Voltage-sensitive dye
वोल्टेज-संवेदनशील रंग, जिन्हें पोटेंशियोमेट्रिक रंगों के रूप में भी जाना जाता है, वे रंग हैं जो वोल्टेज परिवर्तनों के जवाब में अपने वर्णक्रमीय गुणों को बदलते हैं। वे एकल न्यूरॉन्स, बड़ी न्यूरोनल आबादी या मायोसाइट्स की गतिविधि की फायरिंग गतिविधि के रैखिक माप प्रदान करने में सक्षम हैं। कई शारीरिक प्रक्रियाएँ कोशिका झिल्ली क्षमता में परिवर्तन के साथ होती हैं जिनका वोल्टेज संवेदनशील रंगों से पता लगाया जा सकता है। माप क्रिया संभावित उत्पत्ति के स्थान को इंगित कर सकते हैं, और क्रिया संभावित वेग और दिशा के माप प्राप्त किए जा सकते हैं। पोटेंशियोमेट्रिक रंगों का उपयोग सेल ऑर्गेनेल के अंदर विद्युत गतिविधि की निगरानी के लिए किया जाता है जहां माइटोकॉन्ड्रिया और डेंड्राइटिक स्पाइन जैसे इलेक्ट्रोड डालना संभव नहीं है। यह तकनीक जटिल बहुकोशिकीय तैयारी में गतिविधि के पैटर्न के अध्ययन के लिए विशेष रूप से शक्तिशाली है। यह एकल कोशिकाओं की सतह के साथ झिल्ली क्षमता में स्थानिक और अस्थायी भिन्नताओं की माप को भी संभव बनाता है। रंगों के प्रकार त्वरित-प्रतिक्रिया जांचः ये एम्फीफिलिक झिल्ली धुंधले रंग होते हैं जिनमें आमतौर पर झिल्ली लंगर के रूप में कार्य करने वाली हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाओं की एक जोड़ी होती है और एक हाइड्रोफिलिक समूह होता है जो झिल्ली/जलीय इंटरफेस के लंबवत क्रोमोफोर को संरेखित करता है। ऐसा माना जाता है कि क्रोमोफोर जमीन से उत्तेजित अवस्था में उत्तेजना के परिणामस्वरूप एक बड़े इलेक्ट्रॉनिक चार्ज शिफ्ट से गुजरता है और यह झिल्ली क्षमता के प्रति इन रंगों की संवेदनशीलता के लिए अनुमानित इलेक्ट्रोक्रोमिक तंत्र का आधार है। यह अणु (डाई) जैविक झिल्ली के लिपोफिलिक भाग के बीच अंतःक्रिया करता है। यह अभिविन्यास आश्वस्त करता है कि उत्तेजना प्रेरित आवेश पुनर्वितरण झिल्ली के भीतर विद्युत क्षेत्र के समानांतर होगा। झिल्ली के पार वोल्टेज में परिवर्तन इसलिए क्षेत्र और जमीन और उत्तेजित अवस्था द्विध्रुव क्षणों के बीच एक सीधी बातचीत के परिणामस्वरूप एक वर्णक्रमीय बदलाव का कारण बनेगा। नए वोल्टेज रंग एक संयुग्मित आणविक तार के माध्यम से फोटोइंड्यूस्ड इलेक्ट्रॉन ट्रांसफर (पी. ई. टी.) का उपयोग करके उच्च गति और संवेदनशीलता के साथ वोल्टेज को महसूस कर सकते हैं। धीमी-प्रतिक्रिया जांचः ये अपने पार-झिल्ली वितरण में संभावित-निर्भर परिवर्तन प्रदर्शित करते हैं जो एक प्रतिदीप्ति परिवर्तन के साथ होते हैं। विशिष्ट धीमी-प्रतिक्रिया जांच में कैशनिक कार्बोसायनिन और रोडामाइन और आयनिक ऑक्सोनोल शामिल हैं। आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले वोल्टेज संवेदनशील रंगों के उदाहरण प्रतिस्थापित एमिनोनाफ्थाइलेथेनिलपाइरिडिनियम (ए. एन. ई. पी.) रंग हैं, जैसे कि डी-4-ए. एन. ई. पी. पी. एस., डी-8-ए. एन. ई. पी. पी. एस. और आर. एच. 237। उनके रासायनिक संशोधनों के आधार पर जो उनके भौतिक गुणों को बदलते हैं, उनका उपयोग विभिन्न प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है। उन्हें पहली बार 1985 में लेस्ली लोव के शोध समूह द्वारा वर्णित किया गया था। ए. एन. एन. आई. एन. ई.-6प्लस तेज प्रतिक्रिया (एन. एस. प्रतिक्रिया समय) और उच्च संवेदनशीलता के साथ एक वोल्टेज संवेदनशील रंग है। इसे गुइक्स्यू बू एट अल द्वारा कार्डियोमायोसाइट्स की एकल टी-नलिका की क्रिया क्षमता को मापने के लिए लागू किया गया है। हाल ही में, फ्लोरिनयुक्त ए. एन. ई. पी. रंगों की एक श्रृंखला पेश की गई थी जो बढ़ी हुई संवेदनशीलता और फोटोस्टेबिलिटी प्रदान करती है; वे उत्तेजना और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत पसंद पर भी उपलब्ध हैं। हाल के एक कम्प्यूटेशनल अध्ययन ने पुष्टि की कि ए. एन. ई. पी. रंग केवल स्थिरविद्युत वातावरण से प्रभावित होते हैं न कि विशिष्ट आणविक अंतःक्रियाओं से। अन्य संरचनात्मक मचान, जैसे ज़ैंथेनीज़ का भी सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है। सामग्री वोल्टेज-संवेदनशील रंगों के साथ मस्तिष्क की गतिविधि की इमेजिंग के लिए मुख्य सामग्री स्वयं रंग हैं। ये वोल्टेज-संवेदनशील रंग लिपोफिलिक होते हैं और अधिमानतः अपनी हाइड्रोफोबिक पूंछ के साथ झिल्ली में स्थानीयकृत होते हैं। इनका उपयोग प्रतिदीप्ति या अवशोषण से जुड़े अनुप्रयोगों में किया जाता है; वे तेजी से कार्य कर रहे हैं और झिल्ली क्षमता में परिवर्तनों के रैखिक माप प्रदान करने में सक्षम हैं। वोल्टेज संवेदनशील रंगों की आपूर्ति कई कंपनियों द्वारा की जाती है जो जैविक अनुप्रयोगों के लिए फ्लोरोसेंट जांच प्रदान करती हैं। पोटेन्शियोमेट्रिक प्रोब्स, एल. एल. सी. केवल वोल्टेज संवेदनशील रंगों में विशेषज्ञता रखता है; उनके पास इलेक्ट्रोफ्लोर ब्रांड के तहत विपणन किए गए फ्लोरिनयुक्त वी. एस. डी. के बड़े सेट को वितरित करने के लिए एक विशेष लाइसेंस है। रंगों के संयोजन में विभिन्न प्रकार के विशेष उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है, और उपकरण में विकल्प तैयारी की विशिष्टताओं के अनुसार भिन्न होंगे। अनिवार्य रूप से, उपकरणों में विशेष सूक्ष्मदर्शी और इमेजिंग उपकरण शामिल होंगे, और इसमें तकनीकी लैंप या लेजर शामिल हो सकते हैं। वोल्टेज-संवेदनशील रंगों के साथ मस्तिष्क की गतिविधि की इमेजिंग की ताकत में निम्नलिखित क्षमताएं शामिल हैंः कई क्षेत्रों से जनसंख्या संकेतों का मापन एक साथ लिया जा सकता है, और सैकड़ों न्यूरॉन्स से दर्ज किया जा सकता है। इस तरह की बहुस्थायी रिकॉर्डिंग क्रिया संभावित दीक्षा और प्रसार (दिशा और वेग सहित), और एक न्यूरॉन की पूरी शाखा संरचना पर सटीक जानकारी प्रदान कर सकती है। व्यवहार उत्पन्न करने वाले गैंग्लियन में स्पाइक गतिविधि का मापन किया जा सकता है और यह जानकारी प्रदान कर सकता है कि व्यवहार कैसे उत्पन्न हो रहा है। कुछ तैयारी में दागदार पिपेट को हटाकर और न्यूरॉन को ठीक होने के लिए 1 से 2 घंटे की अनुमति देकर रंगों के औषधीय प्रभावों को पूरी तरह से उलट दिया जा सकता है। अंतिम डेंड्राइटिक शाखाओं में संकेत एकीकरण का विश्लेषण करने के लिए रंगों का उपयोग किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए वोल्टेज-संवेदनशील रंग आनुवंशिक रूप से एन्कोडेड वोल्टेज संवेदनशील प्रोटीन (जैसे सी. आई.-वी. एस. पी. व्युत्पन्न प्रोटीन) का एकमात्र विकल्प प्रदान करते हैं। इलेक्ट्रोफ्लोर-530, या डी-2-ए. एन. ई. पी. ई. क्यू. जैसे अधिक घुलनशील रंग एक पैच पिपेट के माध्यम से एकल कोशिका में आंतरिक रूप से सुगंधित हो सकते हैं। इस तकनीक ने मस्तिष्क के टुकड़ों के भीतर अलग-अलग डेंड्राइट और डेंड्राइटिक रीढ़ में विद्युत संकेतों के अध्ययन की अनुमति दी है। वोल्टेज-संवेदनशील रंगों के साथ मस्तिष्क की गतिविधि की इमेजिंग की कमजोरियों में निम्नलिखित समस्याएं शामिल हैंः वोल्टेज-संवेदनशील रंग एक तैयारी से दूसरी तैयारी में बहुत अलग तरह से प्रतिक्रिया दे सकते हैं; एक इष्टतम संकेत प्राप्त करने के लिए आम तौर पर दसियों रंगों का परीक्षण किया जाना चाहिए।, इमेजिंग मापदंड, जैसे कि उत्तेजना तरंग दैर्ध्य, उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य, एक्सपोजर समय, को भी अनुकूलित किया जाना चाहिए। वोल्टेज-संवेदनशील रंग अक्सर संयोजी ऊतक के माध्यम से प्रवेश करने में विफल रहते हैं या अध्ययन के लिए वांछित झिल्ली के क्षेत्र में अंतःकोशिकीय स्थानों के माध्यम से आगे बढ़ते हैं। इन रंगों के प्रयोग में धब्बा एक गंभीर समस्या है। पानी में घुलनशील रंग, जैसे कि ए. एन. एन. आई. एन.-6प्लस, इलेक्ट्रोफ्लोर-530, या डी.-2-ए. एन. ई. पी. ई. क्यू, इस समस्या से पीड़ित नहीं हैं। दूसरी ओर, यदि रंग बहुत अधिक पानी में घुलनशील हैं, तो धुंधलापन नहीं रह सकता है। लाइपोफिलिसिटी बढ़ाने के लिए लंबी एल्किल श्रृंखलाओं वाले रंगों का उपयोग करके इसका समाधान किया जा सकता है। वोल्टेज-संवेदनशील रंगों के साथ सभी तैयारी में शोर एक समस्या है और कुछ तैयारी में संकेत काफी अस्पष्ट हो सकता है। स्थानिक फ़िल्टरिंग या अस्थायी फ़िल्टरिंग एल्गोरिदम के साथ संकेत से शोर अनुपात में सुधार किया जा सकता है। इस तरह के कई एल्गोरिदम मौजूद हैं; एक सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम ए. एन. एन. आई. एन. ई.-6प्लस डाई के साथ हाल के काम में पाया जा सकता है। उपचार से कोशिकाएँ स्थायी रूप से प्रभावित हो सकती हैं। स्थायी औषधीय प्रभाव संभव हैं, और रंगों के प्रकाशगतिकी हानिकारक हो सकते हैं। हाल ही में विकसित फ्यूरिनेटेड वोल्टेज संवेदनशील रंगों को इन प्रभावों को कम करने के लिए दिखाया गया है। वोल्टेज-संवेदनशील रंगों का उपयोग विभिन्न जीवों में तंत्रिका तंत्र के कई क्षेत्रों में तंत्रिका गतिविधि को मापने के लिए किया गया है, जिसमें स्क्विड विशाल अक्षतंतु, चूहे सोमाटोसेंसरी प्रांतस्था के व्हिस्कर बैरल, सैलामैंडर का घ्राण बल्ब, बिल्ली का दृश्य प्रांतस्था, मेंढक का ऑप्टिक विवर्तम और रीसस बंदर का दृश्य प्रांतस्था शामिल हैं। कार्डियक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी में कई अनुप्रयोग प्रकाशित किए गए हैं, जिनमें विभिन्न जानवरों की प्रजातियों से पूरे दिल में विद्युत गतिविधि का एक्स विवो मानचित्रण, एकल कार्डियोमायोसाइट्स से उपकोशिकीय इमेजिंग और यहां तक कि विवो पिग में खुले दिल में साइनस लय और एरिटमिया दोनों का मानचित्रण शामिल है, जहां गति कलाकृतियों को वोल्टेज संवेदनशील डाई प्रतिदीप्ति के दोहरे तरंग दैर्ध्य अनुपात इमेजिंग द्वारा समाप्त किया जा सकता है। बायोकेमिस्ट्री डिटेक्शन विधियों को आगे पढ़ने के लिए संदर्भ कोशिका संवर्धन अभिकर्मक तंत्रिका विज्ञान इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी कोशिका जीव विज्ञान