फास्ट-स्कैन चक्रीय वोल्टामेट्री
फास्ट-स्कैन चक्रीय वोल्टामेट्री (एफएससीवी) बहुत उच्च स्कैन दर (1×106 V·s−1 तक) के साथ चक्रीय वोल्टामेट्री है।[1] उच्च स्कैन दर का अनुप्रयोग कई मिलीसेकंड के अन्दर एक वोल्टमोग्राम के तेजी से अधिग्रहण की अनुमति देता है और इस विद्युतविश्लेषणात्मक विधि के उच्च अस्थायी समाधान को सुनिश्चित करता है। 10 Hz की अधिग्रहण दर नियमित रूप से नियोजित है।
जैविक प्रणालियों में न्यूरोट्रांसमीटर, हार्मोन और मेटाबोलाइट्स का पता लगाने के लिए कार्बन फाइबर माइक्रोइलेक्ट्रोड के संयोजन में एफएससीवी एक बहुत लोकप्रिय विधि बन गई।[2] प्रारंभ में, एफएससीवी को क्रोमाफिन कोशिकाओं (एड्रेनालाईन और नॉरएड्रेनालाईन), ब्रेन स्लाइस (सेरोटोनिन 5-HT, डोपामाइन, नॉरपेनेफ्रिन) और विवो में नेस्थेटाइज़्ड या जाग्रत (चूहा) और व्यवहार करने वाले जानवरों (डोपामाइन) में इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय जीव जनन संबंधी एमाइन रिलीज़ का पता लगाने के लिए सफलतापूर्वक उपयोग किया गया था। विधि के आगे परिशोधन ने 5-HT, हिस्टामिन , नॉरपेनेफ्रिन, एडेनोसाइन , ऑक्सीजन, चूहों और माउस में विवो में पीएच परिवर्तन के साथ-साथ ड्रोसोफिला मेलानोगास्टर में डोपामाइन और सेरोटोनिन एकाग्रता की माप का पता लगाने में सक्षम किया है।
एफएससीवी के सिद्धांत
फास्ट-स्कैन चक्रीय वोल्टामेट्री (एफएससीवी) में, एक छोटा कार्बन फाइबर इलेक्ट्रोड (माइक्रोमीटर स्केल) जीवित कोशिकाओं, ऊतक या कोशिकी में डाला जाता है।[3] इलेक्ट्रोड का उपयोग त्रिकोणीय तरंग फैशन में वोल्टेज को जल्दी से बढ़ाने और कम करने के लिए किया जाता है। जब वोल्टेज सही सीमा (सामान्यतः ±1 वोल्ट) में होता है तो चक्रवृद्धि ब्याज बार-बार ऑक्सीकृत और कम हो जाएगा। इसके परिणामस्वरूप समाधान में इलेक्ट्रॉनों की गति होगी जो अंततः एक छोटा प्रत्यावर्ती धारा (नैनो एम्प्स स्केल) बनाती हैं।[4] परिणामी धारा से जांच द्वारा बनाई गई पृष्ठभूमि धारा को घटाकर, एक वोल्टेज बनाम धारा प्लॉट उत्पन्न करना संभव है जो प्रत्येक कंपाउंड के लिए अद्वितीय है।[5] चूंकि वोल्टेज दोलनों के समय के मापदंडों को जाना जाता है, इसलिए इसका उपयोग समय के एक फलन के रूप में समाधान में वर्तमान की साजिश की गणना करने के लिए किया जा सकता है। यौगिक की सापेक्ष सांद्रता की गणना तब तक की जा सकती है जब तक प्रत्येक ऑक्सीकरण और कमी प्रतिक्रिया में स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या ज्ञात हो।
रासायनिक विशिष्टता, उच्च रिज़ॉल्यूशन और गैर-विवेकपूर्ण जांच जैसे लाभ एफएससीवी को विवो में बदलते रासायनिक सांद्रता का पता लगाने के लिए एक शक्तिशाली विधि बनाते हैं।[3] एफएससीवी की रासायनिक विशिष्टता कमी की क्षमता से ली गई है। प्रत्येक कंपाउंड में एक अद्वितीय कमी क्षमता होती है, और इसलिए वैकल्पिक वोल्टेज को किसी विशेष कंपाउंड के चयन के लिए समुच्चय किया जा सकता है।[5] परिणामस्वरुप, एफएससीवी का उपयोग विभिन्न प्रकार के विद्युत सक्रिय जैविक यौगिकों जैसे कैटाकोलामाइन, इंडोलामाइन और स्नायुसंचारी को मापने के लिए किया जा सकता है।[3] एस्कॉर्बिक अम्ल , ऑक्सीजन, नाइट्रिक ऑक्साइड और हाइड्रोजन आयनों (पीएच) के बारे में एकाग्रता परिवर्तन का भी पता लगाया जा सकता है।[2] इसका उपयोग एक ही समय में कई यौगिकों को मापने के लिए भी किया जा सकता है, जब तक कि एक में सकारात्मक और दूसरे में नकारात्मक कमी की क्षमता हो। उच्च गति पर वोल्टेज को बदलकर उच्च रिज़ॉल्यूशन प्राप्त किया जाता है, जिसे तेज़ स्कैन दर कहा जाता है। एफएससीवी के लिए स्कैन दरें उप-दूसरे मापदंडों पर हैं, माइक्रोसेकंड में यौगिकों को ऑक्सीकरण और कम करना। एफएससीवी का एक अन्य लाभ इसकी विवो में उपयोग करने की क्षमता है। विशिष्ट इलेक्ट्रोड में छोटे कार्बन फाइबर सुइयाँ होती हैं जो व्यास में माइक्रोमीटर होती हैं और जीवित ऊतकों में गैर-आक्रामक रूप से डाली जा सकती हैं।[2] इलेक्ट्रोड का आकार भी इसे बहुत विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों की जांच करने की अनुमति देता है। इस प्रकार, एफएससीवी जीवित जीवों के रासायनिक उतार-चढ़ाव को मापने में प्रभावी सिद्ध हुआ है और इसका उपयोग कई व्यवहारिक अध्ययनों के संयोजन में किया गया है।
स्वीकार्य वोल्टेज और धारा रेंज एफएससीवी की सामान्य सीमाएँ हैं। प्रारंभ करने के लिए, विद्युत क्षमता को पानी के इलेक्ट्रोलिसिस (Eo = ± 1.23) की वोल्टेज सीमा के अन्दर रहना चाहिए। इसके अतिरिक्त, परिणामी धारा को लयसिस के साथ-साथ सेल विध्रुवण से बचने के लिए कम रहना चाहिए।[4] फास्ट स्कैन चक्रीय वोल्टामेट्री भी सीमित है जिसमें यह केवल अंतर माप करता है; यह जिन धाराओं को मापता है, वे केवल पृष्ठभूमि के सापेक्ष होती हैं, इसलिए उनका उपयोग विश्राम की सांद्रता को निर्धारित करने के लिए नहीं किया जा सकता है। यह आंशिक रूप से इस तथ्य के कारण है कि बेसल वर्तमान स्तर अधिक सीमा तक पीएच जैसे कारकों से प्रभावित होते हैं, इसलिए लंबे समय तक ये मान बहाव करते हैं। इलेक्ट्रोड की उम्र भी महत्वपूर्ण है, और जितने अधिक समय तक जांच का उपयोग किया जाता है, उतनी ही कम त्रुटिहीन होती है।
यह विधि विद्युतीय रूप से सक्रिय यौगिकों की सांद्रता को मापने तक ही सीमित है, और जैविक प्रणालियों में केवल श्रेष्ठ अणुओं के साथ ही इसका उपयोग किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त, ऐसे गैर-विद्युत एंजाइमों के स्तर को मापने के तरीके विकसित किए गए हैं जिनमें इलेक्ट्रोएक्टिव सबस्ट्रेट (रसायन विज्ञान) होता है।[4] चूँकि, इस परिदृश्य में, डेटा रिज़ॉल्यूशन में इलेक्ट्रोड जांच भी एक सीमित कारक है। इलेक्ट्रोएक्टिव सब्सट्रेट को मापते समय, जांच अधिकांशतः इसके संबंधित एंजाइम के साथ लेपित होती है। अलग-अलग सब्सट्रेट्स के साथ एंजाइम की बातचीत से बचने के लिए, इलेक्ट्रोड को एक बहुलक के साथ भी लेपित किया जाता है जो विशेष प्रकार के आयनों के खिलाफ चयनात्मक फिल्टर के रूप में कार्य करता है। चूँकि, जब इस बहुलक को जोड़ा जाता है तो यह उस गति को कम करता है जिस पर वोल्टेज स्कैन किया जा सकता है और डेटा रिज़ॉल्यूशन को प्रभावी ढंग से कम करता है।
अनुप्रयोग
विवो में डोपामाइन का माप
एफएससीवी का उपयोग वास्तविक समय में स्तनधारी मस्तिष्क में डोपामाइन की एकाग्रता में 1 nM की संवेदनशीलता के साथ परिवर्तन की निगरानी के लिए किया जाता है।[6] न्यूरोट्रांसमीटर रिलीज और क्लीयरेंस की गतिशीलता का नमूना लेने के लिए 10 हर्ट्ज की अधिग्रहण दर का उपयोग करना अधिक तेज है। डोपामाइन रिसेप्टर डी1 और डोपामाइन रिसेप्टर डी2 रिसेप्टर्स डोपामाइन एगोनिस्ट और डोपामाइन रिसेप्टर विरोधी ( राक्लोप्राइड , हैलोपेरीडोल), डोपामाइन ट्रांसपोर्टर डोपामाइन रीअपटेक इनहिबिटर (कोकीन, नोमिफेनसिन, जीबीआर 12909) जैसे डोपामिनर्जिक दवाओं की औषधीय कार्रवाई का एफएससीवी के साथ मूल्यांकन किया जा सकता है। तेजी से अधिग्रहण दर भी व्यवहार के समय डोपामिन गतिशीलता के अध्ययन की अनुमति देता है।
डोपामिनर्जिक न्यूरोट्रांसमिशन पर मनोउत्तेजक (कोकीन, एम्फ़ैटेमिन और मेथामफेटामाइन), नशीले पदार्थों ( अफ़ीम का सत्त्व और हेरोइन), कैनाबिनोइड, शराब (दवा)ड्रग) और निकोटीन के प्रभाव और मादक पदार्थों की लत के विकास का एफएससीवी के साथ अध्ययन किया गया था।
डोपामाइन एक प्राथमिक न्यूरोट्रांसमीटर है जो सीखने, लक्ष्य-निर्देशन व्यवहार और निर्णय लेने में मध्यस्थता करता है। एफएससीवी के साथ जानवरों के व्यवहार में विवो में डोपामाइन एकाग्रता की निगरानी से मस्तिष्क की निर्णय लेने की प्रक्रिया के डोपामाइन कोडिंग का पता चलता है।[7][8]
अन्य मोनोमाइन न्यूरोट्रांसमीटर का मापन
एफएससीवी का उपयोग क्रोमाफिन कोशिकाओं से नॉरएड्रेनालाईन और एड्रेनालाईन के एक्सोसाइटोसिस की गतिशीलता का अध्ययन करने के लिए किया जाता है; मास्ट कोशिकाओं से सेरोटोनिन की रिहाई; ब्रेन स्लाइस में 5-HT का विमोचन; संवेदनाहारी कृन्तकों और फलों की मक्खियों के मस्तिष्क में 5-HT की रिहाई; संवेदनाहारी और मुक्त रूप से चलने वाले कृन्तकों के मस्तिष्क में नोरपाइनफ्राइन की रिहाई।
संदर्भ
- ↑ Bard. इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री का विश्वकोश. Wiley. ISBN 978-3-527-30250-5.
- ↑ 2.0 2.1 2.2 Wightman, R. M. (2006). "माइक्रोइलेक्ट्रोड के साथ जैविक प्रणालियों में कोशिकीय रसायन विज्ञान की जांच करना". Science. 311 (5767): 1570–1574. Bibcode:2006Sci...311.1570W. doi:10.1126/science.1120027. PMID 16543451. S2CID 2959053.
- ↑ 3.0 3.1 3.2 Robinson, DL; Venton, BJ; Heien, ML; Wightman, RM (Oct 2003). "विवो में फास्ट-स्कैन साइक्लिक वोल्टामेट्री के साथ सबसेकंड डोपामाइन रिलीज का पता लगाना". Clinical Chemistry. 49 (10): 1763–73. doi:10.1373/49.10.1763. PMID 14500617.
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- ↑ 5.0 5.1 Wipf, David O.; Kristensen, Eric W.; Deakin, Mark R.; Wightman, R. Mark (1988). "तेजी से विषम इलेक्ट्रॉन-स्थानांतरण कैनेटीक्स को मापने के लिए एक विधि के रूप में फास्ट-स्कैन चक्रीय वोल्टामेट्री". Analytical Chemistry. 60 (4): 306–310. doi:10.1021/ac00155a006.
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अग्रिम पठन
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- Michael, A. C.; Borland, L. M., eds. (2007). Electrochemical methods for neuroscience. CRC Press. ISBN 978-0-8493-4075-8.
