빠른 스캔 전자 스핀 공명 이미징 생리 학적으로 중요 매개 변수에 대한 새로운 길을 엽니 다 생체

RSEPRI(Rapid Scan Electron Paramagnetic Imaging)의 전반적인 목표는 생물 의학 연구에 유용한 산소 농도, pH, 산화 환원 상태 및 신호 분자 농도에 대한 정량적 정보를 제공하는 것입니다. EPRI는 종양 환경과 관련된 암 연구의 주요 질문에 답하는 데 사용할 수 있는 도구입니다. 고속 스캔 EPR 이미징의 주요 장점은 연속파 또는 CW EPR 이미징에 비해 더 다양한 프로브 분자를 사용하여 훨씬 더 빠른 시간에 더 많은 정보를 얻을 수 있다는 것입니다.

산화 환원 상태 또는 pH에 민감한 분자는 고속 스캔 EPRI가 실제로 빛을 발하는 좋은 예입니다. 텍스트 프로토콜에서 결정된 대로 신속한 스캔 실험 조건을 계산하는 것으로 이 절차를 시작합니다. 빠른 스캔의 중요한 부분 중 하나는 공진기 대역폭에 대한 신호의 의존성과 스캔 주파수, 스윕 폭과 같은 실험 조건을 이해하는 것입니다.

실험을 실제로 최적화하려면 세 가지를 모두 이해해야 합니다. 고속 스캔 코일 드라이버에는 두 개의 증폭기가 있습니다. 커패시터를 선택할 때 커패시터 박스는 박스의 각 측면에서 동일한 커패시턴스로 균형을 이루어야 합니다.

양측은 직렬로 있습니다. 커패시터 상자의 상단 덮개의 나사를 풀고 결정된 값과 동일한 커패시터를 양쪽에 삽입합니다. 커패시터 상자의 상단을 교체하고 나사로 조여 계속 켜져 있는지 확인합니다.

공진 코일 드라이버의 전면 패널을 사용하여 정현파 파형이 최대 진폭을 가질 때까지 출력 주파수를 조정합니다. 라디칼을 준비하려면 냉동실에서 N-15 PDT를 제거하고 용기를 실온에 두십시오. 분석 저울을 사용하여 1.4mg의 N-15 PDT의 무게를 측정합니다.

1.4mg의 N-15 PDT를 15ml의 탈이온수에 첨가하여 최종 농도를 0.5mlmol로 만듭니다. 다음으로, 16mm 석영 조사 튜브에 50mg의 BMPO와 5ml의 물을 결합합니다. 100마이크로리터의 300밀리몰 과산화수소를 추가합니다.

16mm 석영 조사 튜브에 혼합물을 중압 450와트 자외선 램프로 5분 동안 조사합니다. 유리 전사 피펫을 사용하여 조사된 BMPO-OH 용액의 2점 5밀리리터를 석영 조사 튜브에서 3mm 디바이더가 있는 16millimiter 석영 샘플 튜브의 한쪽 면으로 옮깁니다. 나머지 2점 5밀리리터의 조사된 BMPO-OH를 분배기를 사용하여 석영 샘플 튜브의 다른 쪽으로 옮깁니다.

두 번째 중요한 단계는 전력 포화 곡선을 이해하는 것입니다. 스캔 속도가 증가하면 신호가 포화되기 전에 더 높은 출력과 더 큰 신호 진폭에 액세스할 수 있습니다. 신호 진폭이 클수록 수집 시간을 줄일 수 있습니다.

먼저, 물 속의 0.5 밀리몰 N-15 PDT의 15 밀리리터 샘플을 16 밀리미터 석영 전자 상자성 공명 튜브에 삽입하여 니트록사이드 라디칼의 수성 샘플로 공진기를 조정합니다. 석영관을 크로스 루프 고속 스캔 전자 상자성 공명 또는 RSEPR 공진기의 감지 측에 삽입합니다. 샘플이 포함된 검출 측의 주파수와 일치할 때까지 기기 소스의 주파수를 변경합니다.

이제 여기 측의 주파수를 실험 소스의 주파수와 공진기의 감지 측과 일치하도록 변경합니다. 공진기 캐비티 내에서 가변 커패시터를 돌려 여기 측의 주파수를 변경합니다. 기기 콘솔과 주 자석을 설정하려면 분광계를 켜고 가로 좌표에 시간과 함께 과도 데이터를 기록하는 실험을 선택합니다.

pH 또는 산화 환원 상태에 민감한 라디칼을 조사하는 데 사용되는 것과 동일한 실험 조건에서 표준 nitroxide 라디칼 샘플에 대해 전력 포화 곡선을 수행합니다. 시스템이 설정되면 이미징 실험을 위해 수동으로 또는 컴퓨터 프로그램을 통해 그라디언트를 적용합니다. EPR 신호 강도는 스핀이 한 에너지 수준에서 다음 에너지 수준으로 이동하도록 하는 공진기의 마이크로파 필드에 정비례합니다.

이 마이크로파 필드의 이름은 B1입니다. B1은 마이크로파 전력의 제곱근에 비례합니다. 마이크로파 전력이 4배가 되면 B1은 2배가 됩니다. 이 그림에서 전력은 8 밀리 와트에서 32 밀리 와트로 4 배 증가하고, B1은 18 밀리 와트에서 36 밀리 가우스로 두 배가 됩니다.

전력 포화 곡선은 상대 진폭을 마이크로파 전력의 제곱근 함수로 표시하거나 공진기 효율이 알려진 경우 B1을 표시하여 구성 할 수 있습니다. 이 곡선의 선형 영역은 EPR 신호가 포화되거나 왜곡되지 않은 전력 영역을 보여줍니다. 고속 스캔 실험의 장점 중 하나는 검은색 점으로 표시되는 일반 CW 실험에 비해 선형 출력 범위가 확장되어 컬러 점으로 표시된다는 것입니다. 여기에 표시된 것은 5마이크로몰 농도에서 3mm 간격으로 분리된 BMPO-OH 부가물로 구성된 팬텀의 2차원 스펙트럼 공간 이미지입니다.

이미지를 통해 슬라이스하면 250메가헤르츠의 스펙트럼 모양이 표시됩니다. 이 이미지는 생체 내 산화질소를 팬텀에 가두는 데 사용할 수 있는 N-14 니트라닐 라디칼을 보여주며, 1점 5밀리미터 두께의 벽이 두 개의 샘플 챔버를 분리합니다. 250메가헤르츠의 스펙트럼 모양이 여기에 나와 있습니다.

pH에 민감한 트리아릴메틸 라디칼의 2차원 이미지는 인산염 완충액 pH가 7포인트 0이거나 pH가 7포인트 4일 때 스펙트럼 특징의 차이를 반영합니다. 이 이미지는 10mm 스페이서가 있는 2격실 팬텀에 있는 N-15 디니트록사이드를 보여줍니다. 처음에는 두 격실 모두에 0.5 밀리몰 프로브가 포함되어 있습니다.

디니트록사이드에 글루타티온을 첨가하면 감소된 링커 영역이 파괴되고 두 개의 모노나이트록시드가 생성되며, 이러한 변화는 2차원 이미지에 반영됩니다. 고속 스캔 EPR의 개발은 짝을 이루지 않은 전자를 가진 분자를 연구하는 능력의 완전한 패러다임 전환입니다. 오늘 생체 내 EPR에 대한 적용을 보았지만 금속이 포함된 화합물 및 기타 여러 종류의 시스템에 대한 저온 연구에 대한 놀라운 가능성도 가지고 있습니다.

지금까지 연구한 모든 샘플에서 신호 대 잡음비가 최소 한 자릿수, 때로는 그 이상으로 개선되었습니다.