electron-spin-resonance-micro-imaging-live-species-for-oxygen

Electron Spin Resonance Micro-imaging of Live Species for Oxygen Mapping

This protocol describes an electron spin resonance (ESR) micro-imaging method for three-dimensional mapping of oxygen levels in the immediate environment ...

The Technion, Israel Institute of Technology

&#x5FAE;&#x6676;&#x9502;&#x6EB4;-n-butoxynaphthalocyanine (LiNc &#x76CD;&#xFF09; &#x805A;&#x4E8C;&#x7532;&#x57FA;&#x7845;&#x6C27;&#x70F7; (PDMS) &#x751F;&#x7269;&#x517C;&#x5BB9;&#x548C;&#x900F;&#x6C27;&#x805A;&#x5408;&#x7269;&#x57FA;&#x4F53;&#x4E2D;&#x53EF;&#x7528;&#x4E8E;&#x91CD;&#x590D;&#x975E;&#x4FB5;&#x5165;&#x6027;&#x5F71;&#x50CF;&#x5B66;&#x7684;&#x6D3B;&#x6807;&#x672C;&#x4E2D;&#x7684;&#x6C27;&#x4EE5;&#x6BEB;&#x7C73;&#x7EA7;&#x7535;&#x5B50;&#x81EA;&#x65CB;&#x5171;&#x632F; (ESR) &#x6210;&#x50CF;&#x3002;&#x6B64;&#x6807;&#x8BB0;&#x4E3A;&quot;oxychip&quot;&#x7684;&#x7279;&#x70B9;&#x662F;&#x9AD8;&#x5206;&#x8FA8;&#x7387;&#x7684;&#x5988;&#x5988;&#x89C4;&#x6A21; ESR &#x663E;&#x5FAE;&#x955C;&#x6765;&#x63ED;&#x793A;&#x5176;&#x7A7A;&#x95F4;&#x548C;&#x5149;&#x8C31;&#x7684;&#x5C5E;&#x6027;&#x7684;&#x7EC6;&#x8282;&#x7684;&#x63A2;&#x6D4B;&#x5668;&#x3002;&#x5178;&#x578B;&#x7684; oxychip &#x8BBE;&#x5907;&#x7535;&#x6E23;&#x91CD;&#x7194;&#x663E;&#x5FAE;&#x56FE;&#x50CF;&#x8868;&#x660E;&#x867D;&#x7136;&#x5728;&#x805A;&#x5408;&#x7269;&#x5FAE;&#x6676;&#x7684;&#x7A7A;&#x95F4;&#x5206;&#x5E03;&#x662F;&#x76F8;&#x5F53;&#x5747;&#x5300; (&#x4E5F;&#x8868;&#x660E;&#x4E86;&#x5149;&#x5B66;&#x663E;&#x5FAE;&#x955C;&#xFF09;&#xFF0C;&#x7535;&#x5B50;&#x81EA;&#x65CB;&#x5171;&#x632F;&#x4FE1;&#x53F7;&#x6E90;&#x81EA;&#x53EA;&#x5F88;&#x5C11;&#x5360;&#x4E3B;&#x5BFC;&#x5730;&#x4F4D;&#x7684;&#x6676;&#x4F53;&#x3002;&#x6B64;&#x5916;&#xFF0C;&#x5FAE;&#x6676;&#x548C; sub &#x5FAE;&#x6676;&#x7A7A;&#x95F4;&#x5206;&#x8FA8;&#x7387;&#x5149;&#x8C31;&#x7A7A;&#x95F4;&#x5206;&#x6790;&#x8868;&#x660E;&#x6BCF;&#x4E2A;&#x6676;&#x4F53;&#x5DF2;&#x7565;&#x6709;&#x4E0D;&#x540C;&#x7684; g &#x56E0;&#x5B50;&#xFF0C;&#x8FD8;&#x5C55;&#x793A;&#x4E86;&#x7EBF;&#x5BBD;&#xFF0C;&#x53EF;&#x80FD;&#x7684;&#x539F;&#x56E0;&#x662F;&#x7A0D;&#x6709;&#x4E0D;&#x540C;&#x7684;&#x4E2A;&#x522B;&#x7ED3;&#x6676;&#x8FC7;&#x7A0B;&#x4E2D;&#x7684;&#x53D8;&#x5316;&#x3002;

ESR &#x663E;&#x5FAE;&#x6210;&#x50CF;&#x7684;&#x805A;&#x4E8C;&#x7532;&#x57FA;&#x7845;&#x6C27;&#x70F7; LiNc &#x76CD;&#x6676;&#x4F53;&#xFF1A; &#x7A7A;&#x95F4;&#x548C;&#x5149;&#x8C31;&#x7684;&#x7C92;&#x5EA6;&#x5206;&#x5E03;&#x3002;

Microcrystals of lithium octa-n-butoxynaphthalocyanine (LiNc-BuO) in a bio-compatible and oxygen-permeable polymer matrix of poly-dimethyl-siloxane (PDMS) can be used for repetitive non-invasive imaging of oxygen in live specimens by means of mm-scale electron spin resonance (ESR) imaging. This probe denoted as "oxychip" was characterized by high-resolution mum-scale ESR microcopy to reveal the fine details of its spatial and spectral properties. The ESR micro-images of a typical oxychip device showed that while the spatial distribution of the microcrystals in the polymer is fairly homogenous (as revealed by optical microscopy), the ESR signal originates only from a very few dominant crystals. Furthermore, spectral-spatial analysis in a microcrystal and a sub-microcrystal spatial resolution reveals that each crystal has a slightly different g-factor and also exhibits variations in linewidth, possibly due to the slightly different individual crystallization process.

ESR micro-imaging of LiNc-BuO crystals in PDMS: spatial and spectral grain distribution.

Microcristaux de lithium octa-n-butoxynaphthalocyanine (Linc-BuO) dans une matrice bio-compatible et perm&#xE9;able &#xE0; l&#x26;#39;oxyg&#xE8;ne polym&#xE8;re de poly-dim&#xE9;thyl-siloxane (PDMS) peut &#xEA;tre utilis&#xE9; pour r&#xE9;p&#xE9;titif non invasive d&#x26;#39;imagerie de l&#x26;#39;oxyg&#xE8;ne dans des &#xE9;chantillons vivants au moyen d&#x26;#39; mm &#xE9;chelle r&#xE9;sonance de spin &#xE9;lectronique (ESR) d&#x26;#39;imagerie. Cette sonde not&#xE9;e comme &#xAB;oxychip&#x26;quot; a &#xE9;t&#xE9; caract&#xE9;ris&#xE9; par de haute r&#xE9;solution maman &#xE9;chelle microcopie ESR pour r&#xE9;v&#xE9;ler les d&#xE9;tails les plus fins de ses propri&#xE9;t&#xE9;s spatiales et spectrales. Les micro-images ESR d&#x26;#39;un dispositif de type montre que oxychip tandis que la distribution spatiale des microcristaux dans le polym&#xE8;re est relativement homog&#xE8;ne (r&#xE9;v&#xE9;l&#xE9;e par microscopie optique), le signal ESR provient seulement de quelques cristaux tr&#xE8;s peu dominantes. En outre, spectrale d&#x26;#39;analyse spatiale dans un microcristal et une r&#xE9;solution sub-microcristaux spatiale r&#xE9;v&#xE8;le que chaque cristal a un peu diff&#xE9;rent facteur g et pr&#xE9;sente &#xE9;galement des variations de largeur de raie, probablement en raison du processus de cristallisation personne l&#xE9;g&#xE8;rement diff&#xE9;rente.

ESR Micro-imagerie de Linc-BUO Cristaux en PDMS: R&#xE9;partition spatiale et spectrale des grains

Microcrystals von Lithium Octa-n-Butoxynaphthalocyanine (LiNc-BuO) in einer Bio-kompatible und Sauerstoff-durchl&auml;ssigen Polymermatrix von Poly-Dimethyl-Siloxan (PDMS) kann f&uuml;r sich wiederholende nichtinvasive Bildgebung von Sauerstoff in lebende Exemplare mit mm-Skala Elektronen Spin Resonanz (ESR) Bildgebung verwendet werden. Diese Sonde, gekennzeichnet als &quot;Oxychip&quot; von hochaufl&ouml;senden Mum-Skala-ESR-Microcopy um die feinen Details seine r&auml;umlichen und spektralen Eigenschaften gepr&auml;gt war. Die ESR-Mikro-Bilder eines typischen Oxychip-Ger&auml;tes zeigte, dass zwar die r&auml;umliche Verteilung der Microcrystals im Polymer relativ homogene (als offenbarten durch optische Mikroskopie), das ESR-Signal nur stammt eine sehr wenige dominante Kristalle. Dar&uuml;ber hinaus zeigt spektrale Raumanalyse in einem Microcrystal und einer r&auml;umlichen Aufl&ouml;sung von Sub-Microcrystal, dass jeder Kristall eine etwas andere g-Faktor hat und auch Variationen in Linienbreite, m&ouml;glicherweise aufgrund der etwas andere individuelle Kristallisation-Prozess Exponate.

ESR Mikro-Imaging der LiNc-BuO Kristalle in PDMS: r&auml;umliche und spektrale Kornverteilung.

Microcristalli di litio octa-n-butoxynaphthalocyanine (LiNc-BuO) in una matrice polimerica bio-compatibile e permeabile all&#39;ossigeno di poly-dimetil-silossano (PDMS) possono essere utilizzato per l&#39;imaging non invasivo ripetitive di ossigeno in esemplari vivi mezzo mm-scala elettrone spin resonance (ESR) imaging. Questa sonda &egrave; indicata come &quot;oxychip&quot; &egrave; stato caratterizzato da alta risoluzione microcopy ESR di mamma-scala a rivelare i dettagli delle sue propriet&agrave; spaziali e spettrali. L&#39;ESR micro-immagini di un dispositivo tipico oxychip ha mostrato che, mentre la distribuzione spaziale dei microcristalli nel polimero &egrave; abbastanza omogenea (come rivelato da microscopia ottica), il segnale ESR proviene solo da una molto pochi cristalli dominante. Inoltre, analisi spettrale spaziale in un microcristalli e una risoluzione spaziale sub-microcristalli rivelano che ogni cristallo ha un fattore-g leggermente diverso ed esibisce anche variazioni di linewidth, possibilmente a causa del processo di cristallizzazione individuale leggermente differenti.

ESR micro-imaging di LiNc-BuO cristalli in PDMS: distribuzione spaziale e spettrale di grano.

&#x306E;&#x5FAE;&#x7D50;&#x6676;&#x30EA;&#x30C1;&#x30A6;&#x30E0;&#x30AA;&#x30AF;&#x30BF;-N-butoxynaphthalocyanine&#x30DD;&#x30EA;&#x30B8;&#x30E1;&#x30C1;&#x30EB;&#x30B7;&#x30ED;&#x30AD;&#x30B5;&#x30F3;&#xFF08;PDMS&#xFF09;&#x306E;&#x751F;&#x4F53;&#x9069;&#x5408;&#x6027;&#x3068;&#x9178;&#x7D20;&#x900F;&#x904E;&#x6027;&#x30DD;&#x30EA;&#x30DE;&#x30FC;&#x30DE;&#x30C8;&#x30EA;&#x30C3;&#x30AF;&#x30B9;&#x4E2D;&#x306B;&#x306F;&#xFF08;LINC-BuO&#xFF09;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x3001;&#x30E9;&#x30A4;&#x30D6;&#x6A19;&#x672C;&#x4E2D;&#x306E;&#x9178;&#x7D20;&#x306E;&#x53CD;&#x5FA9;&#x7684;&#x306A;&#x975E;&#x4FB5;&#x8972;&#x7684;&#x30A4;&#x30E1;&#x30FC;&#x30B8;&#x30F3;&#x30B0;&#x306B;&#x4F7F;&#x7528;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x304C;&#x3067;&#x304D;&#x307E;&#x3059;&#x30DF;&#x30EA;&#x30E1;&#x30FC;&#x30C8;&#x30EB;&#x30B9;&#x30B1;&#x30FC;&#x30EB;&#x306E;&#x96FB;&#x5B50;&#x30B9;&#x30D4;&#x30F3;&#x5171;&#x9CF4;&#xFF08;ESR&#xFF09;&#x30A4;&#x30E1;&#x30FC;&#x30B8;&#x30F3;&#x30B0;&#x3002; &#x26;quot;oxychip&#x26;quot;&#x3068;&#x3057;&#x3066;&#x793A;&#x3055;&#x308C;&#x3001;&#x3053;&#x306E;&#x30D7;&#x30ED;&#x30FC;&#x30D6;&#x306F;&#x3001;&#x305D;&#x306E;&#x7A7A;&#x9593;&#x3068;&#x30B9;&#x30DA;&#x30AF;&#x30C8;&#x30EB;&#x7279;&#x6027;&#x306E;&#x7D30;&#x90E8;&#x3092;&#x660E;&#x3089;&#x304B;&#x306B;&#x3059;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x306B;&#x9AD8;&#x89E3;&#x50CF;&#x5EA6;&#x306E;&#x304A;&#x6BCD;&#x3055;&#x3093;&#x898F;&#x6A21;ESR&#x306E;&#x7E2E;&#x5C0F;&#x30B3;&#x30D4;&#x30FC;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x7279;&#x5FB4;&#x4ED8;&#x3051;&#x3089;&#x308C;&#x305F;&#x3002;&#x5178;&#x578B;&#x7684;&#x306A;oxychip&#x30C7;&#x30D0;&#x30A4;&#x30B9;&#x306E;ESR&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED;&#x30A4;&#x30E1;&#x30FC;&#x30B8;&#x306F;&#x3001;&#x30DD;&#x30EA;&#x30DE;&#x30FC;&#x4E2D;&#x306E;&#x5FAE;&#x7D50;&#x6676;&#x306E;&#x7A7A;&#x9593;&#x5206;&#x5E03;&#x304C;&#xFF08;&#x5149;&#x5B66;&#x9855;&#x5FAE;&#x93E1;&#x306B;&#x3088;&#x3063;&#x3066;&#x660E;&#x3089;&#x304B;&#x306B;&#x3055;&#x308C;&#x305F;&#xFF09;&#x306F;&#x304B;&#x306A;&#x308A;&#x5747;&#x8CEA;&#x3067;&#x3042;&#x308B;&#x304C;&#x3001;ESR&#x4FE1;&#x53F7;&#x306F;&#x3054;&#x304F;&#x5C11;&#x6570;&#x306E;&#x652F;&#x914D;&#x7684;&#x306A;&#x7D50;&#x6676;&#x306B;&#x7531;&#x6765;&#x3059;&#x308B;&#x3053;&#x3068;&#x3092;&#x793A;&#x3057;&#x305F;&#x3002;&#x3055;&#x3089;&#x306B;&#x3001;&#x5FAE;&#x7D50;&#x6676;&#x3068;&#x30B5;&#x30D6;&#x5FAE;&#x7A7A;&#x9593;&#x5206;&#x89E3;&#x80FD;&#x3067;&#x30B9;&#x30DA;&#x30AF;&#x30C8;&#x30EB;&#x7A7A;&#x9593;&#x5206;&#x6790;&#x306F;&#x3001;&#x5404;&#x7D50;&#x6676;&#x304C;&#x308F;&#x305A;&#x304B;&#x306B;&#x7570;&#x306A;&#x308B;g&#x56E0;&#x5B50;&#x3092;&#x6301;&#x3063;&#x3066;&#x304A;&#x308A;&#x3001;&#x307E;&#x305F;&#x308F;&#x305A;&#x304B;&#x306B;&#x7570;&#x306A;&#x308B;&#x500B;&#x3005;&#x306E;&#x7D50;&#x6676;&#x5316;&#x30D7;&#x30ED;&#x30BB;&#x30B9;&#x3078;&#x306E;&#x53EF;&#x80FD;&#x6027;&#x304C;&#x3042;&#x308B;&#x305F;&#x3081;&#x3001;&#x7DDA;&#x5E45;&#x306E;&#x5909;&#x52D5;&#x3092;&#x3001;&#x793A;&#x3059;&#x3053;&#x3068;&#x304C;&#x660E;&#x3089;&#x304B;&#x306B;&#x306A;&#x3063;&#x305F;&#x3002;

PDMS&#x306E;LINC-BuO&#x7D50;&#x6676;&#x306E;ESR&#x30DE;&#x30A4;&#x30AF;&#x30ED;&#x30A4;&#x30E1;&#x30FC;&#x30B8;&#x30F3;&#x30B0;&#xFF1A;&#x7A7A;&#x9593;&#x3068;&#x30B9;&#x30DA;&#x30AF;&#x30C8;&#x30EB;&#x7C92;&#x5EA6;&#x5206;&#x5E03;

&#xB9AC;&#xD2AC; octa-n-butoxynaphthalocyanine (&#xB9C1;&#xCEE8; BuO) &#xD3F4; &#xB9AC; &#xB514; &#xBA54; &#xD2F8; &#xC2E4;&#xB85D; (PDMS)&#xC758; &#xBC14;&#xC774;&#xC624; &#xD638;&#xD658; &#xBC0F; &#xC0B0;&#xC18C; &#xD22C;&#xACFC;&#xC131; &#xACE0;&#xBD84;&#xC790; &#xB9E4;&#xD2B8;&#xB9AD;&#xC2A4;&#xC5D0; Microcrystals m m &#xADDC;&#xBAA8; &#xC804;&#xC790; &#xC2A4;&#xD540; &#xACF5;&#xBA85; (ESR) &#xC601;&#xC0C1; &#xD1B5;&#xD574; &#xC0B4;&#xC544;&#xC788;&#xB294; &#xD45C;&#xBCF8;&#xC5D0;&#xB294; &#xC0B0;&#xC18C;&#xC758; &#xBC18;&#xBCF5;&#xC801;&#xC778; &#xBE44; &#xCE68;&#xB7B5; &#xC801; &#xC601;&#xC0C1;&#xC5D0; &#xB300; &#xD55C; &#xC0AC;&#xC6A9;&#xD560; &#xC218; &#xC788;&#xC2B5;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC774; &#xD504;&#xB85C;&#xBE0C;&#xB294; &quot;oxychip&quot;&#xB294; &#xACE0;&#xD574;&#xC0C1;&#xB3C4; &#xC5C4;&#xB9C8; &#xADDC;&#xBAA8; ESR microcopy &#xACF5;&#xAC04; &#xBC0F; &#xC2A4;&#xD399;&#xD2B8;&#xB7FC; &#xC18D;&#xC131;&#xC758; &#xC88B;&#xC740; &#xC815;&#xBCF4;&#xB97C; &#xACF5;&#xAC1C;&#xB97C; &#xD2B9;&#xC9D5;&#xC73C;&#xB85C; &#xD45C;&#xC2DC; &#xB429;&#xB2C8;&#xB2E4;. &#xC77C;&#xBC18;&#xC801;&#xC778; oxychip &#xC7A5;&#xCE58;&#xC758; ESR &#xB9C8;&#xC774;&#xD06C;&#xB85C; &#xC774;&#xBBF8;&#xC9C0; &#xBCF4;&#xC5EC;&#xC8FC; &#xD3F4;&#xB9AC;&#xBA38;&#xC5D0; microcrystals&#xC758; &#xACF5;&#xAC04;&#xC801; &#xBD84;&#xD3EC; (&#xAD11;&#xD559; &#xD604;&#xBBF8;&#xACBD;&#xC5D0; &#xC758;&#xD574; &#xB4DC;&#xB7EC;&#xB09C;)&#xC73C;&#xB85C; &#xBE44;&#xAD50;&#xC801; &#xB3D9;&#xC9C8;&#xC801;&#xC778; &#xBC18;&#xBA74; ESR &#xC2E0;&#xD638; &#xC5D0;&#xC11C;&#xB9CC; &#xC720;&#xB798;&#xB294; &#xAC70;&#xC758; &#xC9C0;&#xBC30;&#xC801;&#xC778; &#xACB0;&#xC815;. &#xB610;&#xD55C;,&#xB294; microcrystal &#xBC0F; microcrystal &#xD558;&#xC704; &#xACF5;&#xAC04; &#xD574;&#xC0C1;&#xB3C4;&#xC5D0; &#xACF5;&#xAC04;&#xC801; &#xC2A4;&#xD399;&#xD2B8;&#xB7FC; &#xBD84;&#xC11D; &#xAC01; &#xD06C;&#xB9AC;&#xC2A4;&#xD138; &#xC57D;&#xAC04; &#xB2E4;&#xB978; g &#xC694;&#xC18C;&#xB97C;&#xAC00;&#xC9C0;&#xACE0; &#xD558; &#xACE0; &#xC57D;&#xAC04; &#xB2E4;&#xB978; &#xAC1C;&#xBCC4; &#xACB0;&#xC815; &#xD654; &#xACFC;&#xC815;&#xC73C;&#xB85C; &#xC778;&#xD574; &#xC120; &#xD3ED;&#xC758; &#xBCC0;&#xD654;&#xB97C; &#xB098;&#xD0C0;&#xB0B4;&#xAE30;&#xB3C4; &#xBC1D;&#xD78C;&#xB2E4;.

PDMS&#xC5D0; &#xB9C1;&#xCEE8; BuO &#xD06C;&#xB9AC;&#xC2A4;&#xD0C8;&#xC758; ESR &#xB9C8;&#xC774;&#xD06C;&#xB85C; &#xC774;&#xBBF8;&#xC9D5;: &#xACF5;&#xAC04; &#xBC0F; &#xC2A4;&#xD399;&#xD2B8;&#xB7FC; &#xACE1;&#xBB3C; &#xC720;&#xD1B5;.

Microcristales de litio octa-n-butoxynaphthalocyanine (Linc-BuO) en una matriz de pol&#xED;mero biocompatible y permeable al ox&#xED;geno de poli-dimetil-siloxano (PDMS) se puede utilizar para repetitiva imagen no invasiva de ox&#xED;geno en espec&#xED;menes vivos mediante mm escala de resonancia de spin electr&#xF3;nico (ESR) de im&#xE1;genes. Esta sonda denotado como &#x26;quot;oxychip&#x26;quot; se caracteriz&#xF3; por la madre de escala de alta resoluci&#xF3;n de microscopia de ESR para revelar los detalles de sus caracter&#xED;sticas espaciales y espectrales. Los ESR micro-im&#xE1;genes de un dispositivo t&#xED;pico oxychip mostr&#xF3; que mientras que la distribuci&#xF3;n espacial de los microcristales en el pol&#xED;mero es bastante homog&#xE9;nea (como se revela por microscop&#xED;a &#xF3;ptica), la se&#xF1;al de ESR se origina s&#xF3;lo de unos cristales muy pocos dominantes. Por otra parte, espectral y espacial en un an&#xE1;lisis de microcristales y una resoluci&#xF3;n espacial de sub-microcristales revela que cada cristal tiene una ligeramente diferente factor g y tambi&#xE9;n presenta variaciones en la anchura de l&#xED;nea, posiblemente debido a el proceso de cristalizaci&#xF3;n ligeramente diferente persona.

Velocidad de sedimentaci&#xF3;n globular de micro-proyecci&#xF3;n de imagen de Linc-BuO cristales en PDMS: Distribuci&#xF3;n espacial y espectral de Granos

Michael Shklyar

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