快速扫描电子顺磁共振打开新的途径成像生理重要参数在体内

快速扫描电子顺磁成像 （RSEPRI） 的总体目标是提供有关氧浓度、pH 值、氧化还原状态和信号分子浓度的定量信息，这些信息对生物医学研究有用。EPRI 是一种工具，可用于回答癌症研究中有关肿瘤环境的关键问题。与连续波或连续 EPR 成像相比，快速扫描 EPR 成像的主要优点是，您可以在更快的时间内获取更多信息，探针分子种类更多。

对氧化还原状态或 pH 值敏感的分子是快速扫描 EPRI 真正闪耀的一个很好的例子。从计算文本协议中确定的快速扫描实验条件开始此过程。快速扫描的一个重要部分是了解信号对谐振器带宽和实验条件（如扫描频率扫描宽度）的依赖性。

要真正优化实验，您需要了解这三个因素。快速扫描线圈驱动器有两个放大器。选择电容器时，需要用盒两侧相等的电容来平衡电容器盒。

两侧是串联的。拧下电容器盒的顶盖，在两侧插入等于确定值的电容器。装回电容器盒的顶部并将其拧下以确保其保持打开状态。

使用谐振线圈驱动器的前面板，调整输出频率，直到正弦波形具有最大幅度。要制备自由基，请从冰箱中取出 N-15 PDT，让容器达到室温。使用分析天平称量 1.4 毫克 N-15 PDT。

将 1.4 毫克 N-15 PDT 添加到 15 毫升去离子水中，最终浓度为 0.5 毫摩尔。接下来，将 50 毫克 BMPO 与 5 毫升水混合在 16 毫米石英辐照管中。加入 100 微升 300 毫摩尔过氧化氢。

用中压 450 瓦紫外线灯照射 16 毫米石英辐照管中的混合物 5 分钟。使用玻璃移液管，将两点 5 毫升的辐照 BMPO-OH 溶液从石英辐照管中移出，并转移到带有 3 毫米分隔器的 16 millimiter 石英样品管的一侧。将剩余的两点 5 毫升辐照 BMPO-OH 转移到带有分隔器的石英样品管的另一侧。

第二个关键步骤是了解功率饱和曲线。随着扫描速率的增加，您可以在信号饱和之前获得更高的功率和更大的信号幅度。较大的信号幅度是缩短采集时间的另一种方法。

首先，将 15 毫升 0.5 毫摩尔 N-15 PDT 水溶液样品插入 16 毫米石英电子顺磁共振管中，用氮氧自由基的水样调谐谐振器。将石英管插入交叉环快速扫描电子顺磁共振或 RSEPR 谐振器的检测侧。更改仪器源的频率，直到它与包含样本的检测侧的频率匹配。

现在，更改激励侧的频率，以匹配谐振器的实验源和检测侧的频率。通过在谐振器腔内转动可变电容器来改变激励侧的频率。要设置仪器控制台和主磁体，请打开光谱仪并选择一个实验，该实验在横坐标上记录随时间变化的瞬态数据。

在相同的实验条件下，对标准氮氧化物自由基样品进行功率饱和曲线，该曲线将用于观察对 pH 值或氧化还原状态敏感的自由基。系统设置完成后，手动或通过计算机程序应用梯度以进行成像实验。EPR 信号强度与谐振器中的微波场成正比，该微波场导致自旋从一个能级变为下一个能级。

这个微波场被命名为 B1。B1 与微波功率的平方根成正比。当微波功率增加四倍时，B1 增加一倍。在这个数字中，功率从 8 毫瓦增加到 32 毫瓦，B1 从 18 毫瓦增加到 36 毫瓦高斯。

可以通过将相对振幅绘制为微波功率平方根的函数来构建功率饱和曲线，或者如果谐振器效率已知，则绘制 B1。此曲线的线性区域显示 EPR 信号未饱和或失真的功率区域。快速扫描实验的优点之一是，与黑点表示的常规 CW 实验相比，线性功率范围（由彩色点表示）得到了扩展。这里显示的是体模的二维光谱空间图像，由相隔 3 毫米、浓度为 5 微摩尔的 BMPO-OH 加合物组成。

图像切片显示了 250 兆赫兹的光谱形状。该图像显示了 N-14 硝酰自由基，可用于在体模中体内捕获一氧化氮，其中一根 5 毫米厚的壁将两个样品室隔开。此处显示了 250 兆赫兹的光谱形状。

对 pH 值敏感的三芳基甲基自由基的二维图像反映了磷酸盐缓冲液 pH 值等于 7 点 0 或 pH 值等于 7 点 4 时的光谱特征差异。该图显示了带有 10 毫米垫片的双室模型中的 N-15 二硝醇。最初，两个隔室都包含 0.5 毫摩尔探针。

向二硝醇中添加谷胱甘肽会破坏还原的接头区域并产生两个单氮氧化物，这一变化反映在二维图像中。快速扫描 EPR 的发展是我们研究具有不成对电子的分子的能力的完全范式转变。您今天看到了它在体内 EPR 中的应用，但它在低温研究含金属的化合物和许多其他类型的系统方面也有极好的可能性。

对于我们迄今为止研究的所有样本，我们的信噪比至少提高了一个数量级，有时甚至更高。