پیشرفت های جدید در زیست حسگرهای الکتروشیمیایی مبتنی بر نانولوله کربنی

Recent advances in carbon nanotube based electrochemical biosensors

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پیشرفت های جدید در زیست حسگرهای الکتروشیمیایی مبتنی بر نانولوله کربنی

Recent advances in carbon nanotube based electrochemical biosensors

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

پیامدهای جداشدن عصبی عروقی در تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) تومورهای مغزی

Implications of neurovascular uncoupling in functional magnetic resonance imaging (fMRI) of brain tumors

چکیده

واحد عصبی‌عروقی در هموستازی

عروق تومورهای مغزی

تومورهای مغزی واحد عصبی‌عروقی را تغییر می‌دهند

fMRI تومورهای مغزی

پیامدهای استفاده از fMRI به عنوان یک نشانگر زیستی از پیشرفت GBM

نتیجه‌گیری

چکیده

تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) به عنوان یک ابزار حیاتی برای عکس‌برداری پیش‌جراحی قشر سخنوری عمل کرده و در عملکرد نوورلوژیکی بیماران مبتلا به تومور مغزی تغییر ایجاد می‌کند. با این حال مکانیسم کنتراست وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD) اصلی fMRI در نظر می‌گیرد که جفت‌شدن عصبی‌عروقی طی پیشرفت تومور مغزی دست نخورده باقی مانده، و این تغییرات اندازه‌گیری شده در جریان خون مغزی (CBF) با عملکرد نورونی ارتباط دارد. مطالعات ‌پیش‌بالینی و بالینی اخیر نشان داده‌اند که حتی تومورهای مغزی با درجه پایین می‌توانند جدا شدن عصبی‌عروقی (NVU) را نشان دهند، این تفسیر داده‌های fMRI مخدوش می‌کند. بنابراین، برای جلوگیری از عوارض جراحی عصبی در مبنای بیوفیزیکی NVU و تاثیر آن بر fMRI ضروری است. در این مقاله فیزیولوژی نحوه بازسازی واحد عصبی‌عروقی و تغییر عملکردی این واحد توسط سلول‌های سرطانی مغز را را بررسی می کنیم. در ابتدا آخرین یافته‌ها را درباره اجزای واحد عصبی‌عروقی بحث می‌کنیم. سپس، ما نتایج بدست آمده از مطالعات پیش‌بالینی و بالینی را تلفیق می‌کنیم تا تأثیر NVU ناشی از تومور مغزی بر تفسیر داده‌های fMRI نمایان شود. ما آن دسته از پیشرفت‌های حاصل شده در روش‌های تصویربرداری عملکردی بررسی می‌کنیم که امکان ارزیابی بالینی تومورهای مغزی با NVU می‌دهد. آخر سر ما به این بحث می‌پردازیم که چگونه جلوگیری از تشکیل ناهنجار رگ‌های خونی تومور با درمان‌های ضد رگ‌زایی می تواند عروق تومور مغزی نرمال و تحت کنترل درآورد و بطور بالقوه جفت‌شدگی عصبی‌عروقی را حفظ کند.

جفت‌شدگی عصبی‌عروقی ارتباط بین تحریک عصبی و تغییرات همزمان در جریان خون مغزی به منظور فراهم کردن تقاضاهای متغیر انرژی است. این رابطه اساس مکانیسم کنتراست وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD)  تشکیل می‌دهد و این مکانیسم زمینه اصلی تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) مغز است. با این حال، سیگنال BOLD کاملا با پتانسیل‌های عمل نورونی ارتباط ندارد. سیگنال BOLD ترکیبی از چندین پدیده شامل تغییرات جریان خون مغزی (CBF)، حجم خون مغزی (CBV) و میزان متابولیسم مغزی برای مصرف اکسیژن (CMRO2) است. با این وجود، این جفت‌شدگی عصبی‌عروقی است که fMRI قادر به بررسی و ترسیم عملکرد مغز در بیماران کرده است. 

نتیجه‌گیری

گلیوما باعث ایجاد درجات متفاوتی از اختلال در بخش عصبی‌عروقی متشکل از آستروسیت‌ها، پری‌سیت‌های و سلول‌های اندوتلیال می‌شود. این اختلالات باعث اختلال در جفت‌شدگی عصبی‌عروقی می‌شوند و می‌تواند به علت عدم پاسخ عروقی و ناتوانایی در تأمین متابولیت‌ها و اکسیژن به جمعیت‌های عصبی فعال، منجر به سمیت تحریک بیش از حد سریع‌تر می‌شود. هیپوکسی ناشی از مرگ‌و‌میر سلول‌های تومور در نهایت منجر به فعال کردن زنجیره‌ای از وقایع می شود که به رشد رگ‌زایی و تشکیل عروق خونی متناسب با رشد تومور منجر می‌شود. تغییر به فنوتیپ کوپشنی نیز می‌تواند در بیماران رخ دهد، که در آن سلول‌های گلیوما تون عروق میزبان را تحت کنترل خود در می‌آورند.

Abstract

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) serves as a critical tool for presurgical mapping of eloquent cortex and changes in neurological function in patients diagnosed with brain tumors. However, the blood-oxygen-level-dependent (BOLD) contrast mechanism underlying fMRI assumes that neurovascular coupling remains intact during brain tumor progression, and that measured changes in cerebral blood flow (CBF) are correlated with neuronal function. Recent preclinical and clinical studies have demonstrated that even low-grade brain tumors can exhibit neurovascular uncoupling (NVU), which can confound interpretation of fMRI data. Therefore, to avoid neurosurgical complications, it is crucial to understand the biophysical basis of NVU and its impact on fMRI. Here we review the physiology of the neurovascular unit, how it is remodeled, and functionally altered by brain cancer cells. We first discuss the latest findings about the components of the neurovascular unit. Next, we synthesize results from preclinical and clinical studies to illustrate how brain tumor induced NVU affects fMRI data interpretation. We examine advances in functional imaging methods that permit the clinical evaluation of brain tumors with NVU. Finally, we discuss how the suppression of anomalous tumor blood vessel formation with antiangiogenic therapies can ‘‘normalize’’ the brain tumor vasculature, and potentially restore neurovascular coupling.

Neurovascular coupling is the relationship between neural firing and concomitant changes in cerebral blood flow to accommodate changing energy demands.1,2 This relationship constitutes the basis of the blood-oxygen-level-dependent (BOLD) contrast mechanism that underlies functional magnetic resonance imaging (fMRI) of the brain. However, the BOLD signal is not perfectly correlated with neuronal action potentials. The BOLD signal is a mixture of several phenomena including changes in cerebral blood flow (CBF), cerebral blood volume (CBV), and the cerebral metabolic rate for oxygen consumption (CMRO2).3 Nonetheless, it is this neurovascular coupling that has made fMRI the workhorse for interrogating and mapping brain function in patients.4

Conclusion

Gliomas result in varying degrees of perturbation to the neurovascular unit composed of astrocytes, pericytes, and endothelial cells. These disruptions impair neurovascular coupling and can lead to faster excitotoxicity due to the lack of vascular response and an inability to supply metabolites and oxygen to active neuronal populations. The resulting hypoxia in conjunction with tumor cell death eventually triggers a cascade of events that leads to angiogenic growth and poorly formed vasculature to support tumor growth. A shift to the co-optive phenotype, in which glioma cells take over control of host vascular tone, can also occur in patients.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

پیامدهای جداشدن عصبی عروقی در تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) تومورهای مغزی

Implications of neurovascular uncoupling in functional magnetic resonance imaging (fMRI) of brain tumors

رباتیک توانبخشی و بازیابی حرکتی دست بعد از سکته مغزی

Hand Rehabilitation Robotics on Poststroke Motor Recovery

1- پیش زمینه
2- مروری بر روی روباتیک در توانبخشی دست
2-1- مرور
2-2- الزامات
3- طبقه بندی روبات های توانبخشی دست
3-1- سیستم های سخت افزاری
3-2- نوع روبات
3-3- فعال سازی
3-4- انتقال
3-5- سنسور ها
4- الگوهای تمرین
4-1- روش های تمرین
5- الگوی حرکتی
5-1- حرکات در سطح کاربردی
5-2- حرکات در سطح فعالیت
6- تعامل های بین انسان و روبات
6-1- الگوی القا
6-2- قصد حرکت به صورت قابل شناسایی
6-3- بازخورد کاربر
7- مباحث
8- محدودیت های عمومی
8-1- سیستم های سخت افزاری
8-2- الگوهای تمرین
منابع

بازیابی عملکرد دست یکی از چالش برانگیز ترین موضوعات در زمینه ی توانبخشی بعد از سکته ی مغزی می باشد. با وجود این که درمان به کمک روبات ها نتایج خوبی را در دهه های اخیر به دست آورده است، توسعه ی روباتیک برای توانبخشی دست هنوز پیشرفت خوبی نداشته است. مرور های فعلی در رابطه با روباتیک برای توانبخشی بیشتر بر روی طراحی های مکانیکی و یا دیدگاه طراحان و یا الگوهای تمرینی از نظر دیدگاه های بالینی تمرکز دارد، در حالی که این دو قسمت به یکدیگر مرتبط هستند و هر دو برای طراحان و کاربران بالینی، اهمیت دارند. در این مرور، ما مقالات فعلی در رابطه با روباتیک در زمینه ی توانبخشی دست را بررسی می کنیم تا بتوانیم به طراحان کمک کنیم تا در میان بخش های مختلف تصمیم گیری های مناسبی انجام دهند و ازین رو بتوانند موجب ارتقای روباتیک در زمینه ی توانبخشی دست بشوند. مروری بر روی روش های روباتیک برای توانبخشی دست در این مقاله فراهم شده است تا دیدگاه عمومی در مورد رابطه ی بین اهداف، نظریه های توانبخشی ، روبات های توانبخشی دست و ارزیابی آن ها ایجاد شود. سپس، جدیدترین زمینه های روباتیک برای توانبخشی دست به صورت دقیق بر اساس طبقه بندی های سیستم های سخت افزاری و الگوهای تمرینی ارائه می شود. در نتیجه، مباحث مرتبط با طبقه بندی و مرور جامع روباتیک برای توانبخشی دست، فراهم می گردد.

8-2- الگوهای تمرین

انتخاب کردن الگوی تمرین مشخص کننده ی هسته ی مرکزی سیستم های روباتیک توانبخشی دست می باشد در حالی که این موضوع در ترکیب با موضوعات کلی سیستم های توانبخشی از نظر تفاوت در بیماران و معیار های شایستگی در طراحی های مختلف، به صورت کامل ارزیابی نشده است. انتخاب کردن روش های تمرین باید در کل دوره ی تمرین متغیر باشد تا کارایی روباتیک توانبخشی دست به حداکثر مقدار خودش برسد و مطابق با شرایط عملی بیمار باشد. دو مشکل در حال حاضر در زمینه ی انتخاب روش های تمرین وجود دارد : نخست، در حرکات منفعل عدم حضور مشارکت فعال بیمار موجب کند شدن روند باز آموزی حرکتی می شود ؛ در حالی که در حالت دوم، در حرکت مثبت، بیشتر بیماران در مراحل اولیه از نظر قدرت ماهیچه ای و فعالیت ذهنی در سطح پایینی قرار دارند و همین موضوع موجب می شود که روند تمرین به سختی برای آن ها بگذرد.

The recovery of hand function is one of the most challenging topics in stroke rehabilitation. Although the robot-assisted therapy has got some good results in the latest decades, the development of hand rehabilitation robotics is left behind. Existing reviews of hand rehabilitation robotics focus either on the mechanical design on designers’ view or on the training paradigms on the clinicians’ view, while these two parts are interconnected and both important for designers and clinicians. In this review, we explore the current literature surrounding hand rehabilitation robots, to help designers make better choices among varied components and thus promoting the application of hand rehabilitation robots. An overview of hand rehabilitation robotics is provided in this paper firstly, to give a general view of the relationship between subjects, rehabilitation theories, hand rehabilitation robots, and its evaluation. Secondly, the state of the art hand rehabilitation robotics is introduced in detail according to the classification of the hardware system and the training paradigm. As a result, the discussion gives available arguments behind the classification and comprehensive overview of hand rehabilitation robotics.

8-2- Training Paradigm

Choosing of training paradigms decides the kernel of a hand rehabilitation robot, while it has not been fully introduced in papers combined with the whole rehabilitation robot system in consideration of patient difference and the merit and demerit of different designs. Choosing of training modalities should better be nonconstant in the whole period of training for maximizing the efficiency of hand rehabilitation robots, in correspondence with the practical condition of patients. Two demerits for current choosing of training modalities: First, in passive motion, the absence of patients’ active participation slows down the process of motor relearning; while, second, in positive motion, most patients in early stage are too weak on both muscle strength and mental activity, thus making the training process hardly inaccessible for them.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

رباتیک توانبخشی و بازیابی حرکتی دست بعد از سکته مغزی

Hand Rehabilitation Robotics on Poststroke Motor Recovery

نقشه برداری راکتیویته مغزی برای برنامه ریزی پیش از جراحی تومور مغزی

Cerebrovascular reactivity mapping for brain tumor presurgical planning

چکیده

مقدمه

FMRI بالینی برای برنامه‌ریزی قبل از جراحی

پارادایم‎های حسی- حرکتی

پارادایم‌های زبانی

پارادایم‌های بصری

روایی بالینی و تأثیر جراحی

محدودیت‌های BOLD fMRI و نقش تصویربرداری (نقشه‌برداری) راکتیویته مغزی عروقی

اهمیت جداشدگی عصبی عروقی

نقشه‌برداری CVR

مثال‌ بالینی NVU که با نقشه‌برداری BH CVR تشخیص داده شده است

سایر کاربردهای بالینی نقشه برداری CVR

چکیده

این مقاله یک بررسی از کاربردهای تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی وابستگی سطح اکسیژن خون (BOLD fMRI) را در نقشه‌برداری قبل از جراحی برای برش ضایعه در بیماران مبتلا تومورهای مغزی ارائه می‌دهد. ابتدا اصل فیزیکی اثر BOLD بحث می‌شود و سپس یک بررسی کلی از اهداف برنامه‌ریزی قبل از جراحی پرداخته خواهد شد. پس از این الگوهای حسی حرکتی، گفتاری و بینایی بررسی می‌شود که معمولاً در fMRI بکار گرفته می‌شود. در ادامه توضیح مختصری از مطالعات بیانگر اثر بالینی BOLD fMRI قبل از جراحی ارائه می‌شود. بعد از این مقدمه کامل درباره fMRI قبل از جراحی، توضیحی دقیق از پدیده جداشدگی عصبی عروقی (NVU) ارائه می‌شود که محدودیت اصلی fMRI محسوب می‌شود و در ادامه رویکردهای متفاوت بکار گرفته شده برای نقشه‌برداری راکتیویته مغزی عروقی (CVR) BOLD بحث می‌شود که روشی مؤثر برای تشخیص NVU هست. آنگاه یک مورد بالینی را آوریم که ارزش نقشه‌برداری CVR در تفسیر بالینی fMRI قبل جراحی را نمایان می‌سازد. در  نهایت این مقاله با یک بررسی مختصر از کاربردهای نقشه‌برداری CVR در مقایسه با تصویربرداری قبل جراحی نتیجه‌گیری می‌کند. 

مقدمه 

تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی وابستگی سطح اکسیژن خون (BOLD fMRI) یک تکنیک تصویربرداری از مغز هست که از دی اکسی هموگلوبین موجود در عروق خونی به عنوان عامل کنتراست دورن زا برای گرفتن نقشه‌های فعالسازی عملکردی استفاده می‌شود [1]. 

فعالسازی نورونی سبب افزایش موقت در تخلیه اکسیژن موضعی از خون می‌شود که این خون با افزایش خیلی بیشتر در جریان خون مغزی (CBF) و حجم خون مغزی (CBV)  وابسته هست. این تخلیه هموگلوبین اکسیژن دار منجر به افت خالص در غلظت دی اکسی هموگلوبین می‌شود. این افت در غلظت دی اکسی هموگلوبین پارامغناطیس سبب افزایش زمان‌های استراحت مغناطیسی T2 و T2*  می‌شود. بنابراین تصویربرداری از مواضع قشر سخنوری از طریق کسب پشت سر هم تصاویر وزن‌دهی شده T2 و T2* بدست آمده است در حالیکه این مسئله در حالت استراحت یا حین انجام وظیفه هست و تشخیص این سیگنال در ارتباط با کاهش موضعی غلظت دی اکسی هموگلوبین همراه با فعالسازی عملکردی نسبت به حالت پایه افزایش می‌یابد. 

سایر کاربردهای بالینی نقشه برداری CVR

 در حالیکه CVR به عنوان شاخصی حساس برای ارزشیابی توانایی مغز به تعدیل و تنظیم پویای تأمین انرژی تلقی می‌شود هنوز کاربردهای بالینی تصویربرداری CVR (بعلاوه نقشه‌برداری قبل جراحی) برای تحقق پتانسیل کامل آن عمدتاً به دلیل محدودیت‌های فنی حاصل نشده است. در سالیان اخیر، با توسعه رویکردهای پیشرفته مختلف، کاربردهای بالینی قابل اعتماد تصویربرداری CVR ظهور یافته‌اند.

نقشه‌برداری CVR در بیماری‌های مغزی عروقی به عنوان یک ابزار امیدوارکننده برای پزشکان دخیل در ارزیابی بیماران در معرض خطر سکته مغزی ظهور کرده است. چنین مطالعه با استفاده از هایپرکاپنه ناشی از پاسخ سیگنال BOLD MRI به پروب CVR در بیماران مبتلا به بیماری‌های انسداد شریان مانند تنگی شرایین کاروتید گزارش شده است [55،71،72]. به عنوان مثال، بیمار مبتلا به انسداد شریان مغزی راست و پدیده Moyamoya ناشی از آنمی آپلاستیک مقادیر CVR پارادوکسیال را در ناحیه شریان مغز میانی سمت راست در قشر نشان داد [55].

Abstract

This article provides a review of Blood Oxygen Level Dependent functional magnetic resonance imaging (BOLD fMRI) applications for presurgical mapping in patients with brain tumors who are being considered for lesion resection. Initially, the physical principle of the BOLD effect is discussed, followed by a general overview of the aims of presurgical planning. Subsequently, a review of sensorimotor, language and visual paradigms that are typically utilized in clinical fMRI is provided, followed by a brief description of studies demonstrating the clinical impact of preoperative BOLD fMRI. After this thorough introduction to presurgical fMRI, a detailed explanation of the phenomenon of neurovascular uncoupling (NVU), a major limitation of fMRI, is provided, followed by a discussion of the different approaches taken for BOLD cerebrovascular reactivity (CVR) mapping, which is an effective method of detecting NVU. We then include one clinical case which demonstrates the value of CVR mapping in clinical preoperative fMRI interpretation. The paper then concludes with a brief review of applications of CVR mapping other than for presurgical mapping.

INTRODUCTION

Blood Oxygen Level Dependent functional magnetic resonance imaging (BOLD fMRI) is a brain mapping technique using deoxyhemoglobin contained in the blood vessels as an endogenous contrast agent to produce functional activation maps[1].

Neural activation induces a transient increase in regional oxygen extraction from the blood that is coupled with a much larger increase in cerebral blood flow (CBF) and cerebral blood volume (CBV). This influx of oxygenated hemoglobin results in a net decrease in regional deoxyhemoglobin concentration. This drop in paramagnetic deoxyhemoglobin concentration leads to an increase in the magnetic relaxation times T2 and T2*. The mapping of eloquent areas is thus obtained by acquiring T2 or T2*- weighted images consecutively while the subject is at rest or performing a task, and detecting the signal increase related to the local reduction of deoxyhemoglobin concentration accompanying the functional activation relative to baseline.

OTHER CLINICAL APPLICATIONS OF CVR MAPPING

While CVR is considered a sensitive indicator for assessing the brain’s ability to dynamically adjust its energy supply, the clinical applications of CVR mapping (aside from presurgical mapping) are yet to reach their full potential, mainly due to technical constraints. In recent years, with the development of various advanced approaches, viable clinical applications of CVR mapping have emerged.

CVR mapping in cerebrovascular disease is emerging as a promising tool for clinicians involved in the evaluation of patients at risk for stroke. A few studies have been reported using hypercapnia induced BOLD MRI signal response to probe CVR in patients with arterial steno-occlusive diseases such as carotid artery stenosis[55,71,72]. For example, a patient with right middle cerebral artery occlusion and Moyamoya phenomenon secondary to aplastic anemia showed paradoxical CVR values in the right middle cerebral artery territory in the cortex[55].

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

نقشه برداری راکتیویته مغزی برای برنامه ریزی پیش از جراحی تومور مغزی

Cerebrovascular reactivity mapping for brain tumor presurgical planning

سنسورهای نانوذرات مغناطیسی

Magnetic Nanoparticle Sensors

چکیده

1- مقدمه

2- تغییر آرامش مغناطیسی (MRSws)

2-1- مکانیزم MRSwها

2-2- ذرات مغناطیسی

2-3- ابزار دقیق

2-4- کاربردهای MRSwهای نوع اول و نوع دوم

3- حسگرها براساس آرامش ذارت مغناطیسی

3-1- تئوری

3-2- آزمایشات

4- حسگرهای دارای مقاومت مغناطیسی

5- نتیجه‌گیری

منابع

چکیده

انواع بسیار زیادی از زیست حسگرها از نانوذرات مغناطیسی (دارای قطر 5 الی 300 نانومتر) یا ذرات مغناطیسی (دارای قطر 300 الی 5000 نانومتر) استفاده می‌کنند که در این حالت برای تشخیص مولکول‌های هدف و ویژه، سطح دستکاری می‌شود. این پژوهش در مورد سه نوع زیست حسگر که در اصول زیست حسگرهای مختلف، مواد مغناطیسی و ابزار دقیق از آنها استفاده می‌شود، توضیحاتی را ارئه می‌دهد. نوع اول شامل حسگرهای آزمایشی تغییر آرامش مغناطیسی می‌باشد که بر روی اثرات ذارت مغناطیسی بر روی نرخ آرامش پروتون آب اعمال می‌گردد. حسگرهای آرامش ذرات مغناطیسی نوع دوم این حسگرها می‌باشد که آرامش حرکت مغناطیسی درون ذرات مغناطیسی را تعیین می‌کند. نوع سوم، حسگرهای دارای خاصیت مقاومت مغناطیسی می‌باشد که به‌منظور تشخیص حضور ذرات مغناطیسی بر روی سطح دستگاه‌های الکترونیکی که به تغییرات میدان‌های مغناطیسی بر روی سطح حساس هستند، از آنها استفاده می‌گردد. پیشرفت‌های اخیر در طراحی نانوذرات مغناطیسی (و ذارت مغناطیسی) همزمان با پیشرفت در ابزار دقیق باعث شده است که زیست حسگرهای دارای مواد مغناطیسی پیشنهاد شوند و شاید در آینده به‌طور وسیع از آنها استفاده شود.

4- حسگرهای دارای مقاومت مغناطیسی

حسگرهای دارای مقاومت مغناطیسی با استفاده از ذرات مغناطیسی به سطح یک حسگر متصل می‌شوند و میدان‌های مغناطیسی ذرات باعث تغییر میدان‌های مغناطیسی حسگر می‌شوند که باعث تغییر جریان الکتریکی درون حسگر می‌شوند. برای اتصال ذرات مغناطیسی به سطح حسگر دو مکانیزم وجود دارد: (i) نشانه‌گذاری مستقیم و (ii) نشانه‌گذاری غیر‌مستقیم (اتصال از نوع ساندویچی). میله‌های مغناطیسی به عاملیت سطح در نشانه‌گذاری مستقیم با استفاده از رابط استرپتاویدین- بیوتین یا تشخیص توالی DNA مکمل متصل می‌شوند. نشانه‌گذاری غیرمستقیم از اصول ایمنی‌سنج ساندویچی در ELISA استفاده می‌کند. برای مثال، پادتن‌های متصل شده به پروتئین هدف بر روی سطح بدون تحرک هستند. بعد از رفتار سطح با محلول نمونه که شامل پروتئین‌های هدف می‌باشد، پادتن‌های دوم بیوتین شده به سطح اضافه می‌شوند. در نهایت، ذرات مغناطیسی پوشش داده به‌وسیله‌ی استرپتاویدین برای پادتن‌های بیوتین شده به‌کار برده می‌شود.

Abstract

Many types of biosensors employ magnetic nanoparticles (diameter = 5–300 nm) or magnetic particles (diameter = 300–5,000 nm) which have been surface functionalized to recognize specific molecular targets. Here we cover three types of biosensors that employ different biosensing principles, magnetic materials, and instrumentation. The first type consists of magnetic relaxation switch assay-sensors, which are based on the effects magnetic particles exert on water proton relaxation rates. The second type consists of magnetic particle relaxation sensors, which determine the relaxation of the magnetic moment within the magnetic particle. The third type is magnetoresistive sensors, which detect the presence of magnetic particles on the surface of electronic devices that are sensitive to changes in magnetic fields on their surface. Recent improvements in the design of magnetic nanoparticles (and magnetic particles), together with improvements in instrumentation, suggest that magnetic material-based biosensors may become widely used in the future.

4- Magnetoresistive Sensors Magnetoresistive sensors

are based on the binding of magnetic particles to a sensor surface and the magnetic fields of the particles alter the magnetic fields of the sensor which result in electrical current changes within the sensor. There are two mechanisms through which magnetic particles bind to the sensor surface: (i) direct labeling and (ii) indirect labeling (a sandwich type binding). Magnetic probes bind to the surface functionality on the surface in direct labeling by using streptavidin-biotin interaction or complementary DNA sequence recognition. Indirect labeling uses the principle of sandwich immunoassay in ELISA. For example, antibodies that bind to the target protein are immobilized on the surface. After treatment of the surface with a sample solution containing the target proteins, second antibodies that are biotinylated are added to the system. Finally Streptavidin coated magnetic particles are applied for tagging the biotinylated antibodies.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

سنسورهای نانوذرات مغناطیسی

Magnetic Nanoparticle Sensors

مروری بر روش های امپدانس الکتریکی برای تشخیص سرطان سینه

A review of electrical impedance techniques for breast cancer detection

چکیده

1. مقدمه

2. امپدانس الکتریکی در بافت سرطان پستان

2.2 اندازه گیری های امپدانس در محیط آزمایشگاهی بر روی بافت های پستان انسان

2.3 اندازه گیری های امپدانس در محیط طبیعی برای بافت های پستان انسان

3. تکنیک های تصویر برداری امپدانس غیر تهاجمی

3.1 EIT

3.2 تکنیک های EIM

1. مکان یابی آسیب های مثبت برای نمونه برداری های بافتی ممکن نمی باشد.

1.3 مقطع نگاری القای مغناطیسی

2. مباحث و جمع بندی

چکیده

شواهدی پیدا شده که نشان می دهد تومورهای بدخیم پستان، امپدانس الکتریکی کمتری نسبت به بافت های اطراف دارند. اگرچه تفکیک تومورهای بدخیم از تومور های خوش خیم بر اساس اندازه گیری های امپدانس نیازمند ارزیابی های بیشتر می باشد، امپدانس الکتریکی را میتوان به عنوان یک شاخص برای شناسایی سرطان پستان استفاده کرد. در این مقاله، ما یک مرور فنی سیستمی برای تکنیک های امپدانس الکتریکی برای شناسایی سرطان پستان استفاده می کنیم و تاکید ما بر روی تکنیک های تصویر برداری غیر تهاجمی امپدانسی می باشد.

امپدانس الکتریکی در بافت پستان در انسان در مرحله اول بررسی می شود و داده های مرتبط با نتایج اندازه گیری امپدانس در محیط آزمایشگاهی در بافت های سرطانی و نرمال، مورد بررسی قرار می گیرد و بعد از آن، یک توصیف کوتاه از اندازه گیری های امپدانس در محیط بدن ارائه می شود که با استفاده از تکنیک های تهاجمی، غیر تهاجمی و بدون تصویر برداری به دست آمده است. یک مرور دقیق در رابطه با تکنیک های تصویر برداری امپدانس به صورت غیر تهاجمی برای شناسایی سرطان پستان مانند مقطع نگاری های امپدانس الکتریکی (EIT) و نگاشت های امپدانس الکتریکی (EIM) نیز ارائه شده است.

پیشنهاد ما این است که برای شناسایی بهتر سرطان پستان، استفاده از یک تکنیک امپدانسی تهاجمی را می توان با ترکیب آن با دیگر شاخص های سرطان بهبود داد. EIT های سه بعدی را میتوان از طریق تلاش های جمعی، بهبود بخشید. EIM با استفاده از یک جفت آرایه های الکترودی، یکی از روش های مناسب برای شناسایی سرطان می باشد. مقطع نگاری های القای مغناطیسی و دیگر روش های تصویر برداری امپدانسی مبتنی بر القای مغناطیسی برای شناسایی سرطان پستان روش های امید بخشی هستند که نیازمند تحقیقات بیشتر می باشد.

1. مقدمه

سرطان پستان رایج ترین تومور بدخیم در میان زنان در دنیای غرب می باشد [1]. شناسایی سریع سرطان پستان نقش بسیار مهمی برای کاهش نرخ مرگ در این بیماری دارد. در حال حاضر ،ماموگرافی های اشعه X بهترین تکنیک پویش استاندارد برای شناسایی سرطان می باشد [2و 3]. اما، محدودیت هایی دارد که باعث کاهش توانایی این روش برای شناسایی سرطان در زنان می شود به خصوص اگر که بافت سینه زنان تراکم بالایی داشته باشد. به علاوه، به دلیل مشابهت های بافت شناسی بین تومورهای بد خیم و خوش خیم روش های ماموگرافی به عنوان یک روش تشخیص دقیق خیلی موثر نیستند. بیمارانی که یافته های ماموگرافی در رابطه با آن ها مثبت باشد باید دوباره فرآیند های نمونه برداری بافتی را پشت سر بگذارند تا تشخیص دقیقی در رابطه با آن ها ایجاد شود. نمونه برداری های بافتی به دست آمده از آسیب های پستان نشان داده است که اسکن های ماموگرافی برای حالت بدخیم در بیماران تا 80% ممکن است نتایج منفی را نشان دهد [4]. 

4. مباحث و جمع بندی

امپدانس الکتریکی برای مقابله با یک مشکل چالش برانگیز – تشخیص سرطان پستان برای بیش از 70 سال استفاده شده است. اندازه گیری شدید در شرایط محیط آزمایشگاهی و محدود در شرایط محیط طبیعی از تلاشها در توسعه بیشتر تکنیکهای تهاجمی یا غیر تهاجمی مبتنی بر امپدانس برای تشخیص سرطان پستان پشتیبانی می کند. تکنیک های امپدانس تهاجمی می توانند از مزایای کم هزینه و پاسخ سریع بهره مند شود. با این وجود ، دقت محلی سازی تومور و طراحی الکترودها قبل از استفاده از روش های تهاجمی در تنظیمات بالینی باید بهبود یابد. دقت تشخیص آنها همچنین ممکن است از استفاده ترکیبی با سایر شاخص های سرطان بهبود یابد ، همانطور که با پیشرفت “سوزن هوشمند” از BioLuminate ، Inc. ، San Jose ، CA نشان داده شده است، می توان صحت کاربردی الکترود ها را افزایش داد. با ترکیب اندازه گیری امپدانس با اندازه گیری فشار جزئی ، درجه حرارت ، پراکندگی نور و خاصیت جذب از جمله هموگلوبین دفع اکسیژن ، عروق و تراکم بافت ، تکنیک سوزن هوشمند پتانسیل دستیابی به دقت بالایی را دارد [60].

Abstract

Some evidence has been found that malignant breast tumors have lower electrical impedance than surrounding normal tissues. Although the separation of malignant tumors from benign lesions based on impedance measurements needs further investigation, electrical impedance could be used as an indicator for breast cancer detection. In this paper, we provide a systematic technical review of the existing electrical impedance techniques proposed for breast cancer detection, with an emphasis on noninvasive impedance imaging techniques.

The electrical impedance of human breast tissue is first introduced, with tabulation of previous in vitro impedance measurement results on cancerous and normal breast tissues, and a brief description on the limited in vivo impedance measurements completed with invasive, or noninvasive, non-imaging techniques. A detailed review on noninvasive impedance imaging techniques for breast cancer detection, such as electrical impedance tomography (EIT) and electrical impedance mapping (EIM), is then presented.

We suggest that for better breast cancer detection, an invasive impedance technique may be enhanced by combination with other cancer indicators. 3D EIT should be improved through collective efforts. EIM using a pair of electrode arrays is a viable method with great potential. Magnetic induction tomography and other magnetic induction based impedance imaging for breast cancer detection are promising and merit further exploration as well.

1. Introduction

Breast cancer is the most common malignant tumor among women in the western world [1]. Early detection of breast cancer plays the leading role in reducing the mortality rate. Currently, X-ray mammography is the standard screening technique for breast cancer detection [2,3]. However, it has some limitations including reduced ability to detect carcinoma in women with dense breast tissue. In addition, due to the morphologic similarity between benign and malignant lesions, mammography is less useful as a diagnostic technique. Patients with positive mammographic findings require a biopsy for definitive diagnosis. Biopsies of breast lesions discovered in mammography screenings are negative for malignancy in up to 80% of patients [4].

4. Discussion and conclusion

Electrical impedance has been used for tackling a challenging problem—the detection of breast cancer for over 70 years. Intensive in vitro and limited in vivo measurements support the efforts in further developing impedance-based invasive or noninvasive techniques for breast cancer detection. Invasive impedance techniques could have advantages of low cost and fast response. However, the accuracy of tumor localization and the design of electrodes need to be improved before invasive methods could be used in clinical settings. Their detection accuracy may also be improved from combinational use with other cancer indicators, as evidenced by the development of ‘smart needle’ from BioLuminate, Inc., San Jose, CA. By combining impedance measurement with measurements of oxygen partial pressure, temperature, light scattering and absorption properties including deoxygenated hemoglobin, vascularization, and tissue density, the smart needle technique has the potential to achieve high detection accuracy [60].

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مروری بر روش های امپدانس الکتریکی برای تشخیص سرطان سینه

A review of electrical impedance techniques for breast cancer detection