التوليف ومعايرة Nanoprobes الفسفورية للتصوير الأوكسجين في النظم البيولوجية

نقدم مبادئ قياس الأوكسجين التي تروي تفسفر والتصميم استعراض البورفيرين المستندة nanosensors شجيري للتصوير الأوكسجين في النظم البيولوجية.

نقدم تصميم مجسات الفوسفورية للأكسجين على أساس البلاتين والبلاديوم بورفيرين DERs. تتكون المجسات من نوى معدنية من البورفيرين تغلف التغصنات وبناء طبقة البولي إيثيلين جلايكول المحيطية المحبة للماء للمجسات وسيتم توضيح معايرتها في هذه الورقة. مرحبا ، اسمي لويس سينكس.

أعمل مع البروفيسور سيرجي OV هنا في قسم الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية في جامعة بنسلفانيا. أنا إيمانويل لوسيس ، أيضا من فينا. أنا سمين أيضا من ، وأنا سيرجي V.قياسات الأكسجين البيولوجي عن طريق الفوسفور والتبريد تستفيد من الفوسفور والمجسات الخارجية ، والتي يتم إدخالها مباشرة في وسط الاهتمام.

مجسات الدم أو السائل الخلالي هي المكون الغازي الوحيد في مخطط القياس الذي يتطلب اهتماما خاصا بتصميمها. سنعرض لك اليوم إجراء لتخليق ومعايرة مجسات النانو الفوسفورية المتغصنة لقياس الأكسجين والأنظمة البيولوجية. نستخدم هذا الإجراء لتجميع وتوصيف المجسات لقياسات الأكسجين شبه المزدوجة.

لذلك دعونا نبدأ. قبل أن نبدأ في بناء المجسات ، دعنا أولا ننتقل إلى النظرية الأساسية وراء مسبار الفسفور. ينشأ الفسفور من الحالة الثلاثية طويلة العمر.

يجب تصميم جزيء المسبار لإعطاء عائد كمي مرتفع للحالة الثلاثية وإصدار الفسفور بدلا من التألق. يحدث إثارة المجسات بواسطة فوتون واحد أو في حالة وجود مجسات فوتونين خاصتين بواسطة آلية الفوتونين. يوفر إثارة الفوتون الواحد بشكل عام دقة مكانية أقل ، ولكنه يتطلب أجهزة أبسط ويمكن استخدامه في قياسات نقطة واحدة مع محيط فوس الألياف البصرية القائم على LED.

أثناء وجوده في الحالة الثلاثية ، يمكن أن يواجه المسبار مواجهات تصادمية مع جزيئات الأكسجين ، والتي يمكن أن تعطيل الحالة الثلاثية وهي عملية تسمى التبريد. لذلك ، في وجود الأكسجين ، يتم تقصير عمر الفسفور. نتيجة للتبريد ، يتميز اعتماد عمر الحالة الثلاثية على كمية الأكسجين في البيئة بمعادلة فولمر الصارمة.

في التجارب في الجسم الحي ، يتم تسليم المسبار إلى دم أو سائل خلالي ، ويضيء سطح الأنسجة بضوء بطول موجي مناسب لإحضار المسبار إلى حالته الثلاثية المثارة. من أجل قياس العمر الفسفوري ، تكون الفوتونات الفسفورية المنبعثة ثنائية في الوقت المناسب. على سبيل المثال ، بعد نبضة الإثارة ، قد يتم جمع 3،609 فوتون في أول خمس ميكروثانية ، و 1،421 فوتونا تم جمعها في الثواني الخمس ميكروثانية التالية وهكذا حتى لا يتم جمع أي فوتونات.

تعطي الأرقام الموجودة في الصناديق المرسومة مقابل الوقت اضمحلال الفسفور ، والذي يتم تحليله لإنتاج عمر الفسفور. في التصوير ، يتم تطبيق هذا الإجراء على كل بكسل من الصورة مما ينتج عنه خرائط عمر الفوسفور. قياسات العمر غير حساسة لعدم تجانس توزيع المسبار في جميع أنحاء الجسم ، وهو أمر شائع للعينات البيولوجية.

الآن دعونا نرى كيفية بناء المجسات. ابدأ إجراء التوليف بإضافة ألدهيد عطري إلى محلول 0.01 مولي من tetra hydro iso indole. قلب خليط التفاعل لمدة 10 دقائق في الظلام في درجة حرارة الغرفة.

ثم يضاف البورون ، ثلاثي الفلورايد داثيل ، وتناول الطعام ، واستمر في التقليب لمدة ساعتين إضافيتين. بعد ذلك ، أضف ثنائي كلوريد السماوي أو بنزو كينون أو DDQ ، مما ينتج عنه اللون. قم بالتغيير من الأحمر الباهت إلى الأخضر الغامق واترك الخليط طوال الليل تحت التحريك المستمر في اليوم التالي ، ثم اغسل المحلول وجففه ، ثم ركزه في فراغ.

تبلور Reg للبقايا الهدف كمسحوق أخضر. عادة ما تكون الغلة حوالي 50٪ بعد ذلك ، عالج البورفيرين الحر بخلات البلاديوم. مراقبة التحويل عن طريق التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية.

يكتمل التحويل بعد اختفاء شريط صابون ديون بين 468 و 472 نانومتر. يتم عزل البورفيرين عن طريق كروماتوغرافيا العمود على هلام السيليكا. لتحضير البلاديوم تترا بنزو بورفيرين ، أكسد البلاديوم ، تترا ، سيكلو ، بورفيرين.

أثناء الانعكاس ، يتغير اللون من الأحمر الداكن إلى الأخضر الغامق ، ويتبخر المذيب ، ويخفف البقايا بغسل ثنائي كلورو الميثان ، ويجفف ويركز المرحلة العضوية في فراغ. بعد الكروماتوغرافيا على هلام السيليكا ، عزل البلاديوم رباعي بنزو البورفيرين كمسحوق أخضر أزرق. بعد ذلك ، قم بتحلل مجموعات etro الطرفية من البلاديوم تراب بنزو بورفيرين.

أولا ، عالج tetra benzo porphyrin Esther بقاعدة في tetra hydro purin. ثم استمر في التحلل المائي والقاعدة المائية ، وقم بترسيب البورفيرين عن طريق إضافة حمض الهيدروكلوريك وتجفيفه في فراغ. هذا يكمل تخليق البورفيرين.

الآن دعونا نرى كيفية تصنيع الإنترونات. قبل تجميع المجسات ، يجب تصنيع الإنترونات ، وهي فروع الدنمارك مسبقا. نحن نستخدم aerogly ، نفس DERs ، والتي يمكن تحضيرها بسهولة من مواد الدراسة غير المكلفة باستخدام طرق خالية من الكروماتوغرافيا.

ثم يتم إرفاق الثيرون مع المجموعات الأمينية في نقاطها المحورية بمجموعات الكاريل على الفيزياء ، والتي أوضحنا لك للتو كيفية صنعها. ثم يتم تحلل مجموعات الإستر الموجودة على محيط DME بشكل مشابه للمجموعات الكربوكسيلية على محيط البورفيرين. في هذه المرحلة ، بدءا من حمض البورفيرين DME بولي كربوكسيل ، يمكن تصنيع مسبار أو اثنين من مجسات الفوتون لتجميع مجسات الفوتون.

أولا ، قم بإرفاق عدد قليل من شظايا هوائي الفوتون بشكل متباين بعدة مجموعات كربوكسيل على محيط الديمر. تابع الآن تعديل بقايا حمض الكربوكسيل المتبقية على demer. ابدأ بإضافة 1.25 ضعفا من HBTU إلى محلول عالي التركيز من حافة البورفيرين وحرك خليط التفاعل في درجة حرارة الغرفة لمدة 10 دقائق.

الآن ، أضف دي إيزوبروبيل إيثيل أمين وميثوكسي البولي إيثيلين جلايكو لامين. قلب خليط التفاعل لمدة يومين في درجة حرارة الغرفة ثم أضف إيثيل الأثير. افصل النموذج ليترسب عن طريق الطرد المركزي وأعد ترسيبه من رباعي السطوح عدة مرات عن طريق إضافة داثيل الأثير.

أخيرا ، قم بتنقية المسبار حسب كروماتوغرافيا استبعاد الحجم على حبات البوليسترين باستخدام رباعي السطوح كمذيب. الآن دعونا نلقي نظرة على توصيف المسبار ومعايرته. يتم الحصول على أطياف الامتصاص والانبعاث للمسبار باستخدام محاليل مسبار ميكرومولار واحدة في ظل الظروف المحيطة باستخدام مقياس الطيف الضوئي القياسي ومقياس فلوري الحالة المستقرة.

بعد ذلك للحصول على مخطط معايرة Ulmer المؤخرة ، والذي يسمح لنا بربط عمر المسبار بتركيز الأكسجين ، ضع محلول المسبار في فيرة أسطوانية خاصة. يتم وضع vete داخل غرفة يتم التحكم في درجة حرارتها داخل قفص خفيف غير منفذ مع منافذ للإثارة والألياف الضوئية الانبعاث. أغلق vete بسدادة ، والتي تحتوي على قطب أكسجين من نوع كلارك شديد الحساسية.

تحتوي السدادة أيضا على منفذي إبرة لمدخل ومخرج Argonne. اضبطي درجة الحرارة على 36 إلى 37 درجة مئوية واتركي المحلول مع التحريك حتى يصل إلى التوازن. قم بتوصيل ألياف الإثارة بصب الإثارة لمحيط الفوسفو الرقمي الذي يتم التحكم فيه بواسطة جهاز كمبيوتر.

مصدر الضوء ومحيط الفوس عبارة عن مصباح LED عالي الطاقة ، يتم التحكم في إخراجه بواسطة لوحة رقمية إلى تناظرية تبلغ 333 كيلو هرتز. يتم توصيل ألياف الانبعاث بمنفذ بصري آخر لمحيط الفوس ، والذي يقترن بصمام ثنائي صور للانهيار الجليدي حساس للأشعة تحت الحمراء. يتم تضخيم إخراج الصمام الثنائي وإدخاله في القناة الإعلانية لنفس لوحة التحكم ، مما يسمح بالمزامنة بين قنوات الإثارة والانبعاث.

يولد برنامج التحكم المكتوب في المنزل نبضات إثارة بأي طول مرغوب فيه ، متبوعا بجمع تسوس الفوسفور. يتم تضخيم إخراج قطب الأكسجين وتوجيهه إلى لوحة رقمية تناظرية أخرى على نفس جهاز الكمبيوتر. هذه لوحة منخفضة التردد ، كيلو هرتز واحد كحد أقصى ، والتي تستخدم لتسجيل تيار القطب الكهربائي في نقاط زمنية محددة ، عادة 10 مرات في الثانية.

بمجرد موازنة درجة حرارة المحلول ، يتم تهيئة كل من محيط الفوس وبرامج القطب الكهربائي في نفس الوقت. لإجراء القياسات كل 10 ثوان ، يتم تسجيل مخرجاتها بشكل متزامن في ملفين منفصلين. بعد ذلك ، يتم توصيل Argonne بمنفذ المدخل على السدادة البيطرية.

عندما يتدفق الأرجون على سطح المحلول المقلوب ، فإنه يحل محل الأكسجين تدريجيا. ينتج عن هذا انخفاض تيار القطب وزيادة عمر الفوسفور ، والذي يقاس بمحيط الفوس. عادة ما يتم إزاحة الأكسجين من المحلول تماما.

بعد حوالي ساعتين من تشغيل المعايرة بالتحليل الحجمي، يتم استيراد بيانات القطب الكهربائي وعمر الفوسفور إلى برنامج تحليل قياسي، مما يؤدي إلى إنشاء مخطط لعمر الفوسفور العكسي مقابل الضغط الجزئي للأكسجين. تم تجهيز هذه المؤامرة بخط مستقيم باستخدام طريقة المربعات الصغرى لإعطاء ثابت تبريد الأكسجين كمنحدر. يتم الحصول على عمر الفوسفور إما من نفس الملاءمة أو مباشرة من القياس عند صفر أكسجين.

يمكن تكرار المعايرة باستخدام محلول المسبار في وجود الألبومين ، وهو بروتين موجود في بلازما الدم من أجل محاكاة الظروف التي توافرها في دم في الجسم الحي. يجب أن تكون مخططات Ulmer المؤخرة التي تم الحصول عليها متطابقة إذا كانت غرفة الطوارئ تحمي المسبار. حسنا ، ومجموعات الوتد تعزل المسبار عن ملامسة الألبومين.

الاقتراح هنا ، خطوات مختارة في تخليق الأكسجين ، ثم معالجة التحقيقات ومعايرتها. عند إجراء المعايرة. من المهم التأكد من أن الظروف قريبة من ظروف النظام البيولوجي محل الاهتمام.

من المهم التأكد من أن جزيء المسبار لا يتأثر بالجزيئات الحيوية ، مثل الألبومين. هذا كل شيء. شكرا على المشاهدة ونتمنى لك السعادة في تجربتك.