Экспериментальные исследования оптоакустического воздействия на модель эритроцитов в присутствии углеродных наночастиц
https://doi.org/10.24931/2413-9432-2019-8-3-11-18
Аннотация
Разработана экспериментальная модель для изучения оптико-акустического сигнала от моделей клеток крови, представляющих собой полистирольные микросферы с наночастицами. Установлено, что наночастицы из-за их сильного поглощения света существенно влияют на коэффициент клеточного оптического поглощения, при этом теплофизические параметры, а именно коэффициент теплового расширения, сжимаемость и изобарическая удельная теплоемкость клеток остаются неизменными, так как наночастицы занимают незначительный внутриклеточный объем по сравнению с объемом самой клетки. Оптоакустические сигналы были получены с использованием модельных растворов при различных концентрациях клеток и наночастиц для воздействия лазером с длиной волны 1064 нм. Экспериментальные данные, полученные с помощью лазерной установки LIMO100–532/1064-U на основе Nd:YAG, показали, что амплитуда оптоакустического сигнала возрастала без увеличения температуры в зоне воздействия лазера.
Ключевые слова
Об авторах
Д. А. Кравчук
Южный федеральный университет, Таганрог
Россия
Россия
Д. В. Орда-Жигулина
ООО «Параметрика», Таганрог; Южный научный центр РАН, Ростов-на-Дону
Россия
Россия
Список литературы
1. Yuan Z., Zhang Q., Jiang H. 3D diffuse optical tomography imaging of osteoarthritis: Initial results in finger joints // J Biomed Opt. – 2007. – Vol. 12. – 034001.
2. Duck F.A. Physical properties of tissue: a comprehensive reference book. – Academic Press, London, UK, 1990.
3. Xu M., Wang L.V. Photoacoustic imaging in biomedicine // Rev Sci Instrum. – 2006. – vol. 77. – P. 041101–041122.
4. Brecht H., Su R., Fronheiser M., et al. Wholebody three-dimensional optoacoustic tomography system for small animals // J Biomed Opt. – 2009. – Vol. 14(6). – 064007.
5. Sun Y., Sobe E.S., Jiang H. First assessment of three-dimensional quantitative photoacoustic tomography for in vivo detection of osteoarthritis in the finger joints // Med Phys. – 2011. – Vol. 38(7). – P. 4009.
6. Wang X., Pang Y., Ku G., et al. Noninvasive laser-induced photo-acoustic tomography for structural and functional in vivo imaging of the brain // Nat Biotechnol. – 2003. – Vol. 21. – P. 803–806.
7. Laufer J., Zhang E., Raivich G., Beard P. Three-dimensional noninvasive imaging of the vasculature in the mouse brain using a high resolution photoacoustic scanner // Appl Opt. – 2009. – Vol. 48. – P. 299–306.
8. Lu N., Sui Y., Ding Y., et al. Fibrinogen binding-dependent cytotoxicity and degradation of single-walled carbon nanotubes // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. – 2018. – Vol. 29(8). – P. 1–8.
9. Johnston H.J., Hutchison G.R., Christensen F.M., et al. A critical review of the biological mechanisms underlying the in vivo and in vitro toxicity of carbon nanotubes: The contribution of physicochemical characteristics // Nanotoxicology. – 2010. – Vol. 4(2). – P. 207–46. doi: 10.3109/17435390903569639
10. Ahmadi H., Ramezani M., Yazdian-Robati R., et al. Acute toxicity of functionalized single wall carbon nanotubes: A biochemical, histopathologic and proteomics approach // Chemico-Biological Interactions. – 2017. – Vol. 275. – P. 196–209.
11. Carvalho L.E., Piqueira J., Maria D. Advances in Carbon Nanotubes for Malignant Melanoma: A Chance for Treatment // Molecular Diagnosis & Therapy. – 2018. – Vol. 22(6), – P. 703–715.
12. Starchenko I.B., Kravchuk D.A., Kirichenko I.A. An optoacoustic laser cytometer prototype // Biomedical Engineering. – 2018. – Vol. 51, No. 5. – P. 308–312.
13. Кравчук Д.А. Математическая модель обнаружения внутриэритроцитарных инфекций с помощью оптоакустического метода // Biomedical Photonics. – 2018. – Т. 7. – № 3. – С. 36–42.
14. Кравчук Д.А., Старченко И.Б. Теоретическая модель для диагностики эффекта кислородонасыщения эритроцитов с помощью оптоакустических сигналов // Прикладная физика. – 2018. – № 4. – С. 89–94.
15. Орда-Жигулина Д.В., Орда-Жигулина М.В., Старченко И.Б., Кравчук Д.А. Экспериментальная установка для исследования оптоакустической проточной цитометрии // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. – 2018. – Т. 6, № 3. – С. 19–29.
16. Menyaev Y.A., Carey K.A., Nedosekin D.A., et al. Preclinical photoacoustic models: application for ultrasensitive single cell malaria diagnosis in large vein and artery // Biomedical optics express. – 2016. – Vol. 7, No. 9, pp. 3643–3658.
17. Menyaev Y.A., Nedosekin D.A., Sarimollaoglu M., et al. Optical clearing in photoacoustic flow cytometry // Biomedical optics express. – 2013. – Vol. 4, No. 12. – p. 3040. DOI:10.1364/BOE.4.003030
18. Белова Т.В., Завалишина С.Ю., Медведев И.Н. Физиология крови и кровообращения. Учебное пособие. – Москва: Лань, 2015. – 176 с.
19. Абакумова Т.В., Генинг Т.П., Михайлова Н.Л. и др. Физиология крови. Учебное пособие. – Ульяновск: Ульяновский государственный университет, 2017. – 60 с.
20. Алипов Н.Н. Основы медицинской физиологии. – М.: Практика, 2008. – 496 с.
21. Липунова Е.А., Скоркина М.Ю. Физиология крови. – Белгород: БелГУ, 2007. – 324 с.
22. Камкин А.Г., Каменский А.А. Фундаментальная и клиническая физиология. – М.: Академия, 2004. – 405 с.
23. Атьков О.Ю., Балахонова Т.В., Горохова С.Г. и др. Ультразвуковое исследование сердца и сосудов / под ред. Атькова О.Ю. – Москва: Эксмо, 2015. – 456 с.
24. Старченко И.Б., Малюков С.П., Орда-Жигулина Д.В., Саенко А.В. Измерительный комплекс для лазерной диагностики биообъектов с использованием наночастиц на базе LIMO 100 // Прикаспийский журнал управление и высокие технологии. – 2013. – Т. 22, № 2. – С. 166–173.
Рецензия
При поддержке: Работа выполнена при финансовой поддержке Южного федерального университета.
Для цитирования:
Кравчук Д.А., Орда-Жигулина Д.В. Экспериментальные исследования оптоакустического воздействия на модель эритроцитов в присутствии углеродных наночастиц. Biomedical Photonics. 2019;8(3):11-18. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2019-8-3-11-18
For citation:
Kravchuk D.A., Orda-Zhigulina D.V. Experimental studies of optoacoustic effect on the model of erythrocytes in the presence of carbon nanoparticles. Biomedical Photonics. 2019;8(3):11-18. https://doi.org/10.24931/2413-9432-2019-8-3-11-18
Просмотров: 1211
Послать статью по эл. почте 