmiş 3D Görselleştirme

Spring-like materials are ubiquitous in nature and of interest in nanotechnology for energy harvesting, hydrogen storage, and biological sensing ...

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their electronic properties. The application of high pressure enables one to synthesize new materials, but the response of known materials to high pressure is a very useful tool for studying their electronic structure and developing theories. For example, high-pressure synthesis might be at the origin of life; and understanding the behavior of small molecules under extreme pressure will tell us more about fundamental processes in our universe. It is no wonder that there has always been great interest in having NMR available at high pressures. Unfortunately, the desired pressures are often well into the Giga-Pascal (GPa) range and require special anvil cell devices where only very small, secluded volumes are available. This has restricted the use of NMR almost entirely in the past, and only recently, a new approach to high-sensitivity GPa NMR, which has a resonating micro-coil inside the sample chamber, was put forward. This approach enables us to achieve high sensitivity with experiments that bring the power of NMR to Giga-Pascal pressure condensed matter research. First applications, the detection of a topological electronic transition in ordinary aluminum metal and the closing of the pseudo-gap in high-temperature superconductivity, show the power of such an approach. Meanwhile, the range of achievable pressures was increased tremendously with a new generation of anvil cells (up to 10.1 GPa), that fit standard-bore NMR magnets. This approach might become a new, important tool for the investigation of many condensed matter systems, in chemistry, geochemistry, and in physics, since we can now watch structural changes with the eyes of a very versatile probe.

Nuclear magnetic resonance is one of the most important spectroscopic tools. Here, the development of a new approach under high pressure, currently up to 10.1 GPa, is presented. This opens a new window into condensed matter physics and chemistry, where high-pressure research is of great importance.

Aşırı Koşullarında Yoğun Madde Elektronik ve Kimyasal Özellikler Probing için Yeni Bir Aracı: Giga Pascal Baskılara yüksek-Hassasiyet Nükleer Manyetik Rezonans

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their ...

A Method for Studying the Temperature Dependence of Dynamic Fracture and Fragmentation

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform stress and strain rate. This can be produced by evenly loading the inner surface of a cylinder. Due to the axial symmetry, as the cylinder expands the wall is placed into a tensile hoop stress that is uniform around the circumference. While there are various techniques to generate this expansion such as explosives, electromagnetic drive, and existing gas gun techniques they are all limited in the fact that the sample cylinder must be at room temperature. We present a new method using a gas gun that facilitates experiments on cylinders from 150 K to 800 K with a consistent, repeatable loading. These highly diagnosed experiments are used to examine the effect of temperature on the fracture mechanisms responsible for failure, and their resulting influence on fragmentation statistics. The experimental geometry employs a steel ogive located inside the target cylinder, with the tip located about halfway in. A single stage light gas gun is then used to launch a polycarbonate projectile into the cylinder at 1,000 m/sec-1. The projectile impacts and flows around the rigid ogive, driving the sample cylinder from the inside. The use of a non-deforming ogive insert allows us to install temperature control hardware inside the rear of the cylinder. Liquid nitrogen (LN2) is used for cooling and a resistive high current load for heating. Multiple channels of upshifted photon Doppler velocimetry (PDV) track the expansion velocity along the cylinder enabling direct comparison to computer simulations, while High speed imaging is used to measure the strain to failure. The recovered cylinder fragments are also subject to optical and electron microscopy to ascertain the failure mechanism.

Fracture and fragmentation are late stage phenomena in dynamic loading scenarios and are typically studied using explosives. We present a technique for driving expansion using a gas gun which uniquely enables control of both loading rate and sample temperature.

Dinamik Kırık ve Parçalanma Sıcaklık Bağımlılığı incelenmesi için bir yöntem

The dynamic fracture of a body is a late-stage phenomenon typically studied under simplified conditions, in which a sample is deformed under uniform ...

A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping process shear forces occur which can lead to qualitative and/or quantitative product loss. To calculate the mechanical stress with limited experimental expense, an oil-water emulsion system was used, whose suitability was demonstrated for drop size detections in bioreactors1. As drop breakup of the oil-water emulsion system is a function of mechanical stress, drop sizes need to be counted over the experimental time of shear stress investigations. In previous studies, the inline endoscopy has been shown to be an accurate and reliable measurement technique for drop size detections in liquid/liquid dispersions. The aim of this protocol is to show the suitability of the inline endoscopy technique for drop size measurements in pumping processes. In order to express the drop size, the Sauter mean diameter d32 was used as the representative diameter of drops in the oil-water emulsion. The results showed low variation in the Sauter mean diameters, which were quantified by standard deviations of below 15%, indicating the reliability of the measurement technique.

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

Bir maliyet-etkin ve güvenilir Yöntemi Tek kullanımlı ve Standart Pompa mekanik Stres Tahmin etmek

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas industry faces continued scrutiny for methane emissions from across the supply chain, due to methane&#39;s relatively high global warming potential (25-84x that of carbon dioxide, according to the Energy Information Administration). Currently, a variety of techniques of varied uncertainties exists to measure or estimate methane emissions from components or facilities. Currently, only one commercial system is available for quantification of component level emissions and recent reports have highlighted its weaknesses.
In order to improve accuracy and increase measurement flexibility, we have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases based on transportation emissions measurement principles. The FFS is a modular system that consists of an explosive-proof blower(s), mass airflow sensor(s) (MAF), thermocouple, sample probe, constant volume sampling pump, laser based greenhouse gas sensor, data acquisition device, and analysis software. Dependent upon the blower and hose configuration employed, the current FFS is able to achieve a flow rate ranging from 40 to 1,500 standard cubic feet per minute (SCFM). Utilization of laser-based sensors mitigates interference from higher hydrocarbons (C2+). Co-measurement of water vapor allows for humidity correction. The system is portable, with multiple configurations for a variety of applications ranging from being carried by a person to being mounted in a hand drawn cart, on-road vehicle bed, or from the bed of utility terrain vehicles (UTVs). The FFS is able to quantify methane emission rates with a relative uncertainty of &#177; 4.4%. The FFS has proven, real world operation for the quantification of methane emissions occurring in conventional and remote facilities.

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

We have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases from across the natural gas supply chain.

Metan Emisyonları Niceleme Tasarım ve Tam Debi Örnekleme Sistemi (FFS) Kullanımı

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

A Modular Microfluidic Technology for Systematic Studies of Colloidal Semiconductor Nanocrystals

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light emitting diodes (LEDs) and photovoltaics (PVs). Among this material group, inorganic/organic perovskites have demonstrated significant improvement and potential towards high-efficiency, low-cost PV fabrication due to their high charge carrier mobilities and lifetimes. Despite the opportunities for perovskite QDs in large-scale PV and LED applications, the lack of fundamental and comprehensive understanding of their growth pathways has inhibited their adaptation within continuous nanomanufacturing strategies. Traditional flask-based screening approaches are generally expensive, labor-intensive, and imprecise for effectively characterizing the broad parameter space and synthesis variety relevant to colloidal QD reactions. In this work, a fully autonomous microfluidic platform is developed to systematically study the large parameter space associated with the colloidal synthesis of nanocrystals in a continuous flow format. Through the application of a novel translating three-port flow cell and modular reactor extension units, the system may rapidly collect fluorescence and absorption spectra across reactor lengths ranging 3 - 196 cm. The adjustable reactor length not only decouples the residence time from the velocity-dependent mass transfer, it also substantially improves the sampling rates and chemical consumption due to the characterization of 40 unique spectra within a single equilibrated system. Sample rates may reach up to 30,000 unique spectra per day, and the conditions cover 4 orders of magnitude in residence times ranging 100 ms - 17 min. Further applications of this system would substantially improve the rate and precision of the material discovery and screening in future studies. Detailed within this report are the system materials and assembly protocols with a general description of the automated sampling software and offline data processing.

Detailed herein are the operation and assembly protocols of a modular microfluidic screening platform for the systematic characterization of colloidal semiconductor nanocrystal syntheses. Through fully adjustable system arrangements, highly efficient spectra collection may be carried out across 4 orders of magnitude reaction time scales within a mass transfer-controlled sampling space.

Kolloidal yarı iletken Nanocrystals sistematik çalışmalar için modüler bir mikrosıvısal teknolojisi

Colloidal semiconductor nanocrystals, known as quantum dots (QDs), are a rapidly growing class of materials in commercial electronics, such as light ...

Fabrication of Magnetic Nanostructures on Silicon Nitride Membranes for Magnetic Vortex Studies Using Transmission Microscopy Techniques

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared on transparent membranes which are very fragile and difficult to manipulate. We present processes for the fabrication of samples with magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for Lorentz transmission electron microscopy and magnetic transmission x-ray microscopy studies. The samples are prepared on silicon nitride membranes and the fabrication consists of a spin coating, UV and electron-beam lithography, the chemical development of the resist, and the evaporation of the magnetic material followed by a lift-off process forming the final magnetic structures. The samples for the Lorentz transmission electron microscopy consist of magnetic nanodiscs prepared in a single lithography step. The samples for the magnetic x-ray transmission microscopy are used for time-resolved magnetization dynamic experiments, and magnetic nanodiscs are placed on a waveguide which is used for the generation of repeatable magnetic field pulses by passing an electric current through the waveguide. The waveguide is created in an extra lithography step.

A protocol for the fabrication of magnetic micro- and nanostructures with spin configurations forming magnetic vortices suitable for transmission electron microscopy (TEM) and magnetic transmission x-ray microscopy (MTXM) studies is presented.

Silikon nitrür membranlar üzerinde manyetik nanoyapıları imalatı transmisyon mikroskopisi teknikleri kullanarak manyetik girdap etütler

Electron and x-ray magnetic microscopies allow for high-resolution magnetic imaging down to tens of nanometers. However, the samples need to be prepared ...

A 100 KW Class Applied-field Magnetoplasmadynamic Thruster

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate plasma to high speed; they have considerable potential for future space applications with the significant advantages of high specific impulse and thrust density. In this paper, we present a series of protocols for designing and manufacturing a 100 kW class of AF-MPD thruster with water-cooling structures, a 130 V maximum discharge voltage, a 800 A maximum discharge current, and a 0.25 T maximum strength of magnetic field. A hollow tantalum tungsten cathode acts as the only propellant inlet to inhibit the radial discharge, and it is positioned axially at the rear of the anode in order to relieve anode starvation. A cylindrical divergent copper anode is employed to decrease anode power deposition, where the length has been reduced to decrease the wall-plasma connecting area. Experiments utilized a vacuum system that can achieve a working vacuum of 0.01 Pa for a total propellant mass flow rate lower than 40 mg/s and a target thrust stand. The thruster tests were carried out to measure the effects of the working parameters such as propellant flow rates, the discharge current, and the strength of applied magnetic field on the performance and to allow appropriate analysis. The thruster could be operated continuously for significant periods of time with little erosion on the hollow cathode surface. The maximum power of the thruster is 100 kW, and the performance of this water-cooled configuration is comparable with that of thrusters reported in the literature.

The goal of this protocol is to introduce the design of a 100 kW class applied-field magnetoplasmadynamic thruster and relevant experimental methods.

100 KW sınıf uygulanan alan Magnetoplasmadynamic pervane

Applied-field magnetoplasmadynamic thrusters (AF-MPD thrusters) are hybrid accelerators in which electromagnetic and gas dynamic processes accelerate ...