快速扫描电子顺磁共振为生理重要参数的成像开辟了新途径 体内

快速扫描电子顺磁共振成像（RSEPRI）的总体目标是提供关于氧浓度、pH值、氧化还原状态以及信号分子浓度的定量信息，这些信息对生物医学研究具有重要价值。EPRI是一种可用于回答癌症研究中有关肿瘤微环境关键问题的工具。快速扫描EPR成像的主要优势在于，与连续波（CW）EPR成像相比，它能够在更短的时间内获取更多信息，并可使用更广泛的探针分子。

对氧化还原状态或 pH 值敏感的分子是快速扫描电子顺磁共振成像（EPRI）技术优势的典型示例。开始本实验前，需根据文本方案中的说明计算快速扫描的实验条件。快速扫描技术的一个关键点是理解信号对谐振器带宽以及扫描频率范围等实验条件的依赖性。

为了真正优化实验，您需要理解这三个方面。快速扫描线圈驱动器包含两个放大器。在选择电容器时，电容箱需要在箱体两侧保持相等的电容以实现平衡。

两侧串联。拧下电容器盒的顶盖，在两侧插入等于确定值的电容器。重新装上电容器盒的顶盖并拧紧，以确保其固定牢固。

使用谐振线圈驱动器的前面板，调节输出频率，直至正弦波形达到最大振幅。为制备自由基，从冷冻柜中取出N-15 PDT，并让容器恢复至室温。使用分析天平称取1.4毫克的N-15 PDT。

将1.4毫克N-15 PDT加入15毫升去离子水中，得到终浓度为0.5毫摩尔的溶液。接下来，将50毫克BMPO与5毫升水混合于16毫米石英辐照管中，再加入100微升300毫摩尔的过氧化氢。

使用中压450瓦紫外灯，将16毫米石英辐照管中的混合物照射五分钟。用玻璃移液管将2.5毫升经辐照的BMPO-OH溶液从石英辐照管中转移至带有3毫米隔板的16毫米石英样品管的一侧。再将剩余的2.5毫升经辐照的BMPO-OH溶液转移至该石英样品管另一侧的隔板中。

第二个关键步骤是理解功率饱和曲线。随着扫描速率的增加，在信号达到饱和之前，可以达到更高的功率和更大的信号幅度。更大的信号幅度是缩短采集时间的另一种方法。

首先，将15毫升浓度为0.5毫摩尔的水溶液N-15 PDT（氮-15标记的吡咯啶自由基）注入16毫米石英电子顺磁共振管中，然后将其插入交叉环快速扫描电子顺磁共振（RSEPR）谐振器的检测端，以含硝roxide自由基的水样调节谐振器。调节仪器源的频率，直至其与含有样品的检测端频率相匹配。

现在，调节激发端的频率，使其与谐振器的实验源频率和检测端频率相匹配。通过调节谐振腔内的可变电容器来改变激发端的频率。为设置仪器控制台和主磁体，请开启波谱仪，并选择一个以时间作为横坐标的瞬态数据记录实验。

在相同的实验条件下，对标准的氮氧自由基样品进行功率饱和曲线测定，这些条件将用于检测对pH或氧化还原状态敏感的自由基。系统设置完成后，通过手动或计算机程序施加梯度，以进行成像实验。电子顺磁共振（EPR）信号强度与谐振腔中的微波场强成正比，该微波场促使自旋从一个能级跃迁至下一个能级。

该微波场被称为B1。B1与微波功率的平方根成正比。当微波功率增至四倍时，B1加倍。在本图中，功率从8毫瓦增至32毫瓦（四倍），B1则从18毫高斯增至36毫高斯（加倍）。

通过绘制相对振幅与微波功率平方根的关系，或在已知谐振腔效率的情况下绘制与B1的关系，可以构建功率饱和曲线。该曲线上呈线性的区域表明电子顺磁共振（EPR）信号未发生饱和或畸变的功率范围。快速扫描实验的一个优势在于，与用黑色圆点表示的传统连续波（CW）实验相比，其线性功率范围得到扩展，如图中彩色圆点所示。此处展示的是由浓度为5 µM、相距三毫米的BMPO-OH加合物构成的模型样品的二维光谱空间图像。

图像的一个切片显示了在 250 兆赫时的谱线形状。该图像显示了 N-14 亚硝酰基自由基，可用于在体模中捕获一氧化氮，其中两个样品室由一个 1.5 毫米厚的壁分隔。此处展示了在 250 兆赫时的谱线形状。

磷酸盐缓冲液的 pH 为 7.0 或 pH 为 7.4 时，pH 敏感性三芳基甲基自由基的二维图像反映了其光谱特征的差异。该图像显示了含有 10 毫米隔片的双室模型中 N-15 二硝基氧化物的分布。初始状态下，两个室均含有 0.5 毫摩尔的探针。

将谷胱甘肽加入二硝基氧化物后，会断裂还原型连接区域，生成两个单硝基氧化物，这一变化在二维图像中得以体现。快速扫描电子顺磁共振（EPR）技术的发展彻底改变了我们研究含未成对电子分子的能力。今天您已看到其在活体EPR中的应用，但它在低温下研究含金属化合物以及其他多种体系方面也具有广阔的应用前景。

对于我们迄今为止研究的所有样品，信号噪声比至少提高了一个数量级，有时甚至更高。