میکروسکوپ نیروی اتمی با سرعت بالا در زیست شناسی

این اولین کتاب در مورد میکروسکوپ نیروی اتمی با سرعت بالا (HS-AFM) برای دانشجویان و زیست شناسانی در نظر گرفته شده است که می خواهند از HS-AFM در تحقیقات خود استفاده کنند. توضیحات سرراستی از اصل و تکنیک های AFM و HS-AFM ارائه می دهد. نمونه های متعددی از مطالعات HS-AFM روی پروتئین ها نشان می دهد که چگونه می توان این شکل جدید میکروسکوپ را برای مشکلات بیولوژیکی خاص به کار برد. چندین اقدام احتیاطی برای تصویربرداری موفق و آماده‌سازی نوک‌های کنسول و سطوح زیرلایه برای کاربرانی که برای اولین بار از HS-AFM استفاده می‌کنند بسیار سودمند خواهد بود. به نوبه خود، می توان از تکنیک های ابزار دقیقی که در فصل 4 توضیح داده شد صرف نظر کرد، اما برای مهندسان و دانشمندانی که می خواهند نسل بعدی میکروسکوپ های کاوشگر روبشی پرسرعت را برای زیست شناسی توسعه دهند مفید خواهد بود.

این کتاب به منظور تسهیل استفاده برای اولین بار از این روش جدید و الهام بخشیدن به دانشجویان و محققان برای مقابله با مشکلات زیستی خاص خود با مشاهده مستقیم رویدادهای پویا که در دنیای نانوسکوپی رخ می دهد، در نظر گرفته شده است. میکروسکوپ در زیست شناسی اخیراً با ظهور میکروسکوپ نیروی اتمی پرسرعت (HS-AFM) وارد عصر جدیدی شده است. برخلاف میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی و AFM آهسته معمولی، این امکان را به ما می دهد که مستقیماً مولکول های بیولوژیکی را در محیط های فیزیولوژیکی مشاهده کنیم. «فیلم‌های» مولکولی که با استفاده از HS-AFM ایجاد می‌شوند، می‌توانند مستقیماً نحوه رفتار و عملکرد مولکول‌ها را بدون نیاز به تحلیل‌های پیچیده بعدی و تفسیرهای دور نشان دهند. همچنین به ما اجازه می دهد تا به طور مستقیم تغییرات مورفولوژیکی در سلول های زنده و رویدادهای مولکولی پویا را که روی سطوح باکتری های زنده و اندامک های درون سلولی رخ می دهند، نظارت کنیم. از آنجایی که ابزارهای HS-AFM اخیراً تجاری شده اند، در آینده نزدیک انتظار می رود HS-AFM به یک ابزار رایج در زیست شناسی تبدیل شود و درک ما از پدیده های بیولوژیکی را تقویت و تسریع کند.

نانوتکنولوژی زیست پزشکی

علم نانوتکنولوژی شامل توسعه مواد جدید با ابعادی بین ده ها تا چند صد نانومتر است.

 

مفاهیم اساسی در MRI: فیزیک، ابزار دقیق، طیف سنجی و تصویربرداری

Essential Concepts در MRI اولین نگاه جامع به تصویربرداری رزونانس مغناطیسی را با تمرکز عملی بر کاربردهای طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای ارائه می‌کند. این کتاب شامل اجزای ضروری MRI و NMR است و برای هر کسی که تازه وارد رشته MRI شده است نوشته شده است که به دنبال درک کامل از هر چهار جزء ضروری MRI است: نظریه فیزیک، ابزار دقیق، طیف‌سنجی و تصویربرداری.

بسیار بصری و شامل چندین شکل تمام رنگی که توضیحات گرافیکی مهمی از مفاهیم کلیدی مورد بحث در کتاب ارائه می‌دهد، مفاهیم اساسی در MRI شامل بحث‌هایی در مورد MRI کمی و خلاقانه، و همچنین نقشه‌برداری فضایی در MRI و اثرات گرادیان میدان و k- است. تصویربرداری فضایی این کتاب همچنین شامل موارد زیر است:

مقدمه ای کامل بر مفاهیم اساسی در تشدید مغناطیسی هسته ای، از جمله توصیف های کلاسیک NMR و توصیف های مکانیکی کوانتومی NMR

کاوش های جامع مفاهیم اساسی در ابزار دقیق NMR، از جمله آهنرباها، سیم پیچ های فرکانس رادیویی، فرستنده ها و گیرنده ها

بحث های عملی مفاهیم اساسی در طیف سنجی NMR، از جمله طیف سنجی ساده 1 بعدی، رزونانس دوگانه و برهمکنش های دو قطبی در سیستم های دو اسپین

بررسی عمیق مفاهیم ضروری در MRI، از جمله طراحی توالی پالس MRI و عناصر ابزار دقیق MRI، با تمرکز ویژه بر کمی MRI

Essential Concepts in MRI مرجعی است که باید برای دانشجویان مقاطع بالاتر در مقاطع کارشناسی و کارشناسی ارشد در رشته های علوم فیزیکی و پزشکی به ویژه دروس رادیولوژی، MRI و تصویربرداری مطالعه شود. همچنین برای دانشجویان و محققان علوم زیست پزشکی و مهندسی ضروری است.

ترکیب میکروسکوپ نیروی اتمی و موچین نوری

ترکیب میکروسکوپ نیروی اتمی و موچین نوری ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

AFM در چند دهه گذشته به عنوان ابزاری حیاتی برای اندازه‌گیری توپوگرافی و ویژگی‌های یک نمونه ظاهر شده است و توانایی خود را در طول سال‌ها به شدت گسترش داده است. موچین های نوری نیز سال هاست که وجود داشته اند و می توان از آنها برای دستکاری و اندازه گیری خواص مواد در سطح تک اتمی استفاده کرد. اکنون مشخص شده است که AFM را می توان با موچین های نوری ترکیب کرد تا اندازه گیری نیرو موثرتری در مطالعات بیولوژیکی انجام دهد. در این مقاله به بررسی این ترکیب می پردازیم.

AFM چیست؟

AFM که مخفف میکروسکوپ نیروی اتمی است، ابزاری است که از یک نوک تیز در انتهای یک کنسول برای ترسیم توپوگرافی یک سطح استفاده می‌کند. به طور اساسی، حالت های تصویربرداری مختلفی وجود دارد که برخی از آنها سطح را لمس می کنند و برخی روی نمونه شناور می شوند، و حرکت کنسول موقعیت نسبی اتم های یک سطح را امکان می دهد تا نقشه برداری شود. در حالی که AFM بیشتر برای نقشه برداری از توپوگرافی یک سطح شناخته شده است، بسیاری از حالت های مختلف در طول سال ها ظاهر شده اند که می توانند خواص الکتریکی، نوری و مکانیکی (در میان سایر ویژگی های فرعی) یک نمونه را اندازه گیری کنند. این یک تکنیک تصویربرداری قدرتمند است که می تواند با مواد مختلف مورد استفاده قرار گیرد، و تطبیق پذیری آن یکی از دلایل متعددی است که باعث شده است به ابزاری تبدیل شود که در طول سال ها بیشتر و بیشتر توسط دانشمندان مورد استفاده قرار گرفته است.

موچین های نوری چیست؟

موچین های نوری از نور برای دستکاری اجسام تا سطح تک اتمی استفاده می کنند. موچین های نوری با به دام انداختن اتم ها، ذرات یا موجودات میکروسکوپی کار می کنند و می توان از آنها برای استنباط خواص مکانیکی جسم گرفته شده استفاده کرد. موچین های نوری از نور لیزر برای به دام انداختن این اجسام استفاده می کنند و شکست و پراکندگی نور می تواند چیزهای زیادی در مورد نیرو و خواص مکانیکی جسم به دانشمندان بگوید. هنگامی که جسم به دام افتاد، از مرکز پرتو نور جابه جا می شود و این امکان کسر خواص نیروی جسم را فراهم می کند. در برخی موارد، موچین های نوری می توانند به طور مداوم اجسام میکروسکوپی را پس از جابجایی از مرکز، با کشیدن آنها به داخل به دام بیندازند و از این فرآیند می توان برای دستکاری و حرکت جسم استفاده کرد. در حالی که آنها در بسیاری از زمینه ها استفاده می شوند، در مطالعات بیولوژیکی کاربرد زیادی پیدا کرده اند.

هر دو موچین AFM و نوری را می توان با هم ترکیب کرد و این به عنوان OT/AFM شناخته می شود. این تکنیکی است که اندازه‌گیری نیروی سطحی و قابلیت‌های تصویربرداری میکروسکوپ نیروی اتمی را با توانایی اعمال و اندازه‌گیری کوچک‌ترین درجه نیرو در سه بعدی از طریق انبرک نوری ترکیب می‌کند. OT/AFM تکنیکی است که مانند موچین های نوری پتانسیل زیادی برای مطالعات بیولوژیکی دارد. بسیاری از حالت های AFM برای مطالعات بیولوژیکی مناسب نیستند، به غیر از حالت غیر تماسی، زیرا نوک به نمونه آسیب می رساند. از آنجایی که حالت تماس غیر فیزیکی نیرویی را بر روی نمونه اعمال نمی کند، به دست آوردن اندازه گیری نیرو را دشوارتر می کند، بنابراین OT/AFM به عنوان راهی برای رفع این نیاز ظاهر شده است.

در OT/AFM، موچین‌های نوری مولکول‌های بیولوژیکی را در یک یا دو انتها نگه می‌دارند در حالی که کنسول روی سطح زیست مولکول را اسکن می‌کند. هر دو اصل AFM و موچین نوری به طور همزمان استفاده می شوند و نور لیزر برای تله های نوری اغلب از طریق یک شی معکوس زیر نمونه مورد نظر تابیده می شود. این یک فرآیند هم افزایی تولید می کند که در آن ابزار AFM به عنوان یک سنسور نیرو و فضایی عمل می کند در حالی که موچین (های) نوری به عنوان دستکاری کننده عمل می کند.

این فرآیندی است که می تواند برای باز کردن زیپ فیبرها و DNA با به دام انداختن مولکول در یک انتها و اتصال مولکول دیگر به انتهای کنسول AFM که به مولکول فیبری می چسبد استفاده شود. این فرآیندی است که خواص مکانیکی الیاف و DNA را امکان پذیر می کند. زیپ مولکول را می توان با چرخاندن مولکول باز کرد یا الیاف زدایی کرد، و چون در یک انتها ثابت می ماند، سر دیگر آن باز می شود/باز می شود. تا آنجا که کاربردهای دیگر در مورد DNA وجود دارد، DNA با پروتئین‌های متصل می‌تواند در هر دو انتها بسته شود و با کانتیور اسکن شود تا ببیند پروتئین‌ها در کجای رشته DNA قرار دارند، و همچنین می‌توان دینامیک DNA-آنزیم را با به دام انداختن یک رشته از آن زیر نظر گرفت. مارپیچ DNA

OT/AFM همچنین می‌تواند روی سلول‌ها و برای تحریک پاسخ‌ها در سلول‌ها استفاده شود. OT/AFM می‌تواند برای اندازه‌گیری خواص مکانیکی سلول‌ها با اعمال نیرو و تصویربرداری از بازآرایی داخلی سلول، و همچنین برای اندازه‌گیری پاسخ سلولی، برهمکنش سلول-سلول، برهمکنش سلول-ماتریکس، پاسخ ایمنی، پاسخ عفونت استفاده شود. و جذب محیط های خارجی (مانند نانوذرات یا باکتری ها) به داخل سلول ها. موچین های نوری همچنین می توانند برای تحریک پاسخ های خاص با به دام انداختن سلول های خاص و مشاهده نحوه چسبیدن این سلول ها به مولکول های دیگر با اندازه گیری نیروی یک کنسول اصلاح شده مولکولی در حین کشیده شدن به سمت سلول به دام افتاده استفاده شوند.

فیزیک بیولوژیکی

فیزیک با الهام از نظر بیولوژیکی یک حوزه فوق العاده گسترده است که رفتار سیستمها از ماشینهای تک مولکولی تا موجودات زنده ، اکوسیستمها و تکامل را پوشش می دهد. ما از ابزارهای فیزیک برای حل مشکلات بیولوژیکی و از زیست شناسی برای ایجاد ابزارهای جدید فیزیک استفاده می کنیم. کار ما در رابط بین رشته ها بر پزشکی و مراقبت های بهداشتی و همچنین علوم و صنایع بیولوژیکی و فیزیکی تأثیر می گذارد.

نانوذرات در کاربردهای پزشکی

اختصارات / کلمات اختصاری

AFM

میکروسکوپ نیروی اتمی

AML

سرطان خون حاد میلوئیدی

سی تی

توموگرافی کامپیوتری

تولید و خصوصیات یک جت پلاسمای فشار اتمسفر (APPJ) و کاربرد آن در اصلاح سطح پلی اتیلن ترفتالات

چکیده

جت پلاسما با فشار اتمسفر (APPJ) در سالهای اخیر کاربردهای زیادی مانند پردازش مواد ، اصلاح سطح ، پردازش مواد زیست پزشکی و رسوب فیلم نازک دارد. APPJ توسط منبع تغذیه ولتاژ بالا (0-20 کیلوولت) با فرکانس کاری 27 کیلوهرتز تولید شده است. در این مقاله تولید و خصوصیات APPJ در محیط آرگون و کاربرد آن در اصلاح سطح پلی اتیلن ترفتالات (PET) گزارش می شود. جت پلاسما با روشهای الکتریکی و نوری مشخص شده است. به منظور مشخص کردن جت پلاسما ، چگالی الکترون و دمای الکترون تعیین شده است. زبری سطح نمونه های PET درمان نشده و تحت درمان با پلاسما با اندازه گیری زاویه تماس ، تجزیه و تحلیل انرژی سطح ، طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) ، میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) مشخص شد.

فوتونیک و فیبر نوری: مبانی و کاربردها

اندازه گیری لیزر نوری

اندازه گیری برای اطمینان از اجزای نوری به طور مداوم مشخصات مورد نظر و عملکرد ایمن را دارد. این قابلیت اطمینان مخصوصاً برای سیستمهایی که از لیزرهای پرقدرت استفاده می کنند یا جایی که تغییر در توان باعث عملکرد ناکافی سیستم می شود مهم است. طیف گسترده ای از اندازه گیری برای اندازه گیری نوری لیزر از جمله طیف سنجی حلقه پایین حفره ، میکروسکوپ نیروی اتمی ، میکروسکوپ کنتراست تداخل دیفرانسیل ، تداخل سنجی ، سنسورهای موج فلش Shack Hartmann و اسپکتروفتومترها استفاده می شود.

تصویربرداری نانو

(1) تکنیک های میکروسکوپ نوری با تأکید ویژه بر روش هایی که فراتر از تصویربرداری محدود پراش کلاسیک است. 

(2) تکنیک های میکروسکوپ الکترونی برای تصویربرداری با وضوح بالا از مولکول ها ، سلول ها و بافت ها ، در دو و سه بعد.