Способ обнаружения протонного обмена в гетерогенных системах

 

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОТОННОГО ОБМЕНА В ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ, .включающий внедрение в образец, содержащий области, ограниченные мембранами , парамагнитных ионов и воздействие на образец серии 90-180180 ... радиочастотных импульсов, отличающийся тем, что, с целью однозначного обнаружения протонной проницаемости мембран и увеличения точности измерений, исследуемый образец дополнительно подвергают воздействию двух 180-градусных импульсов, разделенных интервалом t,, которые включаются перед серией импульсов, причем интервал между моментом включения второго дополнительного импульса и серией импульсов определяют по отсутствию сигнала свободной индукции после пробного 90-градусного импульса и по наличию изменения крутизны спада поперечной намаг (Л ниченности от интервала i, обнаруживают обмен.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

09) (И) 3(д) G 01 N 24/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 "

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

7дО УО 180

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРИТИИ (21) 3588397/18-25 (22) 15.02.83 (46) 07,09.84. Бюл. И- 33 (72) А.С.Еварестов и А.В.Анисимов (7.1) Казанский институт биологии

Казанского филиала АН СССР (53) 539. 143.43(088.8) (56) 1. Carr Н.Y., Purcell E.М. High

Resolution NMR Spectroscopy. Phys.

Rev., ч. 94, 1954, р. 630.

2. Conlon Т., Outhred R. Appliations of Nuclear Magnetic Resonance

Spectroscopy. ВВА, v. 288, 1972, 354

:(прототип).

I(54)(57) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОТОННОГО ОБМЕНА В ГЕТЕРОГЕННЪ|Х СИСТЕМАХ,,включающий внедрение в образец, содержащий области, ограниченные мембранами, парамагнитных ионов и воздействие на образец серии 90-180180 ... радиочастотных импульсов, о отличающийся тем, что, с целью однозначного обнаружения протонной проницаемости мембран и увеличения точности измерений, иссле" дуемый образец дополнительно подвергают воздействию двух 180-градусных импульсов, разделенных интервалом которые включаются перед серией импульсов, причем интервал между моментом включения второго дополнительного импульса и серией импульсов определяют по отсутствию сигнала свободной индукции после пробного 90-гра.

О дусного импульса и по наличию изме- Е нения крутизны спада попере чной намаг- ниченности от интервала 4 1 обнаружи- фф вают обмен.!

112267

Изобретение относится к области

SIMP-спектроскопии, занимающейся исследованием протонного обмена в гетерогенных мембранных системах, и может быть использовано для обнаружения протонного обмена при оценке проницаемости мембран методом парамагнитного допинга.

Известен способ измерения обмена с использованием импульсного метода

SIMP 11

Недостатком данного способа является неоднозначность доказательства протонной проницаемости мембран.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ обнаружения протонного обмена в гетерогенных системах, включающий внедрение в образец, содержащий области, ограниченные мембранами, парамагнит- ных ионов и воздействие на образец серии 90-180-180о... радиочастотных импульсов. Этот способ используется для исследования проницаемости биологических мембран и заключается в том, что во внеклеточное пространство вводятся парамагнитные ионы, например, марганца Nn и образец под+2 вергают воздействию серии радиочастотных импульсов 90 — ь -180 -2 — ЗО

0 а и о

180 — ..., так называемой последовательности Карра-Парсела-Мейбума-Джилла (КП?Щ) . В результате наблюдается быстрое релаксационное затухание намагниченности с характеристическим временем Т2 от протонов воды вне0 клеточного пространства, обусловленное релаксацией на парамагнитных ионах, и медленное — со временем Тщ от протонов внутриклеточной воды. 40

Проницаемость клеточной мембраны обеспечивает обмен воды внутриклеточного и внеклеточного пространства, что приводит к ускорению наблюдаемого затухания намагниченности от внутри- 45 клеточной воды. Это ускорение зависит от величины проницаемости мембраны и используется для количественной ее оценки )2J., Однако в известном способе уско- Sg рение релаксации внутриклеточной вбды может быть обусловлено как обменом, так и проникновением парамагнетика внутрь клеток. Следовательно, для измерения обмена этим методом предварительно необходимо установить сам факт существования обмена.

Цель изобретения — однозначное обнаружение протонной проницаемости мембран и увеличение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу обнаружения протонного обмена в гетерогенных системах, включающему внедрение в образец, содержащий обпасти, ограниченные мембранами, парамагнитных ионов и воздействие на образец серии 90-180о

180 ... радиочастотных импульсов, исследуемый образец дополнительно подвергают воздействию двух 180-градусных импульсов, разделенных интервалом 1, которые включаются перед серией импульсов, причем интервал между моментом включения второго дополнительного импульса и серией импульсов определяют по отсутствию сигнала свободной индукции после пробного 90градусного импульса и по наличию изменения крутизны спада поперечной намагниченности от интервала 11 обнаруживают обмен.

На чертеже приведены временные диаграммы включения радиочастотных импульсов.

На чертеже изображены первый 1 и второй 2 дополнительные 180 -градусные импульсы, 3 — серия импульсов

КПИД и 4 — огибающая затухания сигналов спин — эхо.

Второй дополнительный импульс следует через изменяемый интервал т1 после первого, при этом, ъ Т, Ф где TI — время, за которое продольная компонента намагниченности области беэ парамагнетика уменьшится в два раза от своего первоначального значения. По зависимости измеряемого времени поперечной спин-спиновой релаксации Т2 от интервала t опЬ ределяется наличие обменного механизма релаксации, так как для обменивающихся протонами областей с различными временами релаксации затухание медленно спадающей компоненты поперечной намагниченности изменяется при вариации t, а для необменивающихся — не изменяется.

Идейная основа предлагаемой импульсной последовательности построена на том, что для областей с различными временами релаксации Т2 )> Т но не обменивающимися протонами, медленно спадающая компонента поперечной намагниченности при изменении изменяет только свой долевой вклад в общую намагниченность, время релак11122б7 сации при этом не изменится. Если .же существует обмен, скорость которого 1/Т (1/ ь (1/Т, то при изменении b изменяется значение 1/Т2, т.е. при наличии обмена не все про2ь тоны внутриклеточной области V за время 11 отрелаксируют за счет выхода в ббласть быстрой релаксации— внеклеточную область Ча . Оставшаяся часть протонов испытывает радиочас- !О тотное насыщение продольной намагниченности и не дает вклада в намагниченность к моменту времени 11 . Изме-. нение t< приводит к изменению эффективного объема протонов, дающих 15 вклад в сигнал, и, следовательно, и учитывая,что время обмена связано с коэффициентом проницаемости мембран Р, объемом М о и площадью мембраны 5 соотношением 20

r Р 5

Б о

6 имеет место зависимость 1/ь = 1 (4 ).

Таким образом, изменение интервала25 и наблюдение за скоростью затухания поперечной намагниченности дают возможность экспериментальной оценки существования обменного механизма релаксации, 30

Таким образом, второй 180-градусный импульс служит для нормировки быстро и медленно релаксирующих компонент намагниченности, т.е. создает условия для выбора момента включения последовательности КПМД, когда доли

35 компонент намагниченности равны, независимо от их начального соотношения в суммарной начальной намагниченности, при этом спад поперечной

40 намагниченности представляет собой не сумму, а разность компонент (огибающая 4).

Для оценки эффективности предлагаемого способа проведены измерения 45 на образцах, содержащих области, заведомо не обменивающиеся протонами, и на образцах, где этот обмен существует.

В первом случае образец представ- 50 ляет собой ампулу с водным раствором соли парамагнетика МвСF,, в которую помещают ампулу меньшего диаметра с раствором парамагнетика другой концентрации, что обеспечивает необходимое различие времен релаксации.

При изменении от 4 с до 200 мс амплитуда сигнала подавляется радиочастотным насьпцением в 2-3 раза, но затухание медленно спадающей компоненты не изменяется, Т2 остается постоянным, равным 47 мс.

В качестве объекта с обменивающимися областями взяты водоросли Riccia, которые инкубировались в 50 мМ растворе МвСС . Затухание поперечной намагниченности удовлетворительно разделяется на две компоненты и при изменении 11 от 6 с до 70 мс наблюдается отчетливое изменение скорости затухания медленно спадающей компоненты намагниченности от 80 мс до l5 мс. Изменения Т свидетельствуют о том, что в данной системе изменение скорости релаксации 1/Т2Ь при введении парамагнетика контролирует ся обменом.

Предлагаемая последовательность может быть полезной для исследования обмена B любых системах, содержащих области протонов с различными временами релаксации, а также для исследования транспорта парамагнитных ионов в биологические клетки.

Использование предлагаемого способа измерения времени магнитной релаксапии в гетерогенных системах позволяет однозначно интерпретировать данные по ускорению времени релаксации в методе КПМД, а также дает информацию об обменном механизме релаксации в гетерогенных системах, где существует выраженньп двухкомпонентный спад ядерной намагниченности.

Способ разработан и испытан применительно к исследованиям водопрониФ цаемости биологических мембран, однако может быть применен и в других отраслях народного хозяйства, где используются гетерогенные системы, например в промышленности химического гетерогенного катализа для оценки эффективности катализаторов через измерение скорости обменных процессов, в нефтяной промьпппенности для измерения пористости нефтесодержащих сред через измерение скорости проникновения парамагнитных ионов, искусственно вносимых в образец, в промышленности, производящей молекулярные сита и искусственные мембраны для оценки проницаемости при помощи молекул с посаженными на них парамагнитными метками и с последующим измерением времени релаксации и т.д.

11122б7

Составитель С.Рыков

Редактор Н.Джуган Техред А.Ач Корректор B."Утяга

Заказ б449/29 . Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

Способ зкспрессивен, позволяет проводить измерения за 5-10 мин, объект исследования может иметь про-. йзвольиую форму, безопасен для обслуживающего персонала.