Магниторезонансный датчик абс способы диагностики: Магниторезонансный датчик абс способы диагностики

Содержание

Диагностика и ремонт датчика ABS

Проверка датчика ABS на автомобиле: как проверить неисправность проводки, самого датчика и индукционного кольца. На что обращать внимание, рекомендации.

Типы датчиков АБС

На современных автомобилях наиболее часто встречаются три вида датчиков АБС, это:

пассивный тип – его основой является индукционная катушка;
магниторезонансный – действует на основе изменения сопротивления материалов под воздействием магнитного поля;
активный – работает на принципах эффекта Холла.

Пассивные датчики начинают работать с началом движения и считывают информацию с зубчатого импульсного кольца. Проходящий мимо устройства металлический зубец провоцирует генерацию импульса тока в нем, который передается на ЭБУ. Датчики включаются в работу при скорости движения от 5 км/ч. Загрязнения не оказывают на их работу никакого влияния.

Активные датчики состоят из компонентов электроники и постоянного магнита расположенного на ступице. При прохождении магнита мимо устройства в нем образуется разность потенциалов, которая генерируется в сигнал управления микросхемой. После данные считываются электронным блоком управления. Такие датчики АБС встречаются крайне редко и ремонту не подлежат.

Пассивный тип датчиков АБС

Конструкционно простое и надежное устройство с большими сроками службы. Не требует дополнительно питания. Он состоит из индукционной катушки внутри которой размещен магнит с металлическим сердечником.

При движении авто металлические зубцы ротора проходят через магнитное поле сердечника, тем самым изменяя его и образуя переменные ток в обмотке. Чем выше скорость движения транспорта тем больше частота и амплитуда тока. Исходя из получаемых данных ЭБУ дает команды магнитным клапанам. К преимуществам датчиков такого типа можно отнести не высокую стоимость и простоту замены.

Недостатки пассивного датчика АБС:

сравнительно большой размер;
невысокая точность данных;
не включается в работу при скорости до 5 км/ч;

срабатывает при минимальных вращениях колеса.

Из-за постоянных сбоев в работе редко устанавливается на современные автомобили.

Магниторезонансный датчик АБС

В основе их работы лежит возможность изменять электрическое сопротивление ферромагнитного материала под воздействием постоянного магнитного поля. Участок датчика отвечающий за контроль изменений изготовлен из двух либо четырех слоев железоникелевых пластин с размещенными на них проводниками. Другая часть установлена в интегральную схему и считывает изменения сопротивления образуя контрольный сигнал.

Ротор при такой конструкции изготовлен из пластикового кольца с магнитными участками и жестко закреплено на ступице колеса. При движении машины магнитные участки ротора воздействуют на магнитное поле пластин чувствительного элемента, что регистрирует схема. Образуется и передается на блок управления импульсный сигнал.

Магниторезонансный датчик АБС определяет смену вращения колес с высокой точностью, что повышает безопасность движения транспорта.

На основе эффекта Холла

В основе его работы используется эффект Холла. На разных концах плоского проводника, размещенном в магнитном поле, образуется поперечная разность потенциалов.

В датчиках такой проводник – это квадратная металлическая пластина размещенная в микросхеме, включающая в себя интегральную схему Холла и контролирующая электронную схему. Датчик АБС размещается напротив импульсного ротора. Ротор может быть выполнен полностью из металла с зубцами или в виде пластикового кольца с магнитными участками, и жестко закреплен на ступице колеса.

В такой схеме постоянно образуются сигнальные всплески с определенной частотой. В спокойном состоянии частота минимальная. При движении металлические зубцы либо магнитные участки проходят через магнитное поле и вызывает изменение тока в датчике, что отслеживается и фиксируется схемой. Исходя из этих данных формируется и передается сигнал на ЭБУ.

Датчики включаются в работу сразу после начала движения, имеют высокую точность и обеспечивают надежное функционирование систем.

Принцип работы датчика ABS

Любое диагностическое мероприятие не будет результативным, если у водителя нет представления о принципах работы исследуемого узла или элемента системы. Поэтому, перед этапом, предусматривающим оперативное вмешательство в работу данного устройства, прежде всего, следует изучить принцип его работы.

Что же представляет из себя датчик АБС?

Начнём с того, что это нехитрое устройство можно обнаружить на каждой из 4 ступиц автомобиля. В его герметичном пластиковом корпусе располагается соленоид.

Другим важным элементом датчика служит так называемое импульсное кольцо. Внутренняя сторона кольца выполнена в виде зубчатой нарезки. Оно монтируется с тыльной стороны тормозного диска и вращается вместе с колесом автомобиля. На конце сердечника соленоида располагается датчик.

Принципиальные особенности работы указанной системы основаны на считывании электрического сигнала, поступающего от дросселя непосредственно к считывающему устройству управляющего блока. Итак, как только колесу передаётся определённый крутящий момент, внутри электромагнита начинает возникать магнитное поле, значение которого возрастает пропорционально увеличению скорости вращения импульсного кольца.

Как только вращение колеса достигнет минимального кол-ва оборотов, импульсный сигнал от представленного датчика начинает поступать в процессорное устройство. Импульсный характер сигнала возникает благодаря зубчатому венцу импульсного кольца.

Статья по теме: Как проверить давление в кондиционере автомобиля самостоятельно

От частоты сигнала, регистрируемого в приёмном устройстве зависит последующая работа гидроблока системы АБС. Исполнительными элементами гидравлического распределителя тормозных усилий являются соленоиды, гидравлический насос и клапанные механизмы.

В зависимости от интенсивности поступающего в гидроблок сигнала, в работу вступают клапанные механизмы, управляемые соленоидами. В том случае, когда возникает блокировка колеса, гидроблок, учитывая соответствующий сигнал снижает давление в данном тормозном контуре.

В данный момент в работу вступает гидравлический насос, который перекачивает тормозную жидкость обратно в бачок ГТЦ через открытый перепускной клапан. Как только водитель снижает усилие на педаль, перепускной клапан закрывается, а насос в свою очередь перестаёт работать.

В этот момент открывается основной клапан, и давление в данном тормозном контуре нормализуется.

Представленная модификация периферийного элемента АБС является наиболее распространённой и применяется на большинстве отечественных и зарубежных автомобилях.

В силу относительной простоты данной конструкции, элементы системы отличаются высокой стойкостью к механическому износу и хорошими эксплуатационными показателями.

Если деталь и выходить из строя, то стоит она не так дорого, чтобы проводить манипуляции описанные ниже. Проще купить и заменить датчик на новый.

Как распознать, что датчик АБС уже не выполняет свои функции?

На старых автомобилях неисправность датчика АБС может привести к самым неприятным последствиям. В случае обрыва провода напряжение до компьютера может не доходить, как и при заблокированном колесе. Потому простенький компьютер воспринимает эту ситуацию так, что одно из колес заблокировано. В конечном счете, АБС начинает разблокировать одно колесо во время торможения, что может вообще вывести из строя систему торможения, а при экстренной остановке спровоцировать полную потерю управления вплоть до переворота автомобиля. Признаки того, что датчик АБС неисправен, следующие:

после неадекватного срабатывания системы на приборной панели возникает надпись «ABS», модуль перестает работать;

на современных авто после запуска двигателя лампочка ABS не гаснет, а система прекращает свою работу;
во время слабого торможения педаль вибрирует, включается система распределения тормозных усилий;
постоянно работают вспомогательные тормозные системы, усилители и балансировочные устройства;
бортовой компьютер выдает ряд неполадок, которые связаны с работой антиблокировочной системы;
при подключении к диагностическому компьютеру читается код ошибки работы датчика системы против блокировки колес.

Самостоятельно вы можете определить неисправность датчика в случае постоянной индикации лампочки ABS на приборной панели. Это и есть основной показатель того, что какой-то датчик перестал функционировать и система просто не работает. В данном случае первой задачей автомобилиста будет проверить целостность проводов к датчикам. Это проводки часто обрываются по причине отброса камней в район ступицы или других предметов, срезающих провод. Потому такая неполадка не является редкостью, ее знают практически все владельцы автомобилей с данным модулем.

Причины неисправностей

В большинстве случаев причиной некорректной работы АБС является поломка одного или нескольких колесных датчиков. На автомобилях с пробегом могут разрушаться жгуты проводки. Из-за это сигнал от датчика становится нестабильным и фиксируется, как ошибка. Кроме этого, причиной является падение напряжения на клеммах батареи — при снижении до 10,5 В возможно отключение антиблокировочной системы.

Сопротивление датчика АБС

Норма – около 1 кОм.

В исправном устройстве при соблюдении технологии измерения омметр показываетзначение 1 кОм(или близкое к нему).

Оно характеризует состояние сенсора в покое. Когда колеса начинают вращение, показания меняются. Если этого не происходит, нужно разбираться с источником проблемы.

Рабочие параметры могут отличаться — это зависит от модификации деталей. Поэтому мы рекомендуем обязательно свериться с рабочим диапазоном, указанным производителем.

Сверяя с ним данные мультиметром измерения можно определить рабочее состояние рассматриваемых запчастей.

Неисправности ABS: особенности самостоятельной диагностики

Неисправности ABS — довольно распространенное явление, но при появлении проблем совсем не обязательно ехать на СТО.

Существующую проблему можно решить самостоятельно — путем диагностики.

Как необходимо осуществлять проверку, чем могут быть вызваны проблемы с ABS, что представляет собой конструкция сенсорного датчика? На эти и ряд других вопросов дает ответы статья.

Сегодня во многих автомобилях установлена популярная и очень эффективная антиблокировочная система. К сожалению, она, как и любая другая система, может приходить в неисправность.

Рассмотрим наиболее часто встречающие поломки ABS, а также основные способы их устранения путем самостоятельной диагностики.

Шаг за шагом все неисправности ABS будут вычислены — можете не сомневаться.

Признаки и причины неисправностей датчика ABS

Один и первых признаков указывающий на неисправность системы АБС – это свечение индикатора на приборной панели дольше 6 секунд после включения зажигания. Либо он загорается после начала движения.

Причин дефекта может быть множество, отметим наиболее часто встречаемые:

Обрывы проводов на датчике либо неисправность блока контроллера. В таких случаях на приборной панели появляется ошибка, выключается система, сигнал об изменении угловой скорости не подается.
Датчик колеса пришел в негодность. После включения система начинает самодиагностику и находит ошибку, однако продолжает работать. Возможно на контактах датчика появилось окисление, что привело к плохому сигналу, либо датчик АБС закоротило или он «упал» на массу.
Механические повреждения одного или нескольких элементов – подшипник ступицы, люфт ротора на датчике и т.п. В таких случаях система не включается.

Самым уязвимым звеном всей системы является колесный датчик, расположенный возле вращающейся ступицы и полуоси. Появление грязи или образование люфта подшипника ступицы может привести к полной блокировке системы АБС. О неисправности датчика просигнализируют следующие признаки:

на бортовом компьютере появляется код ошибки системы ABS;
отсутствие характерной вибрации и звука при нажимании на педаль тормоза;
при экстренном торможении блокируются колеса;
появляется сигнал стояночного тормоза при его отключенном положении.

При обнаружении одного или нескольких признаков первым делом состоит провести диагностику колесного датчика.

Диагностика системы ABS

Диагностика системы АБС выполняется подключением сканера. На автомобилях, выпущенных после 2000 года, используется сканер с протоколом OBD.

Самостоятельная диагностика АБС снята для канала «БортЖурнал Рено Меган».

Если замена датчика АБС не дала результатов

Рассмотрев доступные способы, как проверить АБС, может показаться, что достаточно определить проблемный датчик и заменить его. Также решением может показаться замена проводки.

Однако на деле не все так просто. Часто автолюбители сталкиваются с тем, что даже после замены датчика ABS система все равно не работает. Кстати, такое происходит и в тех случаях, когда АБС работала нормально, но после замены ступицы или ступичных подшипников загорается лампочка ABS.

При этом компьютерная диагностика показывает, что от датчика АБС нет сигнала. Далее выполняется замена датчика, но система ABS все равно не работает. Даже если удалить ошибку при помощи сканера, через несколько метров или через 1-2 торможения ошибка загорается снова.

Так вот, причина в данном случае вовсе не в датчике. Часто виновником становится способ формирования сигнала от датчика вращения колес. Если точнее, в случае, когда индуцирующим элементом выступает гребенчатое кольцо на ступице (кольцо АБС). Сама торцевая часть датчика расположена возле гребенки, которая изготовлена из магнитомягкого материала.

Зазор между ними минимальный, всего от 0.2 до 0.8 миллиметра. Если в эту область налипает грязь или камни, это приводит к нарушению зазора, смещению датчика, разрушению наконечника. Естественно, сигнал станет слабым. Также сама гребенка может засоряться, что становится причиной сбоев.

Учитывая такую особенность, перед установкой нового датчика нужно сначала проверить зазор, почистить гребенку растворителем. По окончании следует щупом проконтролировать величину зазора. Не допускается увеличение зазора больше 1 мм. Также важно осмотреть элементы на предмет возможных повреждений.

Если нет точной уверенности, можно сравнить детали с такими же устройствами на другом колесе. В том случае, если выявлен повреждения гребенки колеса, элемент нуждается в замене.

Еще добавим, что индуцирующий элемент на некоторых авто может быть реализован в виде резинового кольца или магнитной ленты. Внутри кольца стоят магнитные пластинки. Бывает так, что во время поточных ремонтов данное кольцо просто не устанавливают. Естественно, система ABS без них работать не будет.

Что касается ленты, ее легко повредить. Это значит, что работать нужно осторожно, так как в случае повреждения ленты датчик АБС не будет нормально работать. Еще важно следить за тем, чтобы во время замены ступичного подшипника был установлен элемент с индуцирующим кольцом в том случае, когда именно такая конструкция предусмотрена на авто.

Какое сопротивление у датчика АБС — проверка без приборов

Новейшие приборы оснащены самодиагностикой.

В современных машинах “антиблоки” включают самодиагностику. Сбои выводятся на экран “бортовика”. Буквенные и цифровые коды расшифровать можно по эксплуатационному буклету или с помощью поиска онлайн.

Если рассмотреть способ тестирования без осциллографа и мультиметра: он возможен в случае с магнитным клапаном на датчике индукции.

К запчасти с магнитным “сердцем” нужно приложить металл, например, гаечный ключ. Исправная деталь “примагнитит” этот предмет.

Способы проверки датчика АБС

Датчики АБС играют важную роль в работе тормозной системы автомобиля — от них зависит эффективность торможения и бесперебойная эксплуатация узла в целом. Сенсорные элементы посылают на блок управления данные о степени вращения колёс, а тот анализирует поступающую информацию, выстраивая нужный алгоритм действий. Но что делать, если появились сомнения в исправности устройств?

Датчики и масса автомобиля

Особое внимание стоит уделить датчикам. Проверьте, нет ли на сенсорных датчиках каких-либо механических повреждений.

Чтобы понять, дают ли датчики точную информацию, необходимо проверить ступичный подшипник на факт отсутствия люфта, а также работоспособность тормозов, целостность колодок, герметичность ГТЦ и так далее.

Все необходимые тесты должны проводиться на специальных стендах. Только так можно рассчитывать на максимально точные результаты осмотра и измерений.

Обязательно стоит убедиться, что масса автомобиля имеет нормальный контакт.

Как провести диагностику системы ABS

Для получения полной и достоверной информации о состоянии всей системы, диагностику следует проводить специальным оборудованием. Для этого заводом изготовителем предусмотрен особый разъем. После подключения включается зажигание с чего начинается проверка. Адаптер выдает коды ошибок, каждый из которых сигнализирует о поломке конкретного узла или элемента системы.

Хорошая модель такого устройства – это Scan Tool Pro Black Edition от корейских производителей. 32-х битный чип дает возможность проводить диагностику не только двигателя, но и всех узлов и агрегатов автомобиля. Стоимость такого прибора относительно невысока.

Также диагностику можно провести в сервисных центрах и СТО. Однако и в гаражных условиях, при наличии определенных знаний, выявить дефекты не составит труда. Для этого Вам потребуется следующий набор инструментов: паяльник, тестер, термоусадка и ремонтные разъемы.

Проверка выполняется в следующей последовательности:

поддомкрачивается проверяемое колесо;
демонтируется блок управления и выводы контроллера;
подключаются ремонтные разъемы к датчикам;
проводится замер сопротивления мультиметром.

Полностью исправный датчик АБС в состоянии покоя имеет сопротивление 1 кОм. При вращении колеса показания должны изменяться, если этого не происходит – датчик неисправен. Следует помнить, что разные датчики имеют разные значения, поэтому перед началом работ нужно их изучить.

Проверка датчика ABS мультиметром

Помимо самого прибора нужной найти описание модели датчика. Далее работа выполняется в следующей последовательности:

Машина ставится на ровной однородной поверхности, после фиксируется ее положение.
Снимается колесо, где будет проверяться датчик АБС.
Отключается разъем и зачищаются контакты и датчика, и самого штекера.
Осматриваются провода и их соединения на наличие потертостей, а также других следов повреждений изоляции.
Переключатель мультиметра переводится в режим измерений сопротивления.
Щупы тестера прикладываются к выходным контактам датчика и снимаются показания. При нормальных условия табло прибора должны показать цифру указанную в техпаспотре датчика. Если такой информации нет, за норму принимаем показания 0.5 – 2 кОм.
Затем не убирая щупы прокручивается колесо авто. Если датчик исправен сопротивление будет меняться, и чем выше скорость вращения, тем больше изменяется сопротивление.
Мультиметр переводится в режим измерения напряжения и проводится замер.
При скорости вращения колеса в 1 оборот/сек. Показатель должен быть в пределах 0.25 – 0.5 В. Чем выше скорость вращения, тем больше напряжение.
В такой же последовательности проводится проверка всех датчиков.

Помимо этого прозванивается весь жгут проводов между собой, чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания.

Следует помнить, что по конструкции и значениям датчики с задних и передних осей отличаются.

Исходя из данных полученных при замерах, определяется работоспособность датчика:

показатель ниже нормального – датчик непригоден;
очень маленький показатель сопротивления либо около нуля – замыкание витков катушки;
при сгибании жгута проводки меняется показатель сопротивления – жилы проводов повреждены;
показатель сопротивления стремится к бесконечности – обрыв проводника, либо жилы в индукционной катушке.

Следует знать, если при проведении диагностики показания сопротивления одного из датчиков АБС сильно отличается от остальных, значит он неисправен.

Перед началом прозвона проводов в жгуте, следует узнать распиновку штекера управляющего модуля. Затем размыкается соединения датчиков и ЭБУ. И после этого можно начинать последовательно прозванивать провода в жгуте согласно распиновке.

Проверка датчика ABS осциллографом

Для определения работоспособности датчиков АБС можно также применять и осциллограф. Однако стоит заметить, что для этого потребуется иметь некоторый опыт в работе с ним. Если Вы из числа заядлых радиолюбителей, в таком случае это не покажется трудным, но у простого обывателя может возникнуть ряд трудностей. И главная из них – это стоимость устройства.

Такой прибор больше подходит для специалистов и мастеров сервисных центров и СТО. Однако если такое устройство у Вас имеется, то оно станет хорошим помощником и поможет определить неисправности не только в системе ABS.

С помощью осциллографа визуализируется электрический сигнал. Амплитуда и частота тока отображается на специальном экране, благодаря этому можно получить точную информацию о работе того или иного элемента.

Итак, проверка начинается тем же методом, как и с мультиметром. Только в пункте подключения мультиметра, подсоединяется осциллограф. А дальше последовательность такая:

подвешенное колесо вращается с частотой примерно 2 – 3 оборота в секунду;
фиксируются показания колебаний на табло прибора.

После определения целостности одного колеса, следует сразу приступать к проверке с противоположной стороны оси. После полученные данные сравниваются и на их основании делаются выводы:

при условии относительно одинаковых показаний – датчики исправны;
отсутствие скачкообразного явления при установке меньшего сигнала синусоиды указывает на нормальную работу датчика;
стабильная амплитуда с пиковыми значениями не превышающими 0.5 В при упомянутых выше оборотах, говорит целостности датчика.

Проверка без приборов

Работоспособность датчиков АБС можно также проверить и по наличию магнитного поля. Для этого берется любой железный предмет и прикладывается к корпусу датчика. При включенном зажигании его должно притянуть.

Помимо этого следует внимательно осмотреть сам датчик и место его установки, на предмет повреждений. На проводе не должно быть потертостей, сколов, нарушений изоляции и т. д. Разъем датчика должен быть без следов окисления.

Важно знать, что наличие грязи и окислений может исказить сигнал от датчика.

Как устранить обнаруженные неисправности

Как только диагностические меры увенчались успехом, и проблема найдена, возникает необходимость устранения неисправного элемента системы. Если дело касается датчика АБС или импульсного кольца, говорить о восстановлении их работоспособности не приходится.

В данном случае они как правило подлежат замене. Исключением может стать тот случай, когда рабочая поверхность датчика попросту загрязнилась в ходе длительной эксплуатации. Для этого будет достаточно очистить его от окислов и частиц грязи. В качестве чистящих средств желательно воспользоваться обычным мыльным раствором. Использование химических препаратов крайне нежелательно.

Читайте также: Как самому заделать трещину на пластиковом бампере

Если причиной сбоя явился блок управления, его реанимация в ряде случаев может вызвать серьезные затруднения. Тем не менее, его всегда можно вскрыть и при визуальном осмотре оценить масштабы катастрофы. Демонтаж крышки необходимо производить аккуратно, во избежание повреждения рабочих элементов.

Нередко случается так, что в результате вибрации контакты одного из выводов попросту утратили жесткость. Чтобы вновь припаять их к плате не нужно иметь семь пядей во лбу. Для этого достаточно обзавестись хорошим импульсным паяльником или же паяльной станцией.

При проведении пайки, важно помнить, что керамический изолятор блока очень чувствителен к перегреву. Поэтому в данном случае нужно позаботиться о том, чтобы на него не оказывалось повышенного термического воздействия.

Ремонт проводки

Повреждённый участок проводки можно заменить. Для этого:

Отсоединяют штекер провода от блока управления.
Рисуют или фотографируют схему расположения скоб крепления проводки с замерами расстояния.
Откручивают болт крепления и демонтируют датчик с проводкой, предварительно удалив с неё крепёжные скобы.
Отрезают повреждённый участок провода, учитывая запас длины для пайки.
Снимают с отрезанного кабеля защитные чехлы и скобы.
На заранее подобранный по внешнему диаметру и сечению провод одевают чехлы и крепления с помощью мыльного раствора.
Припаять к концам нового жгута датчик и соединительный штекер.
Изолируют места пайки. От качества изоляции зависит точность передаваемых датчиком сигналов и срок службы отремонтированного участка проводки.
Датчик устанавливают на место, проводку располагают и крепят согласно схеме.
Проверяют работу системы в разных скоростных режимах.

Место пайки необходимо качественно заизолировать для увеличения точности передаваемых сигналов

От эффективности работы антиблокировочной системы зависит безопасность участников дорожного движения. При желании диагностику и ремонт датчиков АБС можно провести самостоятельно, не обращаясь к услугам автосервиса.

Автор: Андрей
Распечатать

Оцените статью:

(24 голоса, среднее: 4.4 из 5)

Обсуждения закрыты для данной страницы

Видео «Проверка датчиков АБС»

Проверка датчиков АБС продемонстрирована в видео, предоставленном каналом «1000 самоделок и советов».

Способы проверки датчика АБС — Auto-Self.ru

Датчик ABS в антиблокировочной системе тормозов предназначен для фиксации разницы скорости вращения колес. Рассмотрим, как проверить датчик АБС. Правильная диагностика поможет найти причину, из-за которой на приборной панели загорелась индикация неисправности помощника в торможении.

Разновидности конструкции

Для расчета угловой скорости вращения колеса могут использоваться 2 типа устройства датчиков АБС:

на основе индуктивного элемента. Еще их называют пассивными, так чувствительный элемент не нуждается во внешнем питании, а сам принцип работы основывается на эффекте электромагнитной индукции. Несмотря на простоту конструкции и надежность, на современных автомобилях такие устройства встречаются все реже. Главный недостаток конструкции – на низкой скорости движения авто невозможно адекватно рассчитать скорость вращения колес;
датчики на основе эффекта Холла. Их еще называют активными, так как чувствительный элемент нуждается в питании – опорном напряжении. Вырабатываемый такими датчиками скорости сигнал позволяют ЭБУ точнее рассчитать скорость вращения колес.

Устройство, принцип работы индуктивных датчиков ABS

Благодаря принципу действия электромагнитной индукции, прохождение вблизи железного сердечника зубьев гребенки, установленной на корпусе ШРУСа, провоцирует скачки напряжения. Благодаря вращению колеса, на выводах датчика АБС фиксируется синусоидальное колебание напряжения; частота переменного напряжения прямо пропорциональная угловой скорости вращения колеса.

Блок управления антиблокировочной системой тормозов регистрирует и сравнивает аналоговые сигналы со всех чувствительных элементов, что позволяет рассчитать разницу угловых скоростей вращения колес.

Метод проверки мультиметром

Если вы знаете, как пользоваться мультиметром, то проверить датчик АБС пассивного действия можно с помощью даже самого дешевого универсального измерителя. Соответствие возможных неисправностей и методы их диагностики:

обрыв цепи обмотки катушки. Переведите мультиметр в режим прозвонки диодов. Если прибор покажет бесконечное сопротивление, значит, в цепи присутствует обрыв;
отпаивание контактов обмотки катушки. Характер поломки такой же, как и при обрыве;
короткое замыкание. Для проверки переведите мультиметр в режим измерения сопротивления – омметр, диапазон измерений – до 20 кОм. Предварительно измерьте сопротивление заранее исправного датчика либо узнайте нормативное значение из технической документации. Обычно сопротивление исправных элементов колеблется от 0,7 до 2,5 кОм. При этом важно учитывать, что сопротивление исправных датчиков на передней и задней осях может значительно отличаться.

Если датчик АБС снят с автомобиля, то сымитировать вращение задающего диска можно любым предметом из магнитного металла.

Из-за агрессивности среды установки, датчики АБС на мотоциклах могут иметь вместо постоянного магнита электромагнит, что обязательно нужно учитывать при проверке без демонтажа (должно быть включено зажигание).

Как облегчить поиски

Чтобы не осуществлять проверку тестером на каждом из колес по отдельности, снимите разъем блока управления АБС. На видео показано, что разобравшись в распиновке, вы сможете быстро найти, в какой из цепей короткое замыкание либо обрыв.

Применение эффекта Холла

Принцип работы датчика Холла базируется на эффекте возникновения поперечной разницы потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле. Изменение магнитного поля при прохождении зубчатого колеса вблизи чувствительного элемента провоцирует возникновение скачков напряжение прямоугольной формы. Частота импульсов позволяет блоку управления ABS рассчитать фактическую скорость вращения колес.

Метод диагностики

Поскольку принцип работы датчика АБС основывается на эффекте Холла, его самостоятельная проверка схожа с диагностикой датчика скорости, использующегося в работе спидометра, ДПКВ. Полноценную проверку корректности сигнала можно осуществить только осциллографом, но для простейшей диагностики подойдет и обычный мультиметр.

Для проверки необходимо перевести тестер в режим измерения постоянного напряжения. Подключите измерительные щупы к сигнальным контактам датчика, предварительно подав питание через дополнительное сопротивление (резистор номиналом от 480 Ом до 1.2 кОм) и подключив контакт «массы» к неокрашенной части кузова автомобиля. Если элемент полностью неисправен, вращающийся вместе со ШРУСом маркерный диск не спровоцирует смену высокого и низкого уровня напряжения.

Автономная проверка

Для работы чувствительному элементу необходимо опорное питание, поэтому без внешнего источника ЭДС, способного выдать 9-12 В, проверить датчик АБС мультиметром не получится. Также в цепь необходимо будет включить дополнительный резистор (в случае с тормозной системой Opel Vectra C, как показано на видео, достаточно будет элемента с номиналом 680 Ом). Распиновку разъема можно найти в руководстве по ремонту и эксплуатации вашего авто.

Поскольку чувствительный элемент будет снят с автомобиля, имитировать вращение маркерного диска можно перемещением магнита вблизи чувствительного элемента.

Общие рекомендации по диагностике системы ABS

При обрыве цепи самодиагностика системы АБС обязательно зафиксирует факт уменьшения сопротивления в цепи датчиков и зажжет лампочку неисправности ABS на приборной панели. Некоторые системы способны не только регистрировать факт ошибки, но и вычислять, на каком из колес произошла поломка. Поэтому при возможности первым делом имеет смысл провести компьютерную диагностику. На многих автомобилях при поломке более 1 датчика система зажигает не только лампочку неисправности ABS, но и индикацию включения стояночного тормоза, после чего АБС выключается.

Перед началом диагностики мультиметром убедитесь, что воздушный зазор между датчиком и задающим диском выставлен правильно, а сами полости маркерного диска не имеют плотных грязевых, коррозийных отложений.

Будьте крайне аккуратны при демонтаже датчика. Часто они прикипают, но удары либо иное применение грубой силы может привести к повреждению пластикового корпуса. При установке следите за тем, чтобы между задающим диском и чувствительным элементом был корректный воздушный зазор.

Поделитесь с друзьями в соц.сетях:

Facebook

Twitter

Google+

Vkontakte

Как проверить датчики АБС: ошибки ABS и диагностика

Антиблокировочная система тормозов ABS (АБС) является одной из наиболее распространенных систем активной безопасной на автомобиле. Данное решение позволяет избежать полной блокировки колес при активном торможении и сохранить контроль над управлением.

Фактически, водитель получает возможность экстренно тормозить и одновременно управлять транспортным средством. В свою очередь, это дает возможность объехать препятствие, изменять направление движения ТС, чтобы избежать серьезных ДТП и т.п.

Само собой, если на панели приборов горит ABS, необходимо срочно провести диагностику и устранить неисправности, ошибки АБС или сбои. Как показывает практика, среди частых поломок выделяют выход из строя датчиков системы. Далее мы рассмотрим, как проверить датчики ABC.

Содержание статьи

Не работает АБС: датчик ABS и его проверка

Итак, диагностика АБС необходима в том случае, если сама система явно работает со сбоями, на панели приборов горит значок ABS и т.д. Важно понимать, что датчик данной системы является важным элементом.

Более того, если на машине есть и другие системы активной безопасности (например, антибукс, система курсовой устойчивости и т.д.), в этом случае при неисправности датчиков АБС также происходят отказы и сбои в работе данных систем.

На начальном этапе проверок следует провести диагностику системы ABS. Это позволит определить, какой датчик АБС не передает сигнал на блок управления (выйти из строя может задний датчик АБС или передний, левый или правый).

Самым простым способом определения является компьютерная диагностика. Если машина не старая, тогда достаточно подключить OBD-сканер и быстро определить, какой датчик не дает показаний о вращении колеса.

Однако важно понимать, что данные не всегда точны и четко указывают на неисправности именно датчика. Часто бывает так, что датчик ABC полностью работоспособен, а сама проблема кроется в проводке или устройству, которое фиксирует вращение колеса.

Если диагностика выявила неисправность датчика АБС, следует точнее определить, в чем причина: сам датчик, имеет ли место обрыв, короткое замыкание или сигнала нет вообще. В любом случае, определив проблемный элемент, можно проверить датчик АБС тестером-мультиметром.

Для такой проверки мультиметр переводят в режим «диод», так как подавляющее большинство датчиков имеют защиту-диод, последовательно включенный в цепь. Получается, обычный прозвон датчика может не дать достоверного результата.

Датчик следует прозванивать в обоих направлениях. Как правило, сопротивление датчика АБС может быть от сотен Ом до 2 килоОм. При этом важно понимать, что прозвон датчика от разъема все равно не позволяет определить, как сигнал проходит на блок ABS.

Обратите внимание, часто поврежденным может быть провод, который соединяет разъем датчика и блок ABS. Часто такая неполадка характерна для задних датчиков ABS. Дело в том, что назад идут длинные кабели (доходит до 180 см). Естественно, на такой длине риски обрывов, перетирания, заломов и других повреждений заметно повышаются.

Чтобы выполнитm проверку датчика от блока управления ABS, нужно определить распиновку разъема. Дело в том, что разъемы ABS и контакты датчиков на разных авто отличаются. Чтобы получить точные данные, для этого изучают специальную техническую литературу по конкретной модели авто, задействуют ресурсы в Интернете и т.д.

Определившись с распиновкой, потребуется отсоединить разъем от блока, после чего выполняется прозвон датчика АБС напрямую от контактов разъема. На самом блоке ABS, который обычно стоит под капотом, разъем легко найти, а также определить и тип самого блока.

Идем далее. В случае, когда после проверки мультиметром датчик АБС можно прозвонить в одну или обе стороны, не всегда это точно говорит о полной исправности. Причина- датчик представляет собой катушку индуктивности, которая находится в магнитном сердечнике.

Такая катушка имеет огромное количество витков из тонкого провода. Если вовнутрь датчика попадет влага (с учетом его места расположения на колесе это весьма вероятно) или начнется коррозия, элемент может замкнуть. Точнее, замыкает его катушка (межвитковые замыкания).

Так вот, в подобной ситуации сопротивление обмотки практически не меняется, однако сигнал все равно ухудшается. В свою очередь, это приводит к низкому уровню сигнала и фактически означает выход датчика из строя. Другими словами, не все неисправности АБС удается быстро обнаружить при помощи мультиметра.

Если замена датчика АБС не дала результатов

Подведем итоги

С учетом приведенной выше информации становится понятно, что в рамках диагностики системы ABS следует учитывать целый ряд возможных нюансов. Прежде всего, важно понимать, что даже если сканер выдает неисправность датчика, замена выполняется в последнюю очередь.

На начальном этапе следует отдельно проверять проводку, а также зазоры между индуцирующим кольцом и наконечником, состояние указанных элементов системы и т.д. Также важно обращать внимание на то, в каком состоянии находятся и другие детали, установленные рядом с датчиками ABS.

Напоследок отметим, что срок службы датчиков и других составных элементов конструкции напрямую зависит от особенностей эксплуатации. При езде следует избегать движения по пересеченной местности, чтобы не повредить проводку на датчики ABS. Также нежелательно погружать колеса в грязь или в лужи, агрессивно ездить по песку и т.п.

Рекомендуем также прочитать статью о том, почему педаль тормоза стала мягкой или твердой. Из этой статьи вы узнаете, по какой причине меняется жесткость педали тормоза, а также что делать в подобной ситуации, как найти и устранить причину.

Также рекомендуется периодически очищать детали системы ABS (мягкой щеткой или очистителем), контролировать зазор между датчиком и гребенкой. Напоследок отметим, что во время ремонта ходовой части и подвески, нужно отдельно учитывать все тонкости и нюансы, рассмотренные выше. Только такой подход позволяет увеличить срок службы и добиться безотказной работы ABS на автомобиле.

Как проверить датчик АБС тестером или мультиметром, узнать работоспособность с помощью осцилографа, схема проверки + видео и прочие нюансы вопроса

Признаки неисправности устройства

О том, что датчик ABS неисправен, просигнализирует индикатор на панели приборов — он загорается при дезактивации системы, которая выключается даже при малейшей неполадке.

Свидетельства того, что АБС перестала «вмешиваться» в работу тормозов:

Непрерывно блокируются колёса при резком торможении.
Отсутствует характерный стук с одновременной вибрацией при нажатии на педаль тормоза.
Стрелка спидометра запаздывает относительно разгона либо не двигается с исходного положения вовсе.
При неисправности двух (и более) датчиков на приборной панели дополнительно загорается и не гаснет индикатор стояночного тормоза.

Индикатор АБС на приборной панели сигнализирует о неисправности системы

Что же делать, если контрольная лампа АБС на приборной панели автомобиля ведёт себя не вполне корректно? Не стоит сразу же менять датчик, сначала устройства следует проверить – эту процедуру можно выполнить самостоятельно, не прибегая к услугам высокооплачиваемых мастеров.

Способы проверки работоспособности

Чтобы определить состояние детали, выполним ряд действий по её диагностике, двигаясь от простого к сложному:

Проверим предохранители, вскрыв блок (внутри салона либо в подкапотном пространстве) и осмотрев соответствующие элементы (указаны в инструкции по ремонту/эксплуатации). При обнаружении сгоревшего компонента заменим его новым.
Осмотрим и проверим:
- целостность разъёмов;
- проводку на предмет потёртостей, увеличивающих риск возникновения короткого замыкания;
- загрязнение детали, возможные внешние механические повреждения;
- фиксацию и соединение с массой самого датчика.

Если перечисленные мероприятия не помогают выявить неисправность устройства, его придётся проверить с помощью приборов — тестера (мультиметра) или осциллографа.

Тестером (мультиметром)

Этот способ диагностики датчика потребует наличия тестера (мультиметра), инструкции по эксплуатации и ремонту авто, а также ПИН — проводки со специальными разъёмами.

Прибор объединяет в себе функции омметра, амперметра и вольтметра

Тестер (мультиметр) – прибор для измерения параметров электрического тока, объединяющий функции вольтметра, амперметра и омметра. Существуют аналоговые и цифровые модели устройств.

Для получения полной информации о работоспособности датчика АБС нужно замерить сопротивление в цепи устройства:

Поднимаем автомобиль домкратом или вывешиваем на подъёмнике.
Снимаем колесо, если оно препятствует доступу к устройству.
Снимаем крышку блока управления системой и отсоединяем разъёмы контроллеров.
Подключаем ПИН к мультиметру и контактному гнезду датчика (разъёмы датчиков задних колёс расположены внутри салона, под сиденьями).
Подключаем ПИН к тестеру и контактному гнезду датчика
Замеряем сопротивление (тестер в режиме омметр) на контактах устройства. Сверяем показания прибора с руководством по эксплуатации авто, где должны быть указаны требуемые параметры.
Проверяем электрическую цепь, прозвонив проводку датчика на предмет возможного короткого замыкания.
Прокручиваем колесо вручную и одновременно замеряем сопротивление — показания тестера должны меняться в зависимости от скорости вращения.
Переключаем тестер в режим «вольтметр» и замеряем напряжение на датчике — прокручиваем колесо с частотой 1 об/сек, контролируя показания прибора. Оптимальными считаются параметры напряжения от 0,25 до 1,2 V, но при этом следует учитывать, что повышение скорости вращения колеса обязательно их увеличивает.

Показания прибора должны соответствовать данным, указанным в пособии по ремонту и эксплуатации конкретного автомобиля. Если сопротивление устройства:

ниже минимального порога − датчик неисправен;
приближается к нулю − короткое замыкание;
нестабильное (скачущее) в момент подёргивания провода — нарушение контакта внутри проводки;
бесконечность либо показания отсутствуют — обрыв провода.

Внимание! Сопротивление датчиков АБС на передней и задней осях различается. Рабочие параметры устройств составляют 1–1,3 кОм в первом случае и 1,8–2,3 кОм во втором.

Видео «Диагностика датчика АBS»

Как проверить с помощью осциллографа (со схемой подключения)

Помимо самостоятельной диагностики датчика тестером (мультиметром), его можно проверить с помощью более сложного прибора — осциллографа.

Прибор исследует амплитуду и временные параметры сигнала датчика

Осциллограф — устройство, исследующее амплитудные и временные параметры сигнала, которое предназначено для точной диагностики импульсных процессов в электронных схемах. Данным прибором определяются неполадки в разъёмах, нарушение соединения с массой и обрыв проводников. Проверка выполняется посредством визуального наблюдения колебаний на дисплее устройства.

Для диагностики датчика АБС осциллографом необходимо:

Полностью зарядить аккумуляторную батарею, чтобы по ходу измерения наблюдать на разъёмах либо проводниках падения (скачки) напряжения.
Найти сенсорный датчик и отсоединить верхний разъём детали.
Подключить к контактному гнезду осциллоскоп.
Подключение прибора к разъёму датчика АБС (1 — зубчатый диск-ротор; 2 — датчик)
Вращать подвешенное колесо (подняв автомобиль на домкрате или подъёмнике) с постоянной частотой 2–3 оборота в секунду.
Засечь амплитуду колебаний сигнала на дисплее устройства.
Вращать второе колесо оси и аналогично засечь колебания.

Об исправности датчика АБС свидетельствует:

одинаковая амплитуда колебания сигнала при вращении колёс одной оси;
отсутствие биений амплитуды при диагностике меньшим по частоте сигналом синусоиды;
сохранение стабильной, ровной амплитуды колебания сигнала, не превышающей 0,5 B, при вращении колеса с частотой 2 об/сек.

Отметим, что осциллограф — прибор довольно сложный и дорогостоящий. Современные компьютерные технологии позволяют заменить это устройство специальной программой, скачанной из интернета и установленной на обычный ноутбук.

Видео «Ноутбук вместо осциллографа»

Проверка детали без приборов

Самым простым способом диагностики устройства без приборов является проверка магнитного клапана на индукционном датчике. К детали, внутри которой установлен магнит, прикладывают любое металлическое изделие (отвёртку, гаечный ключ). Если датчик не притягивает его − он неисправен.

Большинство систем антиблокировки тормозов современных автомобилей имеют функцию самодиагностики с выводом ошибок (в буквенно-цифровой кодировке) на экран бортового компьютера. Расшифровать эти символы можно с помощью интернета или инструкции по эксплуатации машины.

Что делать при обнаружении поломки

Что делать с датчиком АБС при обнаружении неисправности? Если проблемной точкой является само устройство, его придётся заменить, а вот в случае с электропроводкой – можно исправить дефект самостоятельно. Для восстановления её целостности используем метод «пайки», тщательно заматывая места соединений изоляционной лентой.

Если загорается индикатор ABS на приборной панели — это явный признак неисправности датчика. Описанные действия помогут выявить причину поломки, однако если не хватает знаний и опыта, лучше обратиться к мастерам автосервиса. В противном случае неграмотная диагностика состояния вкупе с неправильным ремонтом устройства снизят эффективность работы антиблокировочной системы и могут спровоцировать ДТП.

Здравствуйте! Меня зовут Алексей, мне 45 лет. Увлекаюсь изучением всех видов техники и самостоятельным обслуживанием личного автотранспорта, много читаю. Самым действенным спасением от стрессов считаю свои любимые хобби — фотографию, нумизматику и домашний ремонт. Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Диагностическая магнитно-резонансная томография атеросклероза на модели мышей с нокаутом аполипопротеина E с использованием наночастиц синтетических липопептидов, нацеленных на макрофаги, содержащих гадолиний

Abstract

Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти в западных культурах. Подавляющее большинство сердечно-сосудистых событий, включая инсульт и инфаркт миокарда, является результатом разрыва уязвимых атеросклеротических бляшек, которые характеризуются высоким содержанием активных макрофагов.Современные методы визуализации, включая магнитно-резонансную томографию (МРТ), нацелены на характеристику анатомических и структурных особенностей бляшек, а не их содержимого. Ранее мы сообщали, что нацеленная на макрофаги доставка контрастного агента на основе гадолиния (Gd) (GBCA-HDL) с использованием липопротеинов высокой плотности (HDL)-подобных частиц значительно улучшает обнаружение бляшек в нокауте аполипопротеина (апо) E (KO). модель на мышах с достигнутым коэффициентом нормализованного усиления атеросклеротической стенки / мышцы (NER) 120%.Эти частицы состоят из липидов и синтетических пептидных фрагментов основного белка ЛПВП, апо A-I, которые содержат природную модификацию, которая направляет частицы на макрофаги. Направленная доставка сводит к минимуму дозу Gd и, таким образом, снижает побочные эффекты Gd. Цели настоящего исследования заключались в том, чтобы проверить, может ли изменение формы и состава частиц GBCA-HDL дополнительно улучшить МРТ атеросклеротических бляшек и очистку контролирующих органов от этих агентов. Мы показываем, что оптимизированные частицы GBCA-HDL эффективно доставляются внутри клетки и поглощаются обоими макрофагами J774 in vitro и, что более важно, макрофагами in vivo внутри бляшек, о чем свидетельствует NER до 160% и выше.Это говорит о высокой диагностической способности наших частиц GBCA-HDL в обнаружении уязвимых атеросклеротических бляшек. Кроме того, в отличие от дискоидных, сферические GBCA-HDL демонстрируют печеночный клиренс, что может дополнительно уменьшать неблагоприятные почечные эффекты Gd. Наконец, активированные макрофаги являются надежными индикаторами любых воспаленных тканей и участвуют в других областях неудовлетворенной клинической необходимости, таких как ревматоидный артрит, сепсис и рак, что предполагает расширенное диагностическое и прогностическое использование этого метода.

Введение

Накопление бляшек на стенках артерий, более известное как атеросклероз, остается основной причиной смерти в Соединенных Штатах и других западных культурах [1]. Подавляющее большинство сердечно-сосудистых событий, включая инсульт и инфаркт миокарда, является результатом внезапного разрыва уязвимых бляшек в коронарных артериях без каких-либо предшествующих симптомов [2,3]. Хотя как уязвимые, так и стабильные бляшки могут вызывать стеноз, только уязвимые бляшки требуют клинического вмешательства, поскольку они склонны к разрыву [4].Таким образом, дифференциация стабильных и уязвимых бляшек представляет особый клинический интерес. В настоящее время ни один из коммерчески доступных диагностических методов не может обнаружить уязвимые бляшки до сердечно-сосудистого события [5,6]. Общая цель этого метода — предоставить диагностический инструмент для обнаружения уязвимых бляшек и потенциально предложить вмешательство, спасающее жизнь.

Воспаление играет ключевую роль на всех стадиях атеросклероза, а макрофаги участвуют в патогенезе бляшек [7,8]. Высокое и активное содержание макрофагов внутри бляшек сильно коррелирует с уязвимостью бляшек [9,10].В коронарных и сонных бляшках было обнаружено, что количество нагруженных липидами макрофагов в уязвимых бляшках значительно выше по сравнению с их стабильными аналогами, с разницей до 300-500% [10,11,12]. Эти результаты предполагают, что содержимое макрофагов можно использовать в качестве отличительного маркера уязвимых бляшек, а визуализация, нацеленная на макрофаги, может использоваться для отслеживания уязвимости бляшек.

Магнитно-резонансная томография (МРТ) — мощный и неинвазивный метод визуализации атеросклероза [13].Использование контрастных веществ, включая контрастные вещества на основе гадолиния (Gd) (GBCA), в МРТ значительно увеличивает диагностические возможности МРТ, но все же не позволяет обнаруживать уязвимые бляшки, богатые макрофагами, и отличать их от стабильных бляшек [13 , 14,15]. Это предполагает необходимость в специфическом для макрофагов носителе для адресной доставки GBCA к уязвимым бляшкам. Кроме того, использование GBCA было связано с серьезным заболеванием, известным как нефрогенный системный фиброз (NSF), особенно у пациентов с нарушением функции почек [16,17].Кроме того, сообщалось о положительной корреляции между дозой GBCA и увеличением побочных эффектов [18]. Следовательно, комбинированное использование GBCA с системой доставки, нацеленной на макрофаги, которая может минимизировать дозу GBCA и достичь печеночного клиренса без ущерба для высокой диагностической мощности, будет ценным инструментом для обнаружения уязвимых бляшек.

Липопротеины высокой плотности (ЛПВП) представляют собой группу нативных липопротеинов, основная роль которых заключается в транспортировке избыточного холестерина из периферических тканей в печень [19].Одним из преимуществ использования HDL в качестве носителя для доставки является то, что частицы HDL могут быть легко восстановлены с использованием липидов и аполипопротеинов (апо) in vitro [20]. Однако немодифицированные нативные ЛПВП не нацелены на макрофаги, поэтому необходимы дополнительные нацеливающие фрагменты. Недавнее исследование продемонстрировало использование липопептида, производного апо E, включенного в GBCA-HDL, который, как было обнаружено, усиливает контраст атеросклеротических бляшек [21]. Однако было обнаружено, что эта катионная и подобная детергенту молекула оказывает нейротоксическое действие и связана с этиологией болезни Альцгеймера [22,23].В другом исследовании использовалось моноклональное антитело против рецептора поглотителя макрофагов для нацеливания мицелл, содержащих GBCA, на макрофаги [24]. Хотя усиление контраста достигалось и в атеросклеротических бляшках, использование моноклональных антител в качестве нацеливающих групп часто может приводить к нежелательным побочным эффектам [25].

Чтобы избежать ловушек нацеливающих групп, мы недавно разработали GBCA-HDL с апо A-I, который содержит природную окислительную модификацию, которая направляет частицы на макрофаги как in vitro , так и in vivo [26].Это значительно улучшает обнаружение богатых макрофагами атеросклеротических бляшек в мышиной модели атеросклероза с нокаутом апо E (KO), с нормализованным отношением усиления атеросклеротической стенки / мышцы (NER) до 120% [26]. Обоснование использования этой модификации вытекает из того факта, что два из трех метионинов (Met-112 и Met-148) в апо AI, как известно, подвержены окислению, и как окисленные, так и неокисленные формы апо AI встречаются in vivo [27,28,29].Важно отметить, что окисленный апо A-I был обнаружен в поражениях аорты человека, и его содержание положительно коррелирует с увеличением тяжести заболевания [30]. Кроме того, мы продемонстрировали, что способность модифицированного апо AI направлять GBCA-HDL на макрофаги может быть достигнута с использованием синтетических 22-мерных пептидов, соответствующих амфипатическим спиралям 4 (h5) и 6 (H6) апо AI, которые содержат метионины 112 и 148. соответственно [26]. Использование синтетических пептидов вместо нативного апо A-I, выделенного из плазмы человека, позволяет избежать потенциальных клинических и регуляторных осложнений, связанных с использованием человеческого белка.В этом исследовании мы увеличили содержание GBCA на одну наночастицу GBCA-HDL, что привело к увеличению NER атеросклеротической стенки / мышцы до более чем 160% у мышей с аро E KO при той же дозе введения Gd. Кроме того, наши результаты показывают, что печеночный клиренс GBCA может быть достигнут путем корректировки формы и состава частицы HDL, что должно минимизировать риски, связанные с NSF. Продемонстрированная диагностическая сила этого метода в обнаружении атеросклеротических бляшек, богатых макрофагами, в сочетании с желаемым печеночным клиренсом используемых контрастных агентов, настоятельно способствует его дальнейшему развитию для выявления уязвимых пациентов.

Материалы и методы

Химические вещества и липиды

1,2-димиристоил- sn -глицеро-3-фосфохолин (DMPC), 1,2-димиристоил- sn -глицеро-3-фосфо- (1 ′ -рак-глицерин) (DMPG), 1-пальмитоил-2-олеоил- sn -глицеро-3-фосфохолин (POPC), 1,2-димиристоил- sn -глицеро-3-фосфоэтаноламин-N-диэтилентриамин ацидпента (соль гадолиния) (14: 0 PE-DTPA-Gd), 1,2-димиристоил- sn -глицеро-3-фосфоэтаноламин-N- (сульфонил лиссамина родамина B) (соль аммония) (Rho B-PE) и весь холестерин был закуплен у Avanti Polar Lipids (Алабастр, Алабама, США).Холестерилолеат, холат натрия и другие химические вещества были приобретены у Sigma-Aldrich (Сент-Луис, Миссури, США).

Клетки

Клеточная линия мышиных макрофагов J774A.1 (TIB-67) была получена из Американской коллекции типовых культур (ATCC, Манассас, Вирджиния, США).

Пептиды

Синтетические окисленные пептиды h5 и H6, соответствующие спиралям 4 и 6 апо A-I, были приобретены у American Peptide Company (Саннивейл, Калифорния, США).

Dylight 488 Мечение окисленного пептида h5 апо A-I

Окисленный пептид h5 апо A-I солюбилизировали с использованием 0.1M фосфата, pH 8, и реагировал с использованием 2-кратного молярного избытка сложного эфира Dylight 488 N-гидроксисукцинимида (NHS) (ThermoFisher Scientific, Waltham, MA, USA) и инкубировали при 25 ° C в течение 3 часов. Реакцию гасили, используя 25-кратный молярный избыток этаноламина (Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури, США) относительно эфира NHS. Реакционную смесь очищали с использованием системы жидкостной хроматографии высокого давления (HPLC) BioCAD 700E (Applied Biosystems, Карлсбад, Калифорния, США), снабженной колонкой для ВЭЖХ с обращенной фазой (RP) (Grace Vydac, Hesperia, CA, США).

Получение и очистка дискоидных и сферических парамагнитных и флуоресцентных липопротеинов

Дискоидные комплексы GBCA-HDL синтезировали в основном, как описано [21,31,32], за исключением того, что диализ не проводили. Использовали молярное соотношение 1: 10: 4: 39: 1, соответствующее окисленному пептиду апо A-I: DMPC: DMPG: 14: 0 PE-DTPA-Gd: Rho B-PE. Вкратце, DMPC, DMPG, 14: 0 PE-DTPA-Gd и Rho B-PE в органическом растворителе (ах) объединяли и сушили с использованием медленного потока азота. Высушенные липидные пленки помещали под вакуум на 8 ч.Липидные пленки диспергировали с использованием фосфатно-солевого буфера (PBS), pH 7,4. После 30 мин инкубации при 30 ° C к диспергированным липидам добавляли окисленные пептиды апо A-I h5 и H6. Для исследований конфокальной микроскопии был включен окисленный апо А-1 пептид h5, меченный Dylight 488. Реакционную смесь инкубировали в течение 3 ч при 30 ° C и очищали на калиброванной колонке для гель-фильтрации Superdex 200 HR (GE Healthcare Biosciences, Питтсбург, Пенсильвания, США) с использованием BioCAD 700E Workstation. Очищенные дискоидные частицы GBCA-HDL стерилизовали фильтрованием и хранили при 4 ° C.

Сферические комплексы GBCA-HDL были синтезированы по существу, как описано [21,32,33]. Использовали молярное соотношение 1: 3: 1: 60: 103, соответствующее окисленному пептиду апо AI: холестерин: холестерилолеат: липид: холат натрия, где липидный компонент содержал POPC: 14: 0 PE-DTPA-Gd: Rho B -ПЭ в соответствующем молярном соотношении 15: 40: 1. Вкратце, POPC, холестерин, холестерилолеат, 14: 0 PE-DTPA-Gd и Rho B-PE в органическом растворителе (ах) объединяли и сушили, используя медленный поток азота. Высушенные липидные пленки помещали под вакуум на 8 ч.Липидные пленки диспергировали, используя трис-буферный солевой раствор (TBS), содержащий 1 мМ этилендиаминтетрауксусную кислоту (EDTA), pH 7,4. После 30 мин инкубации при 30 ° C добавляли холат натрия. Смесь инкубировали 30 мин при 50 ° C на водяной бане и к диспергированным липидам добавляли окисленные пептиды апо A-I h5 и H6. Для исследований с конфокальной микроскопией был включен окисленный апо A-I пептид h5, меченный Dylight 488. Реакционную смесь инкубировали 3 ч при 30 ° C. После инкубации смесь диализовали 12 ч при 25 ° C против PBS, pH 7.4 с использованием диализной мембраны Spectra / Por 7 с отсечкой по молекулярной массе 1000 (Spectrum Laboratories, Rancho Dominguez, CA, USA). Диализованную смесь очищали на калиброванной колонке для гель-фильтрации Superdex 200 HR, используя BioCAD 700E Workstation. Очищенные сферические частицы GBCA-HDL стерилизовали фильтрованием и хранили при 4 ° C.

Поглощение парамагнитных и флуоресцентных липопротеинов макрофагами

In vitro для флуоресцентного анализа родамина B

Исследования по количественной оценке поглощения макрофагами парамагнитных и флуоресцентных липопептидных наночастиц in vitro были выполнены, как описано ранее [21,26].Вкратце, клетки мышиного макрофага J774A.1 BALB / c культивировали при 37 ° C с 5% CO ₂ в среде Игла в модификации Дульбекко (DMEM, Cellgro, Mediatech Inc, Манассас, Вирджиния) с 2 мМ глутамина, 100 Ед мл. ^-1 пенициллин, 0,1 мг мл ^-1 стрептомицин и 10% фетальной бычьей сыворотки (Cellgro, Mediatech Inc, Manassas, VA) и выращенные до примерно 90% слияния в 6-луночных планшетах для культивирования тканей (Corning, Tewksbury, MA, СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ). После достижения целевого слияния клетки инкубировали в течение 2 ч при 37 ° C с использованием дискоидального или сферического GBCA-HDL в полной среде DMEM в концентрации 2 мкМ родамина B.После инкубации клетки дважды промывали PBS и лизировали с использованием буфера для лизиса Promega. Флуоресценцию родамина B измеряли на флюоресцентном микропланшетном ридере Gemini XPS (Molecular Devices, Саннивейл, Калифорния, США). Концентрации белка в лизатах измеряли с использованием реагента Брэдфорда (Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури, США) и микропланшетного ридера MultiSkan Spectrum (Thermo Fisher Scientific, Уолтем, Массачусетс, США) в соответствии с протоколом, рекомендованным производителем.

Поглощение парамагнитных и флуоресцентных липопротеинов макрофагами

In vitro для конфокального анализа

Для визуализации поглощения макрофагами парамагнитных и флуоресцентных липопептидных наночастиц in vitro были автоклавированы стеклянные покровные стекла 22 x 22 мм (VWR, USA), Radnor помещают на дно 6-луночных планшетов для тканевых культур с помощью стерилизованных этанолом пластиковых пинцетов (VWR, Radnor, PA, USA).Клетки мышиного макрофага J774A.1 BALB / c культивировали при 37 ° C с 5% CO ₂ в DMEM с 2 мМ глутамином, 100 ед. Мл ^-1 пенициллина, 0,1 мг мл ^-1 стрептомицина и 10% фетального бычьей сыворотки и выращивали до приблизительно 50% конфлюэнтности в 6-луночных планшетах для тканевых культур, содержащих покровные стекла. После достижения целевого слияния клетки инкубировали в течение 2 часов при 37 ° C, используя дискоидный или сферический GBCA-HDL в полной среде DMEM в концентрации 2 мкМ родамин B. Клетки дважды промывали, используя сбалансированный солевой раствор Хэнкса (HBSS, GE Healthcare, Logan. , UT, США) и фиксировали с помощью 4% раствора параформальдегида (Alfa Aesar, Heysham, Lancashire, UK) в HBSS в течение 50 мин при 4 ° C.После инкубации в центр стандартного предметного стекла для микроскопа добавляли 50 мкл закрепляющей среды для защиты от затухания Prolong Gold с 4 ’, 6-диамино-2-фенилиндолом (DAPI) (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA). Стеклянное покровное стекло, содержащее клетки, переносили с 6-луночного планшета с помощью пинцета, края промокали насухо и покровное стекло с клетками вниз помещали на монтажную среду. Маспоненту давали растечься по углам покровного стекла, и все излишки были удалены. Установленное предметное стекло оставляли для отверждения при 25 ° C в темноте в течение не менее 72 часов.Установленное покровное стекло и предметное стекло промывали водой, а затем этанолом для удаления остатков соли. Установленные слайды хранили при 4 ° C и анализировали с помощью конфокальной микроскопии.

Конфокальная визуализация выполнялась с использованием лазерного сканирующего конфокального микроскопа Leica TCS SP5 II (Leica, Microsystems, Mannheim / Wetzlar, Германия) с акустооптическим светоделителем, оснащенным гибридными детекторами, детектором проходящего света, включая дифференциальный интерференционный контраст (DIC). и восемь лазерных линий на 405, 458, 476, 488, 496, 514, 561 и 633 нм.Программное обеспечение Leica Application Suite Advanced Fluorescence использовалось для регулировки настроек лазера и детектора, а также для сбора данных. Изображения были получены с использованием масляно-иммерсионного объектива 63x, гибридных детекторов, лазера 405 нм для DAPI и DIC, лазера 488 нм для Dylight 488 и лазера 561 нм для Rhodamine B. Полученные изображения анализировали с помощью Leica Application Suite X.

Поглощение парамагнитных и флуоресцентных липопротеинов макрофагами

In vitro для анализа гадолиния

МРТ-исследования клеточных гранул проводили, как описано ранее [21,26].Вкратце, клетки мышиного макрофага J774A.1 BALB / c культивировали при 37 ° C с 5% CO ₂ в DMEM с 2 мМ глутамина, 100 ед. Мл ^-1 пенициллина, 0,1 мг мл ^-1 стрептомицина и 10 % фетальной бычьей сыворотки и выращены примерно до 90% конфлюэнтности в 25 см. ² колбах для тканевых культур. Клетки инкубировали в течение 2 ч при 37 ° C с использованием дискоидального или сферического GBCA-HDL в полной среде DMEM при концентрации 2 мкМ родамина B. После инкубации клетки дважды промывали PBS и собирали в 15 мл пробирки BD Falcon (BD Biosciences, Сан-Хосе, Калифорния, США).Клетки фиксировали, используя 200 мкл 4% раствора параформальдегида в PBS. Клетки диспергировали и переносили в запаянные пластиковые наконечники для пипеток на 200 мкл и давали отстояться в течение ночи при 4 ° C с образованием неплотно упакованных гранул клеток. Наконечники пипеток, содержащие осадок клеток, переносили в изготовленный на заказ держатель образцов и добавляли 0,5 мМ Magnevist (Bayer Healthcare, Wayne, NJ, USA) в физиологическом растворе (Baxter Healthcare, Deerfield, IL, USA) в качестве держателя образца. эталонный образец.

Высокое разрешение T ₁-взвешенных изображений были получены с использованием изготовленной на заказ приемопередающей соленоидной катушки на Philips Achieva 3.0T X-series Quasar system со следующими параметрами сбора данных: последовательность спинового эха (время повторения / время эха, TR / TE = 600 мс / 13 мс; FOV = 6,2 x 6,2 см; размер матрицы = 308 x 308; срез толщина = 1,0 мм; число средних = 4).

Изображения были проанализированы с помощью ImageJ (National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA) для измерения интенсивности клеточного осадка после инкубации с GBCA-HDL ( I _{обработка}), осадок клеток после инкубации со средой ( I _{контроль}) и стандартное отклонение жидкости вне осадка ячейки ( I _шум).Отношение контраста к шуму (CNR), которое определяется как CNR = ( I _{обработка} — I _{управление} ) / I _шум был рассчитан. Нормализованный коэффициент улучшения (NER), который определяется как NER = [( I _{обработка} — I _{управление} ) / I _{контроль}] х 100%.

МРТ-исследования на мышах

Все процедуры выполнялись в соответствии с руководящими принципами и правилами использования позвоночных животных, включая предварительное одобрение Комитета по уходу и использованию животных Медицинской школы Массачусетского университета.Процедуры для обеспечения того, чтобы дискомфорт, страдание, боль и травмы были ограничены теми, которые неизбежны при проведении предлагаемого исследования и предоставлены основным центром ветеринарии Медицинской школы Массачусетского университета. МРТ-исследования животных проводили с использованием нокаута апо E самцов (KO) B6.129P2- Apoe . ^tm1Unc / J мышей (Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME, USA), которая является генно-инженерной моделью атеросклероза у мышей. Самцов мышей C57BL / 6 J дикого типа (WT) (Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME, USA) использовали в качестве контроля.Мышей Apo E KO (n = 9) и мышей WT (n = 4) содержали либо на западной диете, содержащей 21% жира и 0,15% холестерина, либо на нормальной диете, соответственно, в течение периода по меньшей мере 5 месяцев. Расчеты размера выборки были выполнены, как описано ранее, чтобы определить количество мышей, необходимое для обнаружения значительного изменения [34]. МРТ с использованием системы Philips Achieva 3.0T X-series Quasar выполняли до (предварительная контрастная визуализация) и через 4 часа, 24 часа, 48 часов и 72 часа после (пост-контрастная визуализация) введения частиц GBCA-HDL в хвостовую вену. в дозе 0.05 ммоль Gd кг ^-1.

Для настройки анестезии была подготовлена мобильная система анестезии лабораторных животных (VetEquip, Ливермор, Калифорния, США). Вкратце, резервуар для изофлурана был заполнен до верхней линии с использованием изофлурана (Piramal, Bethlehem, PA, USA). Мышей анестезировали с использованием газовой смеси 4% изофлуран-O ₂ внутри вентилируемой индукционной камеры объемом 2 л (VetEquip, Ливермор, Калифорния, США), снабженной блоком газового фильтра для анестезии (Bickford-Omnicon, Wales Center, NY, США). Контрольный образец МРТ, состоящий из 0.5 мМ Magnevist в физиологическом растворе помещали внутрь изготовленной на заказ приемно-передающей катушки соленоида. Под наркозом мышь помещали внутрь соленоидной приемно-передающей катушки, и анестезию поддерживали путем подачи 1,5% газовой смеси изофлурана-O ₂ через носовой конус. Был включен внутренний вакуум, и вакуумная линия была размещена рядом с хвостом мыши, чтобы гарантировать удаление лишних газов из области. Дыхательный датчик помещали на живот и подключали к системе мониторинга и стробирования мелких животных (инструменты SA, Стони-Брук, Нью-Йорк, США) для отслеживания частоты дыхания.Газовая смесь изофлуран-O ₂ была отрегулирована таким образом, чтобы частота дыхания была ниже 30 вдохов в минуту во время получения изображения. Согревающее одеяло (Страйкер, Каламазу, Мичиган, США), которое было подключено к рециркулятору теплой воды (Страйкер, Каламазу, Мичиган, США), использовали для согрева животного во время сканирования. После завершения каждого сканирования МРТ анестезированным мышам давали возможность восстановиться под нагревательной лампой. Все мыши выздоровели в течение 30 минут без каких-либо побочных эффектов. По завершении исследования все животные были умерщвлены асфиксией CO ₂.

Высокое разрешение T ₁-взвешенных мультисрезовых спиновых эхо-изображений были получены с использованием изготовленной на заказ соленоидной приемно-передающей катушки на системе Philips Achieva 3.0T X-series Quasar с использованием следующих параметров сбора данных: последовательность спинового эхо мс / 13 мс; FOV = 3,0 x 3,0 см; размер матрицы = 256 x 256; было получено 22 смежных среза аорты толщиной 0,5 мм с срезом 6, расположенным на правой почечной артерии в качестве ориентира; количество средних значений = 8; общее сканирование время = 41 мин).Срезы были сопоставлены в каждый момент времени до исходного предконтрастного сканирования. Все мыши предоставили анализируемые данные и были включены в окончательный анализ.

Изображения были проанализированы с помощью ImageJ для измерения значений интенсивности в интересующих областях, содержащих ткань, непосредственно окружающую просвет сосуда в стенке сосуда аорты ( I _w), окружающая мышца ( I _м) и область за пределами мыши ( I _шум). CNR между стенкой аорты и прилегающей мышцей рассчитывали по следующей формуле: CNR = ( I _Вт — I _м) / I _шум.Среднее значение NER стенки аорты относительно окружающей мышцы рассчитывалось по следующей формуле: NER = [( I _Вт/ I _м) _столб — ( I _Вт/ I _м) _до] / ( I _Вт/ I _м) _до x 100%. Значения интенсивности в интересующих регионах ( I _ROI) в почках и печени. Среднее отношение сигнал / шум (SNR) для исследуемых областей в почках и печени было рассчитано по следующей формуле: SNR = I _{Рентабельность инвестиций}/ I _шум.Формула для расчета относительного увеличения SNR определяется как: Увеличение SNR = (SNR _после / SNR _до — 1) x 100%.

Данные представлены как среднее ± стандартное отклонение. Статистические вычисления были выполнены с использованием дисперсионного анализа (ANOVA) GraphPad Prizm 6.0 (GraphPad, Сан-Диего, Калифорния, США). Допущения ANOVA были подтверждены с помощью теста Колмогорова-Смирнова, и, при необходимости, были выполнены множественные сравнения Бонферрони. Результаты считались статистически значимыми при p <0.05.

Результаты

Парамагнитные и флуоресцентные комплексы GBCA-HDL захватываются макрофагами

In vitro

Для изучения поглощения макрофагами in vitro мы протестировали наши парамагнитные и флуоресцентные HDL-подобные наночастицы дискоидальной (dHDL) или сферической (sHDL) формы с использованием установленной линии макрофагов J774A.1. Для обнаружения захвата липидов, меченных родамином B, измеряли интенсивности флуоресценции в лизатах клеток J774 после 2 ч инкубации при 37 ° C либо с препаратами dHDL, либо с sHDL.показывает присутствие родамина B в клеточных лизатах макрофагов J774A.1, что указывает на поглощение как dHDL, так и sHDL. Для обнаружения захвата липидов, меченных Gd, T ₁-взвешенную МРТ-визуализацию проводили на осадках клеток J774A.1 после 2 ч инкубации при 37 ° C с составами dHDL или sHDL. показывает, что клетки, инкубированные либо с dHDL, либо с sHDL, имеют короткие значения T1, что указывает на присутствие Gd, поглощаемого клеткой. Соответственно, dHDL и sHDL имеют средние значения NER 47 и 105 соответственно и значения CNR 23 и 50 соответственно ().Вместе эти результаты показывают, что как парамагнитные, так и флуоресцентные компоненты составов dHDL и sHDL доставляются к макрофагам J774A.1 in vitro .

Исследования клеток J774A.1 демонстрируют захват парамагнитных и флуоресцентных ЛПВП макрофагами in vitro .

Макрофаги J774A.1 инкубировали в течение 2 ч при 37 ° C только со средой или со средой, содержащей 2,0 мкМ (как рассчитано для родамина B), парамагнитные и меченные родамином B дискоидные HDL (dHDL) или сферические HDL (sHDL), синтезированные с использованием смесь 1: 1 окисленных синтетических пептидов апо AI h5 и H6.(A) Интенсивности флуоресценции клеточных лизатов были измерены и нормализованы к общему содержанию клеточного белка (среднее ± стандартное отклонение, n = 3). (B) Образовались неплотно упакованные гранулы клеток и T ₁ значений были измерены с использованием T ₁-взвешенная МРТ. На вставке: T ₁ взвешенных изображений осадка клеток, инкубированных только со средой (M), dHDL (D) или sHDL (S). (C) Значения нормализованного коэффициента усиления (NER) для осадка клеток рассчитаны из соответствующих T ₁ взвешенных изображений и относятся к клеткам, инкубированным только со средой.(D) Значения отношения контрастности к шуму (CNR) для гранул клеток рассчитываются из соответствующих T ₁ взвешенных изображений и относятся к клеткам, инкубированным только со средой.

Обнаружение комплексов GBCA-HDL в цитоплазме макрофагов

In vitro демонстрирует направленную внутриклеточную доставку

Чтобы определить, что парамагнитные и флуоресцентные частицы dHDL и sHDL специфически захватываются макрофагами J774A.1, а не являются результатом липидного обмена [ 35], мы пометили окисленный синтетический пептид h5 апо AI с помощью Dylight 488.Мы предположили, что если поглощение является специфическим, то внутри клетки будет наблюдаться окисленный пептид Apo-AI h5, меченный Dylight 488, вместе с липидом, меченным родамином B. Макрофаги J774A.1 инкубировали с парамагнитными и флуоресцентными препаратами dHDL и sHDL в течение 2 часов при 37 ° C, и клетки фиксировали и визуализировали с помощью конфокальной микроскопии. Изображения на (показаны для sHDL; аналогичные результаты были получены для dHDL) демонстрируют присутствие меченного родамином B липида () и Dylight 488-меченного окисленного пептида h5 () внутри цитоплазмы, что ясно указывает на специфический захват GBCA-HDL пользователя J774A.1 макрофаги. Выраженная совместная локализация как флуоресцентно меченных липидных, так и пептидных молекул, показанная на объединенном изображении, также демонстрирует, что в этот момент времени большинство частиц GBCA-HDL не повреждены.

Конфокальная микроскопия подтверждает направленную доставку липидных и пептидных компонентов GBCA-HDL в цитоплазму макрофагов J774A.1.

Клетки J774A.1 инкубировали в течение 2 часов при 37 ° C только со средой или со средой, содержащей 2,0 мкМ (как рассчитано для родамина B), парамагнитные и меченные родамином B дискоидные HDL (dHDL) или сферические HDL (sHDL), синтезированные с использованием смесь 1: 1 окисленных синтетических пептидов апо AI h5 и H6.Небольшая часть пептида h5 в препаратах dHDL и sHDL была флуоресцентно помечена Dylight 488. (A) Изображение с помощью дифференциального интерференционного контраста (DIC) одного репрезентативного макрофага J774A.1, инкубированного с sHDL (аналогичные изображения были получены для dHDL). Клетку окрашивали 4 ’, 6-диамино-2-фенилиндолом (DAPI) красителем (синий, B), визуализировали для меченного Dylight 488 пептида h5 (зеленый, C) и липида, меченного родамином B (красный, D). (E) Объединенное изображение показывает совместную локализацию меченного Dylight 488 пептида h5 с меченным родамином B липидом в цитоплазме J774A.1, что указывает на специфический захват интактных частиц sHDL в цитоплазму. Шкала белого цвета = 7,5 мкМ.

Парамагнитные и флуоресцентные комплексы ЛПВП доставляют включенные контрастные вещества в богатые макрофагами атеросклеротические бляшки

In vivo

Чтобы оценить, нацелены ли парамагнитные и флуоресцентные частицы dHDL и sHDL на атеросклеротические бляшки in vivo , мы использовали мышей с аро E KO, которые, как известно, развивают бляшки, когда их кормят западной диетой с высоким содержанием жира и холестерина.В качестве контроля использовали мышей WT соответствующего возраста, получавших обычную пищу. Через 5 месяцев на западной диете или обычной диете, мышам аро E KO (n = 9) и мышам WT (n = 4), соответственно, внутривенно вводили разовую дозу парамагнитных и флуоресцентных составов dHDL или sHDL в доза 0,05 ммоль Gd кг ^-1. Осевой T ₁-взвешенные изображения брюшной аорты были сделаны до (предварительная визуализация) и через 4, 24, 48 и 72 часа после введения контрастного вещества.показаны репрезентативные изображения срезов аорты от двух мышей с аро E KO, которым инъецировали dHDL или sHDL. Значения NER () и CNR () рассчитывались относительно мышцы. Средние значения NER для dHDL и sHDL через 72 часа составили 168% и 165% соответственно. Средние значения CNR для dHDL и sHDL через 72 часа составляли 28 и 27 соответственно. В совокупности результаты ясно демонстрируют, что созданные композиции GBCA-HDL можно использовать для диагностической визуализации атеросклеротических бляшек in vivo . Данные также показывают, что значения NER и CNR увеличиваются со временем и достигают максимума через 72 часа, что увеличивает диагностическую мощность метода.Важно отметить, что мыши WT не показали увеличения контрастности (результаты не показаны), что согласуется с результатами нашего предыдущего исследования [26].

Target in vivo визуализация макрофагов в атеросклеротических поражениях аорты.

(A) Типичный осевой T ₁-взвешенные изображения мышей с нокаутом апо E (KO), полученные до (Pre) и через 4 часа, 24 часа, 48 часов и 72 часа после введения контрастного вещества. Мышам Apo E KO вводили эквивалент 0,05 ммоль Gd кг ^-1 парамагнитных и меченных родамином B дискоидных HDL (dHDL) или сферических HDL (sHDL), содержащих смесь 1: 1 окисленных синтетических пептидов apo AI h5 и H6.На вставках в каждом сканировании показаны исходные изображения, которые были обрезаны и увеличены, чтобы выделить аорту. Единственная репрезентативная мышь показана для dHDL или sHDL. (B) Значения NER (среднее ± стандартное отклонение) стенки аорты мыши после введения контраста были рассчитаны для каждой временной точки (n = 5 срезов) для репрезентативной мыши с использованием соответствующего T ₁ — взвешенные изображения и относятся к мышцам. (C) Значения CNR (среднее ± стандартное отклонение) стенки аорты мыши после введения контрастного вещества были рассчитаны для каждой из временных точек (n = 5 срезов) с использованием соответствующего T ₁ — взвешенные изображения и относятся к мышцам.

Клиренс GBCA-HDL в органах зависит от формы и состава частиц

Для предварительной оценки того, как выводятся GBCA-HDL, значения SNR в почках и печени были измерены до и после введения контраста, как описано ранее [36]. показывает, что в почках у мышей, получавших как dHDL, так и sHDL, относительные значения увеличения SNR быстро уменьшаются со временем от 120% через 4 часа до 16% через 72 часа для дискоидных GBCA-HDL и со 111% через 4 часа до 12% через 72 часа для сферического GBCA-HDL.В печени значения относительного увеличения SNR были незначительными для dHDL во все моменты времени после введения контраста, что указывает на то, что частицы dHDL могут в значительной степени выводиться через почки. Напротив, значения SNR в печени, наблюдаемые для sHDL (), демонстрируют печеночный клиренс этих частиц. Эти данные ясно показывают, что очищение органа от GBCA-HDL зависит от формы и состава частиц.

Очистка органов зависит от формы и состава частиц.

Значения увеличения относительного отношения сигнал / шум (SNR) были рассчитаны для представляющих интерес областей в почках (A) и печени (B) мышей с аро E KO через 4 часа, 24 часа, 48 часов, 72 часа. h после инъекции эквивалента 0.05 ммоль Gd кг ^-1 парамагнитных и меченных родамином B дискоидных HDL (dHDL) или сферических HDL (sHDL), содержащих смесь 1: 1 окисленных синтетических пептидов апо A-I h5 и H6. Данные были рассчитаны для каждой временной точки для репрезентативной мыши, получавшей либо dHDL, либо sHDL, с использованием соответствующего T ₁ взвешенных изображений и представлены как процентное увеличение отношения сигнал / шум относительно исходного предконтрастного сканирования (среднее ± стандартное отклонение). Показана статистическая разница между точками времени 4 и 72 часа.

Обсуждение

Отличие уязвимых бляшек от стабильных бляшек имеет первостепенное значение. Одним из сложных аспектов различения между ними является выбор отличительной мишени, которая в основном присутствует в уязвимых бляшках [14]. В связи с этим мы нацелены на макрофаги, поскольку их присутствие положительно коррелирует с уязвимостью бляшек [9,10]. Применяя естественную окислительную модификацию белка апо AI или синтетических пептидов апо AI, которая позволяет физиологически доставлять GBCA-HDL к макрофагам в атеросклеротических бляшках, мы дополнительно избегаем любых потенциальных побочных эффектов, которые могут проявиться при использовании нацеливающих групп. .Важно отметить, что с помощью этого метода мы достигли более высоких расчетных CNR и NER для стенки аорты по сравнению с мышцами по сравнению с другими исследованиями, в которых применялись нацеленные части на макрофаги [21,24]. Это наглядно демонстрирует эффективность нашего метода. Важно отметить, что наши результаты МРТ с высоким разрешением были получены с использованием изготовленной на заказ соленоидной приемно-передающей катушки и клинического сканера 3,0 Тл, который почти в три раза ниже по напряженности магнитного поля по сравнению со сканерами, обычно используемыми на мелких животных. МРТ [21,24].

Другая важная проблема связана с токсичностью Gd, поскольку GBCA связаны с серьезным и иногда смертельным заболеванием, известным как NSF [16,18,37]. Важно отметить, что была показана положительная корреляция между дозой GBCA и увеличением побочных эффектов [18]. В настоящее время большинство коммерчески доступных контрастных агентов в значительной степени выводятся через почки, что, как полагают, способствует возникновению NSF, особенно у пациентов с нарушенной функцией почек [37]. Следовательно, снижение риска NSF, связанного с использованием GBCA, имеет большое клиническое значение.Два предложенных метода снижения риска NSF: 1) минимизация вводимой дозы GBCA и 2) изменение клиренса GBCA из почек в печень [37].

Чтобы помочь снизить риск NSF и увеличить диагностическую мощность нашего метода по сравнению с нашим предыдущим исследованием [26], мы увеличили содержание Gd на частицу, сохраняя при этом то же общее количество GBCA-HDL, вводимого в дозе. 0,05 ммоль Gd кг ^-1. Это, а также целенаправленная доставка нашего GBCA-HDL к макрофагам продемонстрировали, что in vitro (рис. И) и in vivo (; см. Также [26]) не только минимизировали нежелательное воздействие GBCA, но и привели к значительному увеличению усиление контраста в стенке атеросклеротической аорты ().Кроме того, в этом исследовании мы оценили клиренс наших дискоидных и сферических GBCA-HDL из органов путем измерения значений SNR в интересующих областях в почках и печени и обнаружили, что в отличие от дискоидных GBCA-HDL, которые в основном выводятся через почки (), сферические GBCA-HDL демонстрируют печеночный клиренс (). Наблюдаемый печеночный клиренс сферических GBCA-HDL может снизить риск NSF у пациентов. Кроме того, наши результаты показывают, что сферический GBCA-HDL также может использоваться для МРТ печени.

Результаты, полученные с использованием предложенной технологии визуализации с контрастным усилением для обнаружения уязвимых атеросклеротических бляшек, настоятельно рекомендуют дальнейшее развитие нашего метода диагностической визуализации атеросклероза. Кроме того, можно легко найти более широкое применение при других заболеваниях на основе воспаления, где макрофаги, как известно, играют ключевую роль, таких как ревматоидный артрит и рак, и в настоящее время они исследуются.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Что сохраняется в файле cookie?

Проверка и замена ABS и датчиков частоты вращения колес

Усложнение дорожной обстановки на наших дорогах предъявляет повышенные требования к водителям автомобилей.Системы помощи водителю снижают нагрузку на водителя и повышают безопасность дорожного движения. В результате современные системы помощи при вождении теперь входят в стандартную комплектацию практически всех новых европейских автомобилей. Это также означает, что перед мастерскими стоят новые задачи.

В настоящее время электроника автомобиля играет ключевую роль во всем оборудовании для обеспечения комфорта и безопасности. Оптимальное взаимодействие между сложными электронными системами обеспечивает бесперебойную работу автомобиля, а это, в свою очередь, повышает безопасность дорожного движения.
Интеллектуальная передача данных между электронными системами автомобиля поддерживается датчиками. Когда дело доходит до безопасности вождения, датчики скорости играют особенно важную роль, и это отражается в их разнообразном использовании в различных системах автомобиля
.

Они используются блоками управления в системах помощи при вождении, таких как ABS, TCS, ESP или ACC, для определения скорости вращения колес.

Информация о скорости вращения колес также передается в другие системы (двигатель, трансмиссия, навигация и системы управления шасси) по линиям данных от блока управления ABS.

Благодаря разнообразному использованию датчики скорости напрямую влияют на динамику движения, безопасность вождения, комфорт вождения, снижение расхода топлива и выбросов. Датчики скорости вращения колес часто также называют датчиками ABS, поскольку они впервые использовались в транспортных средствах, когда была представлена ABS.

Датчики скорости вращения колес могут быть выполнены как активные или пассивные, в зависимости от того, как они работают. Ясный и точный способ их различения или категоризации не определен.

Таким образом, следующая стратегия оказалась полезной в повседневной работе мастерской:

Если датчик «активируется» только при подаче напряжения питания, а затем генерирует выходной сигнал, это «активный» датчик.
Если датчик работает без дополнительного напряжения питания, это «пассивный» датчик.

Сочетание магнитоэнцефалографии с магнитно-резонансной томографией улучшает изучение суррогатных биомаркеров

Вызовы и рекомендации:
Тем не менее, наш энтузиазм несколько умерили несколько ключевых ограничений отчета.В этом разделе я кратко резюмирую наиболее важные комментарии.
1) Проблема: мотивация для включения МЭГ, по-видимому, основана исключительно на данных ЭЭГ. Во введении все доказательства взаимосвязи между электрофизиологией и старением (и дополнительностью к фМРТ в этом контексте), чтобы мотивировать его включение в качестве дополнительного метода, взяты из литературы по ЭЭГ, что является странным, учитывая, что в статье вместо этого используется МЭГ. .
Рекомендация: Авторы должны напрямую мотивировать использование МЭГ или, по крайней мере, более убедительно связать данные ЭЭГ с использованием МЭГ.Это может быть так же просто, как сказать, что, хотя имеется много свидетельств ЭЭГ, в мультимодальных базах данных нет доступных данных ЭЭГ (что, я думаю, было бы справедливым заявлением в целом), но, учитывая взаимосвязь между двумя методами, ожидается, что включение MEG также будет полезным, эта ссылка нечеткая в тексте.

Благодарим рецензентов за это предложение. Теперь мы переработали аргументы, связывающие МЭГ и ЭЭГ, чтобы дать более последовательную и строгую мотивацию и более конкретно подчеркнуть их различия.Мы расширили наш обзор мультимодальных наборов данных МРТ / электрофизиологии. Обратите внимание, что мы также скорректировали объем заголовка, чтобы больше сфокусировать документ на MEG.

Статья теперь называется «Сочетание магнитоэнцефалографии с магнитно-резонансной томографией улучшает изучение суррогатных биомаркеров».

Пожалуйста, найдите ниже один новый отрывок из Введения, который лучше всего отражает дух данной редакции:

«На данный момент существует очень мало мультимодальных баз данных, обеспечивающих доступ к электрофизиологии наряду с МРТ и фМРТ.[…] Таким образом, МЭГ представляет собой самостоятельный интересный метод для разработки нейрокогнитивных биомаркеров, в то время как его тесная связь с ЭЭГ потенциально может открыть дверь для переводимых электрофизиологических маркеров, подходящих для массового использования с клинической ЭЭГ ».

2) Задача: Материалы и методы не совсем ясны. Некоторые этапы обработки / извлечения признаков не полностью объяснены или должным образом не обоснованы. Таксономия, используемая для извлеченных функций в MEG, сбивает с толку.
Рекомендация: Уточнить материалы и методы.

Мы благодарим рецензентов за то, что поделились своими проблемами. Мы проработали список вопросов и отредактировали рукопись.

3) Проблема: недостающая статистика. Статистическая значимость некоторых результатов отсутствует: многие результаты не содержат каких-либо пороговых значений статистической значимости (или p-значения), что делает утверждения о том, что результаты выше вероятности, не являются строго обоснованными.(например, «… Все модели суммирования работают стабильно лучше, чем случайность…» Что означает здесь «работать лучше, чем случайность»? Был ли проведен тест статистической значимости? Какая была проверена нулевая гипотеза? Если да, укажите значение p или эквивалент В некоторых случаях статистическая значимость очевидна, в других ее трудно оценить с помощью визуального осмотра.
Рекомендация: сообщать о статистической значимости любых сравнений (исправленных или нет) в основном отчете и приложении e.г. для различий MAE и корреляций MAE PE.

Мы понимаем стремление обозревателей к количественной оценке статистической значимости. В то время как p-значения в принципе могут быть легко вычислены в текущих настройках для вопроса о том, работает ли модель лучше, чем случайность, например, путем перестановки меток, ситуация менее ясна для сравнений моделей, нацеленных на различия в производительности между двумя моделями. Для отклонения нулевой гипотезы о том, что различия между моделями возникают случайно, потребуется несколько, т.е., множество независимых наборов данных. Здесь мы вычислили оценки неопределенности парных различий с использованием повторной 10-кратной перекрестной проверки. Из соображений вычислительной управляемости мы оценили предсказание на уровне вероятности с помощью фиктивного регрессора, который предсказывает среднее значение целевой обучающей выборки с использованием той же процедуры перекрестной проверки и идентичных случайных начальных значений, чтобы гарантировать разделенную сопоставимость с нетривиальными моделями.

Чтобы предоставить более компактную сводку распределений производительности, которая может помочь читателю оценить статистический вывод, мы извлекли дополнительную сводную статистику распределений средних оценок абсолютных ошибок и их парных различий с эталонной моделью, где это уместно.Эти сводные данные включали среднее значение, стандартное отклонение, 2,5 и 97,5 процентилей и количество разделов, в которых модель была лучше эталонной. Мы переработали основной текст, чтобы подробно описать статистический подход, и дополнили наш отчет об основных результатах внутри основного текста этой статистикой числовой неопределенности. Следующий новый раздел в разделе «Материалы и методы» разъясняет нашу позицию и наш методологический подход:

«Статистический вывод

Отказ от нулевой гипотезы относительно различий между двумя моделями с перекрестной проверкой проблематичен из-за отсутствия достаточно больших невидимых данных или независимых наборов данных: баллы с перекрестной проверкой не являются статистически независимыми.[…] Однако должно быть ясно, что проверка гипотез здесь обеспечивает количественную ориентацию, которая должна быть контекстуализирована эмпирическими оценками величины эффекта и их неопределенности для поддержки вывода ».

Наконец, в свете кумулятивных комментариев, сделанных в отношении анализа ошибок прогнозов в зависимости от возраста, мы переработали этот анализ, чтобы он был визуально более четко представлен и лучше интегрирован в основной текст, как на рисунке 2 — приложение к рисунку 2. В процессе, мы смягчили наши выводы, чтобы они были более детальными, и сделали попытку формализовать вывод, используя модель ANOVA с возрастной группой, модельной семьей и их взаимодействием в качестве факторов.

4) Задача: Общность. Важно продемонстрировать устойчивость и надежность этих функций для обобщения в невидимых данных.
Рекомендация: авторы могут легко решить эту проблему в имеющихся данных, разделив выборку пополам (при сохранении возрастного распределения и отсутствия данных) и протестировать, насколько схожи нагрузки каждой функции в разбиении данных. Процесс можно повторить несколько раз (1000 с) для создания распределения, которое можно сравнить с распределением из переставленных данных.

Благодарим рецензентов за это предложение. Нашим основным методом анализа для оценки устойчивости и надежности функций был метод сравнения моделей. Этот подход позволил нам отслеживать изменения в производительности при включении или исключении семантически и логически связанных блоков взаимосвязанных переменных. Мы использовали перекрестную проверку, чтобы получить асимптотически несмещенную оценку ожидаемой ошибки обобщения и ее распределений неопределенностей. Обратите внимание, что перекрестная проверка уже реализует процедуру повторной выборки, предложенную в этом комментарии, с той разницей, что 90% данных использовалось для обучения в каждом раунде, и дублирование процедур не требуется, поскольку распределения перекрестной проверки достаточно для получения полезных выводов (см. пункт выше).Однако мы полностью согласны с тем, что, хотя ожидания и их неопределенности фиксируются визуализацией и недавно добавленной сводной статистикой, относительная стабильность рейтингов моделей может быть неочевидной на основе наших предыдущих отчетов. Поэтому мы расширили отчеты, чтобы визуализировать и количественно оценить стабильность вне выборки модели, ранжированной по разбиениям тестовых наборов, что привело к новым дополнительным данным.

Для конкретной проверки модели MEG мы теперь представили дополнительные результаты, основанные на двух альтернативных показателях важности переменных: 1) Перестановки вне выборки, оценивающие среднюю важность перестановок в разбиениях перекрестной проверки, которые могут дать оценку важность переменных, которая менее подвержена переобучению, и 2) важность MDI потенциально чувствительна к условным зависимостям между переменными, но более склонна к переобучению и ложным отрицательным / ложным срабатываниям.Эти дополнительные анализы показали, что ранжирование важности в значительной степени соответствовало методам с взаимной корреляцией выше .9. (Ранговая корреляция Спирмена).

Мы представили дополнительные результаты в новых дополнительных цифрах, Рисунок 2 — дополнение к рисунку 1 и Рисунок 4 — приложение к рисунку 1 и 2.

5) Проблема: неслучайные отсутствующие данные. Важно показать, что этот подход не подвержен искажениям в недостающих данных (неслучайное отсутствие; e.г. больше недостающих данных, поступающих от пожилых людей, что «помогает» узнать о возрастных эффектах).
Рекомендация: Эту проблему можно легко решить, например, путем сравнения производительности модели между двумя сценариями отсутствия в полностью доступном наборе данных. В одном сценарии недостающие данные поступают от субъектов с однородным возрастным распределением, а в другом сценарии вводится систематическая ошибка при выборе возраста, т.е. большая часть недостающих данных поступает от людей старшего возраста.

Мы благодарим рецензентов за то, что подняли этот вопрос.Нам кажется, что мы, возможно, недостаточно четко заявили, что чувствительность нашего метода к неслучайным пропускам — это не ошибка, а особенность. Наш метод, по замыслу, обязательно учится на любых неслучайных упущениях, которые могут быть желательными или нежелательными в различных контекстах. Теперь мы расширили соответствующий раздел результатов, чтобы сделать этот момент явным и предложенным в качестве диагностического инструмента для обнаружения неслучайных пропусков путем обучения случайного леса только на основе входных данных, включая нули или индикаторы отсутствия.В нашем случае результирующая производительность модели была хорошо согласована с распределением оценок на уровне шансов, что позволяет предположить, что отсутствующие значения не были связаны со старением:

«Важно подчеркнуть, что если недостающие значения зависят от возраста, оппортунистическая модель неизбежно фиксирует эту информацию и, следовательно, основывает свои прогнозы на неслучайных пропущенных данных. […] В текущих настройках модель обучена на индикаторах отсутствующих данных, выполненных на случайном уровне ( Pr _{< Chance} = 30.00%, M = 0,65, SD = 1,68, P _2,5,97,5 = [–2,96,3,60]), предполагая, что отсутствующие значения не информативны для возраста ».

6) Задача: необходимо лучше интегрировать или разделить основной отчет и приложение — обширный текст посвящен дополнительным рисункам (например, рисунки 2 и 4 приложения к рисункам).
Рекомендация: Если дополнительные материалы так важны для вывода статьи, возможно, было бы более полезно включить их в основной текст статьи.В противном случае предлагаю авторам перенести соответствующие пояснения в приложения.

Мы пересмотрели представление результатов, чтобы обеспечить более четкое разделение труда между основным текстом и дополнением. Каждый дополнительный анализ теперь резюмируется одним предложением в основном тексте, а подробное контекстное обсуждение приводится в соответствующих подписях к дополнительным рисункам:

Дополнения к рисунку 2:

«Этот аддитивный компонент также стал очевиден при рассмотрении прогнозного моделирования того, как модель фактически объединила МЭГ, фМРТ и МРТ (рисунок 2 — рисунок в приложении 2) с использованием двумерного анализа частичной зависимости (Karrer et al., 2019; Hastie et al., 2005, глава 10.13.2). Более того, изучение возрастных улучшений с помощью суммирования показывает, что суммирование преимущественно равномерно сокращает ошибки предсказания (рисунок 2 — приложение к рисунку 3), а не систематически снижает предвзятость возраста мозга (Le et al., 2018; Smith et al., 2019). ”

Дополнения к рисунку 4:

«Более того, анализ частичной зависимости (Karrer et al., 2019; Hastie et al., 2005, глава 10.13.2) показал, что случайный лес уровня II извлекает нелинейные функции (рисунок 4 — приложение к рисунку 3).Наконец, лучшие модели с накоплением имели меньшие ошибки, чем лучшие линейные модели (рисунок 4 — приложение к рисунку 4), что позволяет предположить, что суммирование позволяет достичь большего, чем простой выбор переменных путем извлечения неизбыточной информации из входных данных ».

7) Задача: авторы демонстрируют, что их подход может идентифицировать изменчивость обнаруженных сигналов с поведенческой значимостью. Авторы исследовали этот вопрос, проверяя взаимосвязь между остаточными возрастными изменениями мозга и когнитивными показателями, ортогонализированными по хронологическому возрасту.Интересно, почему авторы приняли этот модульный процесс, который подвергся некоторой критике, в отличие от одноуровневой модели, которая может гибко учитывать все переменные в одной модели (Lindquist, Geuter, Wager and Caffo, 2019).
Рекомендация: Авторы должны хотя бы указать на этот выбор в статье. (Линдквист и др., 2019).
8) Проблема: похоже, авторы не учли включение не представляющих интерес переменных, которые могут привести к ложным корреляциям.
Рекомендация: Следует контролировать такие переменные, как пол, руки, движение головы, общий объем серого вещества и общий внутричерепной объем, чтобы гарантировать специфичность результатов. Один из способов решить оба вопроса — это оценить модель с несколькими предикторами, включая возраст, когнитивные переменные (например, Кеттелла) и ковариаты, не представляющие интереса, где зависимой переменной является возраст мозга. Затем статистика по интересующей когнитивной переменной, которая укажет на уникальный вклад в прогнозирование возраста мозга сверх хронологического возраста и ковариат (т.е. индивидуальная изменчивость), можно представить в формате, представленном на Рисунке 3.

Мы благодарим рецензентов за то, что поделились этой ссылкой и предложили расширенное устранение ошибок. Фактически, наш метод был основан на обсуждении в Smith et al., 2019

(https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2019.06.017) и прагматично мотивирован: модульные методы проще объяснить. Чтобы выйти за рамки модульной модели, мы также выполнили совместную модель с полиномиальными смешениями, такими как $ score = brain_age + poly (age, 3) + error $, а затем извлекли коэффициент возраста мозга, на этот раз количественно оценив эффекты, обусловленные искажающими факторами.Кроме того, мы включили дополнительные искажающие параметры пола, руки и движения в третью модель.

Обратите внимание, что коррекция движения уже была выполнена во время предварительной обработки фМРТ и что при локализации источника МЭГ учитывалась индивидуальная геометрия головки, а также потенциальное искажение шума окружающей среды посредством отбеливания с ковариацией шума, полученной из записей пустой комнаты. Аналогичным образом, следуя работе Liem et al., 2017, мы включили общее серое вещество и общий внутричерепной объем как важные представляющие интерес характеристики среди функций МРТ.

Мы обнаружили, что альтернативные модели не повлияли на наши выводы, и заметили, что деконфаундирование, похоже, даже улучшает размер эффекта моделей.

Мы переработали и расширили описание материалов и методов, включили ссылку на модульность и сообщили об альтернативных регрессионных моделях в подразделе «Анализ корреляции мозга и поведения».

«Возраст мозга Δ был определен как разница между прогнозируемым и фактическим возрастом человека. BrainAgeΔ = agepred − age, так что положительные значения количественно переоценивают переоценку, а отрицательные — недооценку.[…] Следуя работе Liem et al., 2017, мы включили общее серое вещество и общий внутричерепной объем как важные представляющие интерес характеристики среди функций МРТ ».

См. Рисунок 3 — дополнение к рисунку 4 и рисунок 3 — дополнение к рисунку 5.

9) Проблема: предыдущий комментарий вызвал озабоченность по поводу неинтересных ковариат и их рассмотрения в апостериорном анализе.
Рекомендация: Было бы действительно полезно узнать мнение авторов о том, может / должен ли подход включать в себя ковариаты, не представляющие интереса для Уровня I.Это может быть особенно актуально, если каждая модальность связана с «уникальными» ковариатами, не представляющими интереса (например, движение головы в fMRI или SNR записи пустой комнаты в MEG). Хотя я предполагаю, что комбинация нескольких наборов данных уменьшит эту предвзятость, что подводит меня к следующему пункту.

Мы благодарим рецензентов за поднятие этого интересного момента. Мы несколько обеспокоены тем, что включение ковариат на первом уровне может излишне увеличить количество оцениваемых параметров и в то же время привести к ограниченным результатам из-за недостаточной выразительности модели гребня.Однако включение ковариат во второй уровень должно быть более перспективным, поскольку количество переменных останется небольшим, а случайный лес может изучать произвольно глубокие эффекты взаимодействия между ковариатами и моделями умственного развития. Затем изменение производительности и важности переменных можно использовать для оценки влияния помех. Этот вопрос методологически интересен и побуждает к отдельному исследованию в более специализированном журнале. Мы еще раз благодарим рецензентов за стимулирование этого интересного направления мышления.

10) Рекомендация: было бы действительно полезно, чтобы авторы могли рассмотреть возможность сообщения о том, какая часть данных на уровне I способствовала общей производительности модели, то есть какова топография в каждой модальности, которая имеет значение (например, атрофия в лобных областях, связность в DMN и т. Д.)?

Благодарим рецензента за это замечание. Интерпретация линейных моделей большой размерности по их параметрам не всегда простая задача. Коллинеарность и шум могут придавать большое значение характеристикам, которые не являются принципиально важными.Для отображения карт весов в таких параметрах большой размерности требуются специальные инструменты (ReNa https://dx.doi.org/10.1109/TPAMI.2018.2815524 и т. Д .;), ведущие к модификациям прогнозных моделей, используемых на уровне 1, которые были оптимизированы для прогнозирования, но не интерпретируемость. Принятие методов интерпретируемости обязательно приведет к конвейеру параллельных методов, интеграция которого выйдет за рамки статьи. Мы признали это важное ограничение в новом специальном разделе ограничений в конце Обсуждения.

«Для настоящего исследования мы видим четыре основных ограничения: доступность данных, интерпретируемость, неисчерпывающее проектирование функций и потенциальное отсутствие обобщаемости из-за акцента на MEG. […] Тем не менее, мы надеемся, что выводы из нашей работы будут стимулировать исследования связи между МЭГ, фМРТ и МРТ на протяжении всей жизни с использованием структуры, ориентированной на умозаключения ».

11) Проблема: Некоторые результаты или объяснения результатов в Обсуждении не являются интуитивно понятными или, возможно, недостаточно объяснены в контексте существующей литературы и дизайна анализа.
Рекомендация: пересмотрите обсуждение, чтобы устранить эту проблему.

Мы благодарим рецензентов за указание на вопросы, касающиеся интерпретации результатов. Мы проработали проблемы и соответствующим образом обновили рукопись.

12) Проблема: Ограничения — Ограничения методологии (т. Е. Ее допущений) или выбора функций (т. Е. Статических или динамических) не адекватно помещены в контекст и не обсуждаются.
Рекомендация: Авторам необходимо хотя бы вкратце обсудить, как потенциальные нарушения предположений могут повлиять на результаты.

Благодарим рецензентов за это предложение. Мы добавили раздел с явными ограничениями в конце отрывка для обсуждения.

https://doi.org/10.7554/eLife.54055.sa2

Регистрация ультразвуковых и магнитно-резонансных изображений на основе изображений: предварительное исследование

Абстрактные

Ряд хирургических процедур планируется и выполняется на основе медицинских изображений. Обычно изображения рентгеновской компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ) получают перед операцией для диагностики и планирования хирургического вмешательства.В операционной выполнение хирургического плана становится возможным благодаря совмещению предоперационных изображений и хирургического пространства, в котором находится анатомия пациента. В этой статье мы представляем новый автоматический алгоритм, в котором мы используем ультразвуковые (УЗИ) 2D изображения в B-режиме для регистрации системы координат дооперационного МР-изображения с хирургическим пространством, которое в наших экспериментах представлено опорной системой координат магнитного положения постоянного тока. датчик. Датчик положения также используется для отслеживания положения и ориентации изображений США.Кроме того, мы смоделировали анатомию пациента с помощью изготовленных на заказ фантомов. Наш алгоритм регистрации представляет собой гибрид между алгоритмами регистрации на основе реперных координат и изображений. Первоначально мы выполняем регистрацию твердого тела на основе реперных точек между MR и пространством датчика положения. Затем, изменяя различные параметры преобразования на основе реперных точек твердого тела, мы производим рассовмещение МР-сенсора для имитации возможных движений реперных точек кожи и / или органов. Преобразование с возмущением служит начальной оценкой для алгоритма регистрации на основе изображений, который использует нормализованную взаимную информацию в качестве меры сходства, где одно или несколько УЗ-изображений фантома автоматически сопоставляются с набором данных МР-изображения.Используя регистрацию на основе реперных точек в качестве золотого стандарта, мы могли вычислить точность алгоритма регистрации на основе изображений при регистрации МРТ и сенсорных пространств. Ошибка регистрации варьировалась в зависимости от количества 2D-изображений, использованных для регистрации. Хорошим компромиссом между точностью и временем вычислений было использование 3-х срезов США. В этом случае ошибка регистрации имела среднее значение 1,88 мм и стандартное отклонение 0,42 мм, тогда как необходимое время вычисления составляло примерно 52 секунды.Субдискретизация данных США с коэффициентом 4 X 4 и уменьшение количества ячеек гистограммы до 128 сократило время вычислений примерно до 6 секунд. с небольшим увеличением ошибки регистрации.

Текущие тенденции использования нанобиосенсоров для диагностики в местах оказания медицинской помощи

Для обеспечения более качественного медицинского обслуживания очень важно, чтобы высокие стандарты управления здравоохранением были достигнуты путем принятия своевременных решений на основе быстрой диагностики, интеллектуального анализа данных, и анализ информатики.Тестирование в месте оказания медицинской помощи обеспечивает быстрое обнаружение аналитов рядом с пациентами, что способствует более точной диагностике, мониторингу и лечению заболеваний. Это также позволяет быстро принимать медицинские решения, поскольку заболевания можно диагностировать на ранней стадии, что приводит к улучшению результатов здоровья пациентов, позволяя им начать лечение на ранней стадии. В недавнем прошлом были разработаны различные потенциальные устройства для оказания медицинской помощи, и они прокладывают путь к тестированию в местах оказания медицинской помощи следующего поколения. Биосенсоры являются очень важными компонентами устройств для оказания медицинской помощи, поскольку они непосредственно отвечают за биоаналитические характеристики эссе.Как таковые, они были исследованы на предмет их перспективных приложений в местах оказания медицинской помощи, необходимых для персонализированного управления здравоохранением, поскольку они обычно оценивают уровни биологических маркеров или любой химической реакции, производя сигналы, в основном связанные с концентрацией анализируемого вещества, и, следовательно, могут обнаруживать маркеры, вызывающие заболевания, такие как биологические жидкости. Их высокая селективность и чувствительность позволили раннюю диагностику и лечение целевых заболеваний; следовательно, своевременное принятие решений о терапии и сочетание с нанотехнологиями могут улучшить оценку начала заболевания и его прогрессирования, а также помочь в планировании лечения многих заболеваний.В этом обзоре мы исследуем, как нанотехнологии использовались при разработке наносенсоров, и текущие тенденции в использовании этих наносенсоров для диагностики различных заболеваний в местах оказания медицинской помощи.

1. Введение

Более качественное управление здравоохранением имеет решающее значение для обеспечения лучшего здравоохранения [1–3], и более высокие стандарты управления здравоохранением могут быть достигнуты путем принятия своевременных решений на основе быстрой диагностики, интеллектуального анализа данных и информатики анализ [3]. Это требует умной терапии, аналитических инструментов и диагностических систем для улучшения здоровья [3, 4].Эффективное управление прогрессированием заболевания и оценка мониторинга, которые важны для понимания эпидемии и ведения болезни, зависят от оптимизации терапии [3]. Таким образом, разработка интеллектуальных диагностических систем для персонализированной медицинской помощи, таких как устройства для оказания медицинской помощи, является обязательной. Тестирование в месте оказания медицинской помощи обеспечивает быстрое обнаружение аналитов рядом с пациентами, что способствует более точной диагностике, мониторингу и лечению заболеваний. Это также позволяет быстро принимать медицинские решения, поскольку заболевания можно диагностировать на ранней стадии, что приводит к улучшению показателей здоровья пациентов, позволяя им начать лечение на ранней стадии [5].В последние годы было разработано множество потенциальных устройств для оказания медицинской помощи, которые открывают путь к тестированию в местах оказания медицинской помощи следующего поколения [6]. Биосенсоры, представляющие собой аналитические устройства, которые преобразуют или преобразуют биологический ответ в поддающийся количественной оценке сигнал [7], являются очень важным компонентом устройств для оказания медицинской помощи, поскольку они непосредственно отвечают за биоаналитические характеристики эссе [6]. Поддающийся количественной оценке сигнал может быть оптическим, электрохимическим, пьезоэлектрическим или тепловым, как показано на рисунке 1.Электрохимические биосенсоры привлекали большое внимание в недавнем прошлом из-за их высокой чувствительности, точности, низких пределов обнаружения и большого потенциала в анализе реальных образцов [8]. Они были исследованы на предмет их перспективного применения в местах оказания медицинской помощи, необходимых для персонализированного управления здравоохранением [3, 9], поскольку они обычно оценивают уровни биологических маркеров или любой химической реакции, производя сигналы, в основном связанные с концентрацией анализируемого вещества и, следовательно, может обнаруживать маркеры, вызывающие заболевание, такие как биологические жидкости [7, 10].Их высокая селективность и чувствительность позволили раннюю диагностику и лечение целевых заболеваний; следовательно, своевременное принятие решений о терапии [3] и сочетание биосенсоров с нанотехнологиями может улучшить оценку начала заболевания и его прогрессирования, а также помочь в планировании лечения многих заболеваний [7].

Область нанотехнологий, изучающая манипуляции с веществом на атомном и молекулярном уровнях, включает производство и применение физических, химических и биологических систем в масштабе 1–100 нанометров.Эти материалы, обычно известные как наночастицы или наноматериалы, преобразуют научный мир в основном благодаря своим исключительным физическим, химическим и биологическим свойствам по сравнению с их объемными аналогами [11] и нашли широкий спектр применения, особенно в области биомедицинская, оптическая, медицинская визуализация, катализ и электроника [12–15]. Они хорошо подходят для биочувствительности благодаря своим улучшенным каталитическим свойствам, переносу электронов и их способности использоваться для мечения и адсорбции биомолекул [16].Уникальные физико-химические свойства наночастиц привели к разработке биосенсоров, таких как наносенсоры, для диагностики заболеваний в местах оказания медицинской помощи. Их небольшой размер обычно улучшает характеристики других методов, таких как электрохимические и ферментативные биосенсоры, за счет увеличения скорости переноса электронов, а также за счет сокращения расстояний между ферментом и электродом [17]. Наночастицы благородных металлов также могут усиливать локализованный поверхностный плазмонный резонанс (SPR) и, соответственно, могут улучшать оптические биосенсоры [18].Например, изменение цвета этих наночастиц из-за их межчастичного плазмонного взаимодействия широко используется в биосенсорах, основанных на агрегации наночастиц [19–24]. В этом обзоре исследуются последние тенденции использования этих наносенсоров в диагностике в местах оказания медицинской помощи.
2. Различные нанодатчики для диагностики на месте
2.1. Наносенсоры для диагностики рака на месте
Рак является одной из ведущих причин смерти не только в развивающихся странах, но и составляет одну из каждых семи смертей в мире [25, 26].Существует более 200 типов рака, но наиболее распространенными являются рак груди, рак яичников, рак простаты, рак пищевода, колоректальный рак, рак легких, рак мочевого пузыря, рак почек, лимфома, рак кожи, рак печени, рак поджелудочной железы и рак щитовидной железы [27]. Рак молочной железы и рак яичников — это наиболее часто встречающиеся виды рака у женщин, опасные для жизни. Ежегодно диагностируется около 180 000 новых случаев рака груди, а у 238 000 женщин во всем мире диагностируется рак яичников, из которых 151 000 умирают [28].Ранний скрининг и диагностика являются признанными методами повышения вероятности выживания и выздоровления от рака, что приводит к значительному снижению смертности от рака [29].
Диагностика рака обычно включает выявление симптомов и характеристик, которые указывают на наличие аномалий, которые включают биомаркеры [30], такие как нуклеиновые кислоты, белки, сахара, целые клетки, цитокинетические параметры, цитогенетические параметры и небольшие метаболиты, обнаруженные в жидкостях организма [29] ]. Кровь содержит широкий спектр белковых биомаркеров, которые могут быть использованы для ранней диагностики и обнаружения рака [31].Однако обычные анализы крови для раннего выявления биомаркеров рака дают низкую чувствительность из-за низкой концентрации биомаркеров в сердечно-сосудистой системе [32]. Для эффективного обнаружения биомаркеров в крови необходимы сенсоры, чувствительность которых позволяет им обнаруживать биомаркеры в миллион раз ниже, чем концентрация других белков крови [31]. В настоящее время существует ограниченное количество устройств для раннего скрининга, диагностики и мониторинга прогресса рака [33]. Те немногие устройства, которые уже существуют, являются дорогостоящими, требуют много времени, используют сложное оборудование, их использование требует централизованных или стационарных лабораторий и большого опыта в их эксплуатации [26].Новые устройства необходимы для сверхчувствительной и точной диагностики в месте оказания медицинской помощи для раннего скрининга и выявления биомаркеров рака даже у постели больного [33]. Идеальное диагностическое устройство на месте — это портативное устройство, обеспечивающее надежность. Это требует исследований по разработке новых устройств, которые будут предлагать непрерывный и экономичный мониторинг рака in vivo в режиме реального времени, что обеспечит раннюю диагностику, эффективность лекарств и эффективную доставку лекарств [34]. Использование нанотехнологий для диагностики лекарств, доставки лекарств и терапии рака позволило использовать наноматериалы для извлечения и обнаружения специфических биомаркеров опухоли [35], циркулирующих опухолевых клеток или внеклеточных пузырьков, выделяемых опухолью [36].Недавние исследования показали появление технологий на основе нано- и микротехнологий, которые интегрированы с различными сенсорными платформами [33] и молекулярными коммуникациями [32]. Несколько авторов сообщили о изготовлении различных сенсоров для биомаркеров рака. В этом разделе рассматриваются последние достижения в области применения наносенсоров для определения биомаркеров рака.
Мобильные наносенсоры для раннего обнаружения рака кровеносных сосудов были предложены и опубликованы в 2018 г. [32]. Авторы этой работы сосредоточились на раковых клетках, расположенных в определенных областях кровеносного сосуда, и их обнаружение было основано на производстве и выбросе биомаркеров, которые указывают на аномалию в сердечно-сосудистой системе.Нацеливаясь на определенные области кровеносного сосуда, авторы обеспечили близкое расположение датчика к высокой концентрации раковых клеток и, следовательно, биомаркеров рака. Авторы смогли преодолеть проблемы, с которыми сталкиваются обычные анализы крови для раннего обнаружения биомаркеров рака из-за их низкой концентрации в случайно выбранных образцах крови.
Моханти и его коллеги [37] сообщили об использовании кремниевых наноканальных полевых транзисторных биосенсоров для диагностики и скрининга рака груди.Использование кремниевых наноканалов позволило обнаруживать одиночные молекулы из-за высокого отношения поверхности к объему и гарантировало высокую чувствительность благодаря их превосходным электрическим свойствам и небольшим размерам. В другом исследовании Williams et al. [38] они разработали имплантируемый сенсор на основе углеродных нанотрубок для оптического обнаружения in vivo белка 4 придатка яичка человека (HE4), который является биомаркером рака яичников. Датчик был основан на свойствах излучения однослойной углеродной нанотрубки (SWCNT) в ближнем инфракрасном диапазоне для преобразования активности связывания HE4 — антитела.Путем модуляции длины волны излучения ОСУНТ комплекс углеродных нанотрубок и антител смог специфически обнаружить HE4 и дифференцировать тяжелую серьезную карциному яичников от контрольных пациентов, как показано на рисунке 2. Авторы дополнительно модифицировали датчик в имплантируемую форму и вставили хирургическим путем. это в мышей. Полученные результаты показали большой успех в количественном обнаружении экзогенно полученного HE4 и эндогенно детектированного HE4 в ортотопических мышиных моделях рака яичников для дифференциации HE4-продуцирующих моделей от моделей с дефицитом биомаркеров.Их результаты показали, что устройство продемонстрировало большой потенциал в раннем обнаружении биомаркера рака яичников, локализованного в определенной области тела. Он также может отслеживать прогрессирование реакции рака на лекарства. Однако авторы не упомянули и не исследовали эффекты биоаккумуляции углеродных нанотрубок в организме человека. Более того, применимость изготовленного датчика для диагностики рака на месте, стоимость и доступность для сельских пациентов — это аспекты, которые требуют дальнейших исследований, улучшений и испытаний для потенциального использования.

2.2. Наносенсоры для диагностики диабета на месте
Диабет — быстро развивающаяся проблема, от которой в настоящее время страдают миллионы людей во всем мире [39]. Это может привести к ряду серьезных осложнений, таких как ампутации нижних конечностей, слепота, сердечно-сосудистые заболевания [39] и диабетическая болезнь почек [40]. Хотя диабет неизлечим, пациенты могут уменьшить его осложнения, тщательно отслеживая и контролируя уровень глюкозы в крови [7, 39, 41]. Раннее выявление и стратегии предотвращения прогрессирования диабета будут иметь большое значение для пациентов, а также будут экономически выгодны для страны с ограниченными ресурсами [40].Исследования показали, что контроль уровня глюкозы в крови в пределах нормы, обычно находящийся в диапазоне 4,9–6,9 мМ у здоровых людей, может помочь улучшить состояние микрососудов (нефропатия, нейропатия и ретинопатия) и макрососудов (ишемическая болезнь сердца и инсульт). ) осложнения [7]. Для достижения оптимального контроля уровня глюкозы в настоящее время пациенты обычно берут небольшой образец крови, обычно путем укола пальца, который затем помещается на сенсорную тест-полоску и затем считывается портативным электронным считывателем, который сообщает кровь. концентрация глюкозы [39, 41].Датчики глюкозы, которые используются с 1970-х годов, основаны на электрохимических ферментативных измерениях с помощью электродов с трафаретной печатью [41, 42] и обеспечивают быстрое и точное измерение уровня глюкозы в крови без необходимости лабораторного анализа [39, 41, 42]. Другие биосенсоры глюкозы, о которых сообщается в литературе, включают флуоресцентные биосенсоры.
Однако сообщалось о некоторых ограничениях упомянутых подходов. Например, процесс отбора проб является болезненным, и анализ не может быть проведен, если пациент не бодрствует и пропускает большие колебания между точками отбора проб [39, 42–44].Кроме того, ранняя диагностика в удаленных условиях с ограниченными ресурсами является сложной задачей из-за отсутствия доступа к дорогим, хорошо оборудованным клиническим лабораториям и обученному медицинскому персоналу [40]. Из-за этих ограничений в диагностических методах значительные исследовательские усилия сосредоточены на разработке усовершенствованных методов измерения уровня глюкозы в крови. Разработка экономичных и простых в применении диагностических инструментов остается важной целью глобального здравоохранения [40]. В результате появились новые коммерческие продукты для непрерывного мониторинга уровня глюкозы, в которых дискретные временные точки отбора проб крови выполняются в течение дня, обеспечивая диабетикам приемлемые данные для контроля уровня глюкозы в крови [39].Другим многообещающим подходом является обнаружение биомаркеров в доступных жидкостях организма с помощью биосенсоров в местах оказания медицинской помощи, поскольку они потенциально могут улучшить уход за пациентами за счет мониторинга состояния здоровья в режиме реального времени и удаленного [40]. Нанотехнологические исследования с использованием наносенсоров и наноматериалов также направлены на непрерывный мониторинг, и они повлияли на эти усилия, увеличив площадь поверхности сенсоров, улучшив каталитические свойства электродов и предоставив наноразмерные сенсоры [39], и используются в этих целях. медицинские приборы для диагностики диабета.Например, каталитические наноматериалы, такие как углеродные нанотрубки [45], графен [46], нановолокна электроспрядения и квантовые точки, были включены в биосенсоры для повышения их чувствительности, времени отклика и ограничения обнаружения [47]. В настоящее время разрабатывается широкий спектр новых биосенсоров с наноматериалами, таких как «лаборатория на кристалле» и наносенсорные устройства для определения уровня глюкозы in vivo и in vitro. Такие инструменты мониторинга в реальном времени представляют собой мощный инструмент диагностики и мониторинга для измерения уровня глюкозы в исследованиях диабета и диагностике в местах оказания медицинской помощи [47].На рисунке 3 показано развитие глюкозных биосенсоров от первого поколения до наноглюкозных сенсоров, как объяснили Час и Кларк [39].
Биочувствительность глюкозы с графеном дала многообещающие результаты, как сообщили Kang et al. [48]. В своей работе они разработали биосенсор глюкозы на основе графена с использованием графена и хитозана и нанесли смесь по каплям на стеклоуглеродный электрод. Их графеновый биосенсор был способен измерять глюкозу с пределом обнаружения 0,3603 мг / дл и линейным диапазоном чувствительности 1.От 4412 мг / дл до 216,1871 мг / дл [48]. Аналогичным образом, Alwarappan et al. разработали полипиррол (Ppy) -графеновый биосенсор, используя Ppy для инкапсуляции и захвата графена и глюкозооксидазы (GOx) на стеклоуглеродном электроде [49]. Их биосенсор был способен обнаруживать глюкозу с пределом обнаружения 5,4 × 10 ^–2 мг / дл и с линейным диапазоном обнаружения 3,60 × 10 ^–2–0,7206 мг / дл [49]. Кроме того, графен, изготовленный из металлических наночастиц, был использован для разработки биосенсоров для глюкозы с очень многообещающими результатами, как сообщили Лу и др.[50]. В своей работе они использовали нанопластины из расслоенного графита (xGnP), которые они диспергировали в этиленгликоле с предшественником платины (Pt), обрабатывали ультразвуком и центрифугировали с образованием xGnP, украшенных наночастицами Pt. Затем они использовали Nafion для стабилизации нанопластинок вместе с глюкозооксидазой. Их биосенсоры показали высокую чувствительность к глюкозе с пределом обнаружения 1,80 × 10 ^–2 мг / дл и линейным диапазоном чувствительности 18,0156–360,3118 мг / дл. Другой сенсор глюкозы на основе графена был разработан Клауссеном и др. С использованием химического осаждения из паровой фазы.[51]. В своей работе они выращивали многослойные графеновые лепестковые нанолисты (MGPN) на поверхности на основе кремния для использования в биочувствительности глюкозы. Они использовали электрохимическое осаждение для нанесения наночастиц Pt на лепесток 3D графена с последующим электрохимическим осаждением проводящего поли (3,4-этилендиокситиофена) -поли (стиролсульфоната), легированного GOx. Затем они изменили размер, плотность и морфологию наночастиц Pt, изменив величину импульса тока, используемого для осаждения наночастиц.Было обнаружено, что их биосенсор имеет более низкий предел обнаружения глюкозы (5,40 × 10 ^–3 мг / дл) и более широкий линейный диапазон чувствительности (0,1801–900,7795 мг / дл), чем наноструктурированные биосенсоры [51]. Затем они пришли к выводу, что такой широкий линейный диапазон измерения глюкозы может позволить контролировать уровень глюкозы в крови, слюне, слезах и моче, позволяя использовать новые протоколы неинвазивного измерения для одновременного мониторинга глюкозы в многочисленных образцах сыворотки [51, 52].
Металлические наночастицы, как упоминалось ранее, использовались для улучшения характеристик сенсора и, следовательно, были использованы при разработке биосенсоров, основанных на инновационных принципах обнаружения, и, как результат, они также использовались для улучшения биосенсоров глюкозы.Например, суспензии наночастиц в растворах также использовались для обнаружения глюкозы электрохимическими и оптическими методами [47]. Такие исследователи, как Росси и др. [53] извлекли выгоду из способности магнитных наночастиц легко доставляться и восстанавливаться в биомедицинских приложениях для иммобилизованных ферментов для разработки биосенсоров. Например, в одном из своих исследований Rossi et al. иммобилизованная глюкозооксидаза на наночастицах магнетита размером 20 нм (Fe ₃ O ₄), способных определять концентрации глюкозы до 360.3118 мг / дл в течение 3 месяцев при хранении при 4 ° C [53]. Точно так же квантовые точки состояли из сульфида цинка, легированного марганцем (ZnS), функционализированного глюкозооксидазой и способного определять глюкозу с пределом обнаружения 0,0540 мг / дл и двумя линейными диапазонами от 0,1802 до 1,8016 мг / дл и от 1,8016 до 18,0156 мг / дл в режиме обнаружения фосфоресценции [54].
Поверхности электродов использовались в качестве сенсорных поверхностей, на которых можно иммобилизовать металлические наночастицы, и поэтому было разработано большое количество биосенсоров глюкозы с металлическими наночастицами и квантовыми точками [55, 57].Массив наноэлектродов, созданный на одной поверхности электрода путем разделения наночастиц или нанопроволок между непроводящими изоляционными материалами, такими как оксид алюминия, упорядоченным образом, также использовался для биосенсоров глюкозы из-за их улучшенного отношения сигнал / шум, улучшенного массопереноса и улучшенного пределы обнаружения [58]. Например, массив из платиновых нанопроволок диаметром 250 нм, выращенных в поликарбонатной мембране с помощью метода электроосаждения, был разработан Янгом и др. и был способен обнаруживать глюкозу в широком линейном диапазоне от 0.018 и 540,477 мг / дл при функционализации глюкозооксидазой [59] и был способен обнаруживать глюкозу в образцах крови. Также Wen et al. [60] разработали биосенсор на основе платино-углеродных нанотрубок для определения глюкозы, вставив наночастицы платины в массивы углеродных нанотрубок и функционализировав их с помощью глюкозооксидазы. Было обнаружено, что их биосенсор способен обнаруживать глюкозу с диапазоном обнаружения от 0,0288 до 207,1793 мг / дл и с низким диапазоном обнаружения 0,9909 мг / дл [60]. Кроме того, дополнительные исследования показали, как наночастицы, электроосажденные на массивах горизонтально ориентированных углеродных нанотрубок, выращенных из пористой анодной матрицы из оксида алюминия, могут быть использованы для разработки биосенсоров глюкозы [61, 62].Claussen et al. электроосажденные массивы углеродных нанотрубок наночастиц платины с различными плотностями тока, которые изменяли плотность наночастиц с глюкозооксидазой, ковалентно связанной с частицами, для создания ферментативных биосенсоров глюкозы [62]. Повышенная относительная плотность наночастиц платины, нанесенных на углеродные нанотрубки, улучшила линейный диапазон чувствительности к глюкозе с 5,4047–270,2334 мг / дл до диапазона 1,8016–360,3118 мг / дл [62], а также предел обнаружения, который показал улучшение по сравнению с диапазоном 1.От 3331 мг / дл до 0,1045 мг / дл для их биосенсора глюкозы [62]. В другом исследовании, проведенном Клаусеном и др., Матрицы золотых наноэлектродов были способны обнаруживать глюкозу с линейным диапазоном обнаружения до 378,3274 мг / дл и пределом обнаружения 1,8016 мг / дл [63]. В этом исследовании золотые нанопровода были выращены в пористой матрице из анодного оксида алюминия с помощью метода электроосаждения и ковалентной иммобилизации глюкозооксидазы [63].
Из того, что было описано выше, нанотехнология смогла улучшить чувствительность и линейные диапазоны различных биосенсоров глюкозы, что очень важно для диагностических устройств в местах оказания медицинской помощи.
2.3. Наносенсоры для диагностики инфекционных заболеваний на месте
Инфекционные заболевания, такие как малярия, вирусный гепатит, лихорадка денге, холера, тяжелый респираторный синдром и птичий грипп, обычно вызываются патогенными микроорганизмами, такими как вирусы, грибы, бактерии и паразиты которые оказывают глубокое влияние на человечество благодаря своим отличительным характеристикам, таким как быстрое размножение и непредсказуемость, которая отличает их от других болезней [64–67].Эти заболевания являются основной причиной смерти в развивающихся странах [67, 68], где более 95% этих смертей вызваны отсутствием надлежащей диагностики и лечения, например трудностями в доступе к адекватной инфраструктуре здравоохранения [64, 69]. Что еще более важно, широко распространенные инфекционные заболевания вызывают постоянный рост показателей заболеваемости и смертности в развивающихся странах и могут легко распространяться по всему миру из-за увеличения числа путешествий по миру [64, 70]. Таким образом, существует острая необходимость в разработке нового и нового диагностического инструмента для обнаружения инфекционных заболеваний, чтобы остановить распространение, обезопасить общественное здоровье и способствовать лечению [64].По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), идеальный диагностический прибор для инфекционных заболеваний должен иметь высокую чувствительность, специфичность, точность, надежность, удобство в использовании и недорогое [64, 67, 71]. Традиционные методы диагностики этих заболеваний включают культивирование и микроскопию, иммунологию и стратегии полимеразной цепной реакции (ПЦР) [72–75]. Хотя эти методы в значительной степени способствовали обнаружению и диагностике инфекционных заболеваний и в значительной степени способствовали профилактике и лечению различных инфекционных заболеваний, они продемонстрировали ряд ограничений, таких как неточность и медлительность, а также они дороги и требуют квалифицированного опыта, особенно в развивающихся странах [ 64].Это требует разработки новых и улучшенных диагностических методов для раннего выявления и высокой чувствительности, а также потенциала тестов в местах оказания медицинской помощи (POCT), позволяющих предотвращать и лечить эти инфекционные заболевания среди семей и в местных клиниках по всему миру [64, 76 ].
Благодаря уникальным свойствам наноматериалов в оптических, механических, магнитных, каталитических и электрических аспектах [64] развитие нанотехнологий нашло множество приложений, особенно в биомедицинских приложениях, таких как тканевая инженерия, доставка лекарств, биоимиджинг и нанодиагностика [77 –79].Благодаря своим уникальным характеристикам в отношении раннего обнаружения, высокой чувствительности и возможности проведения тестов в местах оказания медицинской помощи, нанодиагностика привлекает наибольшее внимание при диагностике инфекционных заболеваний [76] из-за их способности предлагать портативность, надежность и доступность. В этом обзоре мы сосредоточимся на различных устройствах нанодиагностики, разработанных для диагностики различных инфекционных заболеваний в местах оказания медицинской помощи.
В исследовании, опубликованном Zhang et al. [80], они разработали простой и эффективный метод, который улучшил чувствительность обнаружения иммуноанализа дот-блоттингом за счет усиления регистрируемых флуоресцентных сигналов с помощью QD-наночастиц (QDNB).Они использовали приготовленные QDNB в качестве индикаторов усиленного сигнала и обнаружили, что всего 78 пг белков поверхностного антигена гепатита B (HBsAg) можно обнаружить в одноэтапном тесте [80]. Их результаты также можно было прочитать в условиях стандартной УФ-лампы, что исключает необходимость в сложных инструментах и, таким образом, дает возможность для разработки POCT-устройств на основе QDNB для лечения гепатита B [80]. Металлические наночастицы золота и серебра также использовались при разработке нанодиагностики, поскольку они могут излучать интенсивное поглощение при взаимодействии с электромагнитным излучением [81].Наночастицы золота в растворе меняют цвет с красного на синий, и это использовалось для нанодиагностики, поскольку многие различные молекулы, такие как антитела, антигены и ферменты, могут быть конъюгированы с этими наночастицами золота в качестве электрохимических меток, оптических зондов и усилителей передачи сигналов. для диагностики различных заболеваний [64]. Например, Darbha et al. [82] продемонстрировали использование золотых наностержней для диагностики ВИЧ благодаря их нелинейным оптическим свойствам второго порядка [82]. Золотые наностержни продемонстрировали быстрое, простое и эффективное обнаружение ДНК вируса ВИЧ-1 с несоответствием одного основания с помощью спектроскопии спектроскопии гипер-рэлеевского рассеяния (HRS) [82].Аналогичным образом, метод HRS с наночастицами золота также был разработан для выявления инфекционных заболеваний, вызванных вирусом гепатита С (HVC), в исследовании Griffin et al. [83]. В своей работе они конъюгировали золотые наночастицы с оцРНК вируса гепатита C, помеченную родамином 6G, с помощью которого было обнаружено всего 80 пикомолярных оцРНК вируса гепатита C, и было обнаружено, что селективность достигает несоответствия одной пары оснований [82].
В другом исследовании Chung et al. [84], они разработали систему с двумя зондами и наночастицами, способную обнаруживать и фенотипировать общие патогены человека, где они подготовили анализ наночастиц, основанный на методе сэндвич-гибридизации, включающий два специфических олигонуклеотидных зонда, нацеленных на бактериальные 16S рРНК, и разработанный для обнаружения амплифицированной мишени ДНК с использованием миниатюрного устройства ядерного магнитного резонанса (ЯМР), как показано на рисунке 4.Они сформировали платформу магнито-ДНК, которая позволила как универсальное, так и специфическое обнаружение различных клинически значимых видов бактерий с чувствительностью вплоть до отдельных бактерий [84]. Анализ оказался надежным и быстрым и одновременно диагностирован с помощью панели из 13 видов бактерий в клинических образцах в течение 2 часов [84], образуя общую платформу, которую можно использовать для быстрой идентификации и фенотипирования патогенов для различных приложений [84] .

В еще одном исследовании Lee et al.была разработана портативная диагностическая магнитно-резонансная (DMR) система для мультиплексного, количественного и экспресс-анализа [85]. Они использовали магнитные наночастицы в качестве датчика приближения для увеличения молекулярных взаимодействий и обнаружили, что портативная система DMR может выполнять измерения на необработанных биологических образцах [85]. Они также продемонстрировали использование системы для обнаружения и характеристики инфекционных агентов, таких как бактерии, вирусы и грибки, на молекулярном уровне в режиме реального времени и параллельно измеряли ряд белковых биомаркеров [85].Они предсказали, что предсказуемая портативная миниатюрная платформа DMR в сочетании со стратегиями микропроизводства может быть использована в качестве портативной, недорогой и высокопроизводительной системы нанодиагностики POC для крупномасштабного обнаружения инфекционных заболеваний в будущем [85].
Магнитные нанозонды также использовались для разработки стратегии магнитного штрих-кодирования для обнаружения Mycobacterium tuberculosis (MTB), как сообщили Liong et al. [86]. В своей работе они разработали платформу для обнаружения нуклеиновых кислот, основанную на стратегии магнитного штрих-кодирования, где ПЦР-амплифицированные микобактериальные гены были специфически захвачены на микросферах, помечены магнитными нанозондами и обнаружены с помощью ядерного магнитного резонанса [86].Они интегрировали все компоненты в единый небольшой жидкостный картридж для упрощения работы на кристалле и использовались для обнаружения МТБ и выявления штаммов лекарственной устойчивости из механически обработанных образцов мокроты в течение двух с половиной часов [86]. Специфичность анализа была подтверждена клинически значимыми бактериями, не относящимися к MTB, а клиническая полезность была продемонстрирована измерениями на образцах пациентов с положительным результатом MTB. На основании своих результатов они пришли к выводу, что если систему анализа магнитного штрих-кода можно комбинировать с портативными системами, то она может стать чувствительной, высокопроизводительной и недорогой платформой для диагностики инфекционных заболеваний в местах оказания медицинской помощи [ 86].Точно так же эта система магнитного штрих-кода также использовалась для обнаружения наиболее репрезентативных инфекционных бактерий Staphylococcus aureus , метициллин-устойчивых бактерий Staphylococcus aureus и Klebsiella pneumoniae , как сообщает Cihalova et al. [87]. В своей работе они использовали флуоресцентные квантовые точки (КТ) наночастиц и магнитные частицы для модификации специфических генов, специфичных для бактерий, таких как wcaG, fnbA и mecA. На основе своих результатов они обнаружили, что эта платформа способна обнаруживать концентрации инфекционных бактерий до 10 ² КОЕ / мл [87], что указывает на то, что портативные системы анализа с магнитным штрих-кодом имеют потенциал для диагностики в месте оказания медицинской помощи для чувствительное, эффективное, быстрое и недорогое обнаружение многих других инфекционных заболеваний [87].
2.4. Наносенсоры для диагностики малярии в месте оказания медицинской помощи
Почти половина населения мира живет в эндемичных по малярии регионах, и ежегодно регистрируется более полумиллиона смертей в результате малярии и ее осложнений [88], что делает этот показатель значительным в мире. проблема со здоровьем [89]. Значительные успехи были достигнуты в разработке терапевтических средств против малярии. Однако искоренение малярийной инфекции, особенно в районах с низким уровнем доходов, не принесло большого успеха из-за отсутствия диагностических инструментов на ранних стадиях.Диагностика малярии включает идентификацию и количественную оценку целевых метаболитов (биомаркеров) в биологических жидкостях, в основном в крови, моче и слюне [88, 90]. Существует множество биомаркеров малярии. Некоторые из них включают гемозоин, который является побочным продуктом парамагнитных наночастиц малярийного паразита, также известный как малярийный пигмент или биомаркер малярии [90] и чье присутствие в крови указывает на малярийную инфекцию, Plasmodium falciparum, богатый гистидином белок 2 (PfHRP 2). [91, 92] и топоизомераза I, экспрессируемая малярией, вызывающей паразит Plasmodium [88].Использование гемозоина настоятельно рекомендуется в качестве биомаркера при разработке устройств для диагностики малярии, поскольку он более стабилен, дешевле и легко доступен по сравнению с PfHRP 2 [90]. Далее было установлено, что гемозоин химически и структурно подобен β -хематину [90]. По этой причине большинство авторов используют β -хематин для имитации гемозоина при разработке сенсорных устройств для малярии.
Идеальное диагностическое устройство в месте оказания медицинской помощи должно обнаруживать не менее 100 паразитов / мкл л крови, что является пороговым значением для ранней стадии малярийной инфекции [89].Поэтому эта область привлекает большой исследовательский интерес, и некоторые исследователи предложили потенциальные инструменты для диагностики малярии в местах оказания медицинской помощи. В одном из отчетов портативное оптическое диагностическое устройство для малярии было разработано Armani et al. [89] с использованием β -хематина. Используя устройство, авторы продемонстрировали его потенциальное использование для ранней диагностики малярии в местах оказания медицинской помощи, обнаружив β -хематин в цельной крови кролика. Достигнутый предел обнаружения был меньше 8.1 нг / мл в 500 мкл л крови, что соответствует менее чем 26 паразитам / мкл л.
Недавнее исследование Obisesan et al. [90] продемонстрировали использование золотых электродов, модифицированных металлическими наночастицами, для разработки электрохимических сенсорных устройств для обнаружения β -хематина в образцах крови мышей. В частности, использовались наночастицы CuO, Al ₂ O ₃ и Fe ₂ O ₃, каждая из которых была синтезирована с использованием химических и микроволновых методов.Каждая из поверхностей электрода, модифицированных наночастицами, действовала как платформа, на которой происходило электрокаталитическое восстановление β -хематина в образце крови. Химически синтезированные наночастицы CuO давали более высокие электрокаталитические токи, чем полученные с помощью микроволнового излучения наночастицы CuO. И Al ₂ O ₃, и Fe ₂ O ₃ давали более низкие каталитические токи по сравнению с наночастицами CuO, но при более низких потенциалах. Авторы обнаружили более благоприятное электрокаталитическое восстановление β -хематина на CuO-модифицированных золотых электродах, как химически синтезированных, так и синтезированных с помощью микроволн.Кроме того, модифицированный CuO золотой электрод показал высокую стабильность и хорошую селективность в отношении β -хематина по сравнению с S. typhi антисывороткой VI биомаркерами брюшного тифа. Фактически, датчик обеспечивал одновременное обнаружение β -хематина и антисыворотки VI S. typhi с четко определенными пиками, с разделением пиков в сыворотке 250 мВ. Пределы обнаружения (LOD) и пределы количественного определения (LOQ), полученные этими авторами, сведены в Таблицу 1.
LOD LOD 9077 мк г / мл [90].
CuO Al ₂ O ₃ Fe ₂ O ₃
Химический синтез Микроволновый синтез Химический синтез Микроволновый синтез Химический синтез Микроволновый синтез
LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ LOD LOQ
0.83 2,52 0,83 2,52 0,71 2,15 0,43 1,30 1,08 3,02 0,77
В дополнительном исследовании электрод, модифицированный Au-CuO, был использован для обнаружения β -хематина в сыворотке инфицированных мышей и сыворотке человека, у которого диагностирован малярийный паразит, с использованием метода квадратно-волновой вольтамперометрии (SWV).Процедура следовала стандартному методу добавления, и результаты показали, что пик β -гематина наблюдался при примерно -0,80 В в сыворотке животных и -0,91 В в сыворотке крови человека. Этот пик отсутствовал в сыворотке животных, не инфицированных малярийными паразитами, показанной в качестве контрольной сыворотки на Фигуре 5 (а). После добавления в инфицированные образцы сыворотки стандартных концентраций β -гематина их результаты показали увеличение текущего ответа с увеличением концентрации β -гематина и текущий график зависимости отконцентрация была получена, как показано на рисунке 5 (b). Эти результаты показали процент извлечения в пределах допустимого диапазона извлечения (75–110%) для надежного аналитического устройства. Таким образом, авторы продемонстрировали, что датчик может количественно определять паразитов малярии в сыворотке крови человека в допустимых пределах.
Несмотря на большой потенциал в производстве диагностических устройств в местах оказания медицинской помощи, наносенсоры от малярии не были изучены в достаточной степени. Приведенное выше обсуждение указывает только на несколько публикаций (две недавних) об использовании наносенсоров для обнаружения малярии, потенциал которых был четко продемонстрирован.Поэтому необходимо провести много исследований, чтобы улучшить продемонстрированные наносенсоры и расширить возможности их применения от лабораторий до больниц.
2,5. Наносенсоры для диагностики вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) в месте оказания медицинской помощи
Вирус иммунодефицита человека (ВИЧ) является серьезной проблемой общественного здравоохранения во всем мире, требующей более точного клинического ведения [93]. Он развился до мультисистемного состояния, включающего сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) и ревматоидный артрит (РА) [94].Эти сердечно-сосудистые заболевания (ССЗ) у ВИЧ-инфицированных являются основной причиной заболеваемости и смертности [94]. В большинстве случаев ВИЧ выявляется путем мониторинга вирусной нагрузки [95], и раннее выявление ВИЧ-инфекции — лучший способ предотвратить ее распространение и повысить эффективность антиретровирусной терапии [96]. Традиционные методы определения вирусной нагрузки ВИЧ включают культивирование, иммуноферментный анализ (ИФА) и полимеразную цепную реакцию (ПЦР). Тесты амплификации нуклеиновых кислот (NAAT) обычно используются в качестве золотого стандарта для обнаружения низких концентраций вируса в крови [96].К сожалению, эти методы сталкиваются с различными проблемами, когда дело доходит до реализации на месте [95, 96], поскольку некоторые из них трудоемки, дороги и технически требуют квалифицированных специалистов. Хотя были предприняты замечательные усилия по разработке новых стратегий выявления и лечения ВИЧ, реализация этих стратегий в условиях ограниченных ресурсов оказалась сложной задачей [93]. Поэтому несколько исследователей посвятили свои усилия разработке диагностических устройств в местах оказания медицинской помощи для мониторинга вирусной нагрузки ВИЧ с высокой чувствительностью, используя микро- и нанотехнологии с целью их применения для мониторинга антиретровирусной терапии и раннего выявления ВИЧ у младенцев.В этом обзоре мы сосредоточимся на этих новых стратегиях, разработанных для разработки наносенсоров для диагностики вирусной нагрузки ВИЧ в местах оказания медицинской помощи.
О сенсоре на основе наноплазмона для обнаружения ВИЧ в клинически значимых концентрациях сообщили Inci et al. [95]. В своей работе они разработали сенсорную платформу, которая была основана на уникальных наноплазмонных свойствах наночастиц за счет использования иммобилизованных антител для избирательного захвата быстро развивающихся вирусных подтипов. Затем наноплазмонная платформа измерила сдвиг сигнала, вызванный вирусами, захваченными на поверхности, покрытой наночастицами золота.Они использовали образцы цельной крови с добавками и образцы цельной крови пациентов, инфицированных ВИЧ, прошедшие клиническую проверку, подтвержденные методом RT-qPCR, чтобы продемонстрировать улавливание, обнаружение и количественную оценку различных подтипов ВИЧ (A, B, C, D, E, G и подтипов). панель). Их результаты показали высокую повторяемость, чувствительность и специфичность до 98 ± 39 копий / мл (, т.е. , подтип D). Время анализа было в пределах 1 часа для захвата и 10 минут для обнаружения и анализа данных. Их результаты также показали, что обнаружение вирусов в необработанных образцах цельной крови непосредственно от пациентов возможно, а технология их платформы может обеспечить быстрое выделение, захват, обнаружение и количественную оценку вирусов, что позволяет осуществлять прямое обнаружение множественных патогенов, что можно назвать значительный шаг к предоставлению тестов POC в условиях ограниченных ресурсов, а также в больницах и учреждениях первичной медико-санитарной помощи [95].Кроме того, в другом исследовании Kosaka et al. [96] они сообщили, как они разработали сэндвич-иммуноанализ, объединив наномеханические свойства наночастиц золота и методы оптоплазмонной трансдукции для обнаружения капсидного антигена p24 ВИЧ-1 в сыворотке крови человека, как показано на рисунке 6. В своей работе золото наночастицы использовались как в качестве механических, так и в качестве плазмонных меток, в то время как гибкий микрокантилевер использовался как в качестве механического резонатора, так и в качестве оптического резонатора для передачи механических и плазмонных сигналов.Их результаты для иммуноанализа показали предел обнаружения 10-17 г / мл, что эквивалентно одному вириону в 10 мл плазмы, что на 5 порядков лучше, чем последнее поколение одобренных иммуноанализов, и на 2 порядка лучше, чем NAAT. На основании своих результатов они пришли к выводу, что их технология отвечает требованиям массового производства по низкой цене и возможности миниатюризации для использования в местах оказания медицинской помощи [96].
Графен также использовался для разработки наносенсоров для обнаружения ВИЧ, как сообщили Islam et al.[94]. В своем исследовании они разработали электрохимический сенсор на основе графеновых наночастиц для обнаружения ВИЧ и связанных с ним заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания и почечный артрит. Они функционализировали графен аминами и ковалентно конъюгировали их с различными антителами, такими как анти-p24 для ВИЧ, анти-сердечный тропонин 1 (анти-cTn1) для сердечно-сосудистых заболеваний и антициклический цитруллинированный пептид (анти-CCP) для ревматоидного артрита посредством активации карбодиимида с целью обнаруживать различные биомаркеры. Затем они охарактеризовали конъюгат графен-антитело, используя различные методы, такие как УФ-видимая спектроскопия, рамановская спектроскопия, сканирующая электронная микроскопия и атомно-силовая микроскопия.Взаимодействие биомаркеров с конъюгированными антителами оценивали по его электрохимическим характеристикам в отношении сопротивления и изменений поверхности электродов. Их результаты показали высокую чувствительность с хорошим линейным ответом на p24, cTn1 и CCP от 1 фг / мл до 1 мкг г / мл с пределом обнаружения (LOD) 100 фг / мл для p24 и 10 фг / мл. для cTn1 и CCP в стандартных оптимизированных условиях. Таким образом, они пришли к выводу, что сенсор на основе графена и наночастиц продемонстрировал отличные характеристики для использования для определения биомаркеров ВИЧ, сердечно-сосудистых заболеваний и RA на месте в реальных образцах [94].
В еще одном исследовании Ng et al. [97], они продемонстрировали использование системы на месте оказания медицинской помощи, в которой использовались матрицы магнито-наносенсоров и магнитные наночастицы для обнаружения ВИЧ в слюне и лейкоцитоза в плазме и цельной крови. В своей работе они использовали диагностические чипы, которые состояли из 80 отдельных аналитов в одном образце, которые потенциально могли обнаруживать более низкие уровни антигена, позволяя раннее обнаружение ВИЧ неинвазивным способом [97]. Их магнито-наносенсор представлял собой мобильную диагностическую платформу со схемой, обработкой сигналов, пользовательским интерфейсом и мобильным приложением для использования в местах оказания медицинской помощи с низкими стандартными отклонениями и количественным определением аналита с пониженным электрическим шумом.В качестве доказательства концепции их наноустройство могло количественно определять ВИЧ в слюне и лейкоциты в плазме на месте оказания медицинской помощи в течение 16 минут после анализа с точностью 90% и 80% соответственно [97]. Затем они пришли к выводу, что портативность, высокая чувствительность и простота использования их наноустройства могут быть использованы для диагностики ВИЧ в месте оказания медицинской помощи и, следовательно, позволяют раннее обнаружение заболеваний.
2.6. Наносенсоры для диагностики Bilharzia в месте оказания медицинской помощи
Bilharzia, также известная как шистосомоз, является очень тяжелым заболеванием, которым страдают более 200 миллионов человек, и наибольшее бремя заболеваемости и смертности от которого приходится на африканские страны [98].Несмотря на то, что она оказывает огромное влияние на здоровье и социально-экономическое бремя общества, она по-прежнему остается забытой тропической болезнью с ограниченным вниманием со стороны правительств и заинтересованных сторон в сфере здравоохранения [98]. Помимо этого прямого негативного воздействия на здоровье, это также подпитывает порочный круг бедности и стигмы, из-за которого люди не могут работать, ходить в школу или участвовать в семейной и общественной жизни [99], и это вызвано шистосомным паразитом [99]. 100, 101]. Одна из критических областей, которая находится в крайне невыгодном положении, — это разработка точных и чувствительных средств диагностики [98].
Диагностика шистосомоза необходима для выявления и лечения болезни в эндемичных и неэндемичных условиях, поскольку выявление случаев, оценка заболеваемости и оценка стратегий борьбы основываются на результатах диагностики [98, 102]. Современные методы диагностики бильгарзии — это использование микроскопического определения яиц паразитов (в моче или стуле) или иммунологических методов (определение антител или антигенов) [102–105]. Кроме того, чувствительность обследований также зависит от степени тяжести инфекции.Например, при инфекциях легкой степени чувствительность одного микроскопического исследования может составлять всего 20%, а в клинически подозреваемых случаях рекомендуется до 5 образцов мочи (собранных в течение полудня) или 5 образцов стула для микроскопических исследований. повысить чувствительность тестов [102, 106]. Кроме того, в зависимости от используемой методологии и времени пребывания в постинфицированном хозяине чувствительность текущих анализов антител не является оптимальной (от 65 до 86%) [102, 106]. Некоторые из широко используемых методологий основаны на обнаружении антител, направленных против растворимого яичного антигена (SEA), а также на удержании яиц и постоянной секреции SEA отложенными яйцами; антитела могут вырабатываться в течение неопределенного периода времени после первичной инфекции, независимо от успешного лечения.Однако эти методы малочувствительны и ненадежны [107, 108]. Таким образом, окончательный метод обнаружения является неотъемлемой частью лечения как в клинике, так и во время массового приема лекарств (МДА) для мониторинга эффективности лечения [98].
Нанотехнологии использовались для повышения чувствительности, поскольку они могут предложить не только улучшение существующих подходов, но и неожиданно предоставить множество новых инструментов и возможностей [109–111]. Применение наночастиц в иммуночувствительности показало большой потенциал в разработке универсальных диагностических устройств в местах оказания медицинской помощи, которые обладают высокой чувствительностью [112–115].В этой части мы рассмотрим различные наносенсоры, которые были разработаны для обнаружения бильгарциозов.
Исследование Odundo et al. [102] описывает использование нанотехнологии для разработки простой и высокочувствительной нанополоски, состоящей из наночастиц золота, конъюгированных с антителом бильгарции, и продемонстрировал ее потенциал для диагностики растворимого яичного антигена (SEA) и антигена бильгарции. Они использовали циклическую вольтамперометрию для характеристики своего наносенсора, и их результаты показаны на рисунке 7, который указывает на увеличение тока с увеличением концентрации SEA.Их результаты также показали предел обнаружения 8,3887 × 10 ^-2 нг / мл, что на 80% лучше, чем полученный при использовании золотых и стеклоуглеродных электродов. Кроме того, разработанные нанополоски смогли обнаружить антиген bilharzia в 30 образцах стула, собранных в эндемичной зоне bilharzia в Кении, и их результаты показали положительный ответ от 1,13 × 10 ¹ нг / мл до 2,3 × 10 ³ нг / мл антигена бильгарции. На основании своих результатов они пришли к выводу, что полоски могут обнаруживать антиген бильгарции в реальных образцах и, следовательно, могут использоваться в качестве устройств для обнаружения бильгарции [102].В другом исследовании Shohayeb [116] они сообщают о разработке нового напечатанного на экране иммуносенсора для обнаружения антител (AB) к Schistosoma mansoni. В своей работе они фиксировали растворимые антигены червей (SWA) на наноуглеродной рабочей области электрода с трафаретной печатью, используя сшивающие агенты глутаральдегид-хитозан, а затем оценивали связывание антитела Schistosoma mansoni с нагруженным антигеном электродом с трафаретной печатью с помощью циклическая и дифференциальная импульсная вольтамперометрия. Их результаты дали калибровочную кривую связывания AB Schistosoma mansoni с нагруженным SWA электродом с трафаретной печатью с воспроизводимым линейным диапазоном при концентрации в диапазоне от 0.038 и 20 нг / мл. Этот количественный ответ, полученный при количествах АБ на наноуровне, заставил их сделать вывод, что их метод может быть использован в будущем для разработки одноразового электрода с трафаретной печатью для диагностики шистосомных инфекций [116].
Kamel et al. [117] в еще одном исследовании продемонстрировали использование наночастиц золота для повышения чувствительности и специфичности иммуноферментного твердофазного иммуноферментного анализа (ELISA) при обнаружении шистосомы человека. В своей работе они конъюгировали наночастицы золота с антишистосомными моноклональными антителами (MAb) и оценили чувствительность и специфичность в диагностике инфекции Schistosoma mansoni человека [117].Они использовали образцы сыворотки 116 субъектов, включая 71 пациента, инфицированного Mansoni, 25 пациентов, инфицированных другими паразитами, кроме шистосомоза, и 20 неинфицированных здоровых людей. Далее они разделили пациентов, инфицированных Mansoni, в соответствии с количеством яиц в их образцах стула на легкую, среднюю и тяжелую инфекцию. Затем они сравнили свои результаты с результатами после использования сэндвич-системы ELISA MAb. Их результаты показали, что AuNPs-MAb / ELISA достиг нижнего предела обнаружения 10 нг / мл по сравнению с 85 нг / мл при использовании MAb / ELISA, а оптимальная концентрация используемых AuNPs-MAb была в 12 раз меньше, чем у Mab. [117].Было обнаружено, что наночастицы золота улучшают чувствительность и специфичность ELISA для обнаружения циркулирующего шистосомного антигена (CSA) на 100% и 97,8% по сравнению с 87,3% и 93,38% соответственно, когда ELISA проводился без наночастиц золота. Затем они пришли к выводу, что конъюгирование наночастиц золота с MAb увеличивает чувствительность и специфичность сэндвич-ELISA для обнаружения CSA, и, таким образом, активные и легкие инфекции могут быть легко обнаружены [117]. Они также пришли к выводу, что связывание может также снизить количество MAb, потребляемого в анализе, и, следовательно, снизить стоимость [117].Из приведенного выше обсуждения становится очень ясно, что нанотехнология увеличивает чувствительность и специфичность существующих датчиков для обнаружения бильгарциозов, что может быть очень важно при разработке устройств для оказания медицинской помощи бильгарциозам.
3. Обсуждение
Значительные достижения были достигнуты в разработке наносенсоров для диагностики рака, диабета, малярии, ВИЧ и бильгарции в местах оказания медицинской помощи. По крайней мере, для каждого из этих заболеваний и медицинских состояний сообщалось о сенсоре / биосенсоре на основе наночастиц с желательными клиническими характеристиками.Несколько авторов продемонстрировали потенциальные возможности применения разработанных наносенсоров с использованием реальных и / или смоделированных образцов, и результаты указывают на большой успех. Например, было обнаружено, что нанотехнология улучшает чувствительность и линейные диапазоны различных биосенсоров глюкозы, что очень важно для диагностических устройств в местах оказания медицинской помощи.
Однако некоторым заболеваниям уделяется мало внимания при применении нанотехнологий для их диагностики и обнаружения. Например, нанотехнологии очень мало применяются при разработке сенсоров для диагностики рака в местах оказания медицинской помощи.В этом обзоре сообщается, что только рак яичников, рак груди и ангиосаркома (рак крови и лимфатических сосудов) были разработаны для обнаружения наносенсоров. Внимание, уделяемое раку яичников и раку груди, представляет собой важную веху в борьбе с этими двумя типами рака, опасными для жизни женщин. Существует необходимость в разработке наносенсорных платформ для других видов рака простаты, рака пищевода, колоректального рака, рака легких, лимфомы, кожи и рака печени, которые вызывают значительную смертность, в отличие от ангиосаркомы, которая является редким типом рака.Кроме того, только две публикации ясно продемонстрировали потенциал нанобиосенсоров для обнаружения малярии. Платформы наносенсоров, о которых до сих пор сообщалось, ограничены только несколькими типами наноматериалов. Было бы очень желательно изучить другие типы наноматериалов с превосходными свойствами для улучшения характеристик сенсора. Несмотря на огромный потенциал нанотехнологий в области диагностики заболеваний, ни одно из продемонстрированных устройств, обсуждаемых в этом обзоре, не было усовершенствовано в прототипы при подготовке к коммерциализации.
Еще одна проблема, с которой сталкиваются обсуждаемые здесь устройства, — это образец, используемый для диагностики. Заболевания и медицинские состояния, обсуждаемые здесь, в основном используют кровь в качестве диагностической пробы, что представляет собой болезненный процесс отбора проб. Кроме того, для сбора тонны пробы пациент должен бодрствовать. Некоторые авторы продемонстрировали, что слюна, слезы и моча потенциально могут заменить образцы крови при диагностике малярии и определении уровня сахара в крови. Однако никаких дальнейших исследований этих устройств с целью изучения возможностей их коммерциализации не проводилось.Поэтому дальнейшие исследования должны быть сосредоточены на разработке и коммерциализации более портативных портативных датчиков глюкозы, которые используют слюну, слезы или мочу, которые безболезненно получить от пациентов. Дальнейшие исследования по внедрению беспроводных бесконтактных клинических биосенсоров глюкозы значительно улучшат мониторинг уровня глюкозы у пациентов, даже когда они спят.
4. Заключение
Чтобы обеспечить более качественное медицинское обслуживание, должны быть достигнуты высокие стандарты управления медицинским обслуживанием, и, таким образом, разработка наносенсоров для диагностики в местах оказания медицинской помощи является важной областью исследований.Нанотехнология смогла улучшить чувствительность и линейный диапазон различных заболеваний, как обсуждается в обзоре, что очень важно для диагностических устройств в местах оказания медицинской помощи. Хотя прогресс в этой области набирает обороты, и несколько исследователей посвятили свое время разработке новых наносенсоров для диагностики различных заболеваний в месте оказания медицинской помощи, конечная цель достижения долгосрочного, точного и непрерывного наблюдения за пациентами еще не достигнута. достиг. Например, в нашем обзоре указано только несколько публикаций (две недавних) по использованию наносенсоров для обнаружения малярии, потенциал которых был четко продемонстрирован.
АБС
Навигация по записям
Previous post: Маркировка цоколей автомобильных ламп: Цоколи автомобильных ламп: обозначение и типы
Next post: Схема работы двигателя внутреннего сгорания: Принцип работы и устройство двигателя
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Поиск
Найти:
Рубрики
АБС
Авто мастер
Двигатель
ДВС
КПП
Кузов
Кузов авто
Передач
Передача
Привод
Разное
Советы
Схем
Схемы

2019 © ИП Гатауллин Айрат Наилевич
Карта сайта