वोल्टेज- संवेदनशील डाई

वोल्टेज-संवेदनशील रंजक, जिन्हें पोटेंशिओमेट्रिक रंजक भी कहा जाता है, वे रंजक हैं जो वोल्टेज परिवर्तन के जवाब में अपने वर्णक्रमीय गुणों को बदलते हैं। वे एकल न्यूरॉन्स की फायरिंग गतिविधि, बड़ी न्यूरॉन्स आबादी या मायोसाइट की गतिविधि के रैखिक माप प्रदान करने में सक्षम हैं। कई शारीरिक प्रक्रियाओं के साथ कोशिका झिल्ली क्षमता में परिवर्तन होते हैं जो वोल्टेज संवेदनशील रंजक के साथ पता लगाया जा सकता है। माप क्रिया संभावित उत्पत्ति के स्थल को इंगित कर सकते हैं, और क्रिया संभावित वेग और दिशा के माप प्राप्त किए जा सकते हैं।

कोशिका ऑर्गनल्स के अंदर विद्युत गतिविधि की निगरानी के लिए पोटेंशियोमेट्रिक रंजक का उपयोग किया जाता है, जहां माइटोकॉन्ड्रिया और डेंड्राइटिक स्पाइन जैसे इलेक्ट्रोड को सम्मिलित करना संभव नहीं है।  यह प्रौद्योगिकी विशेष रूप से जटिल बहुकोशिकीय तैयारियों में गतिविधि के पैटर्न के अध्ययन के लिए शक्तिशाली है। यह एकल कोशिकाओं की सतह के साथ झिल्ली क्षमता में स्थानिक और अस्थायी विविधताओं का मापन भी संभव बनाता है।

रंजक के प्रकार
तेज़-प्रतिक्रिया जांच: ये एम्फीहिलिक झिल्ली स्टेनिंग रंजक हैं जो सामान्यतः हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाओं की जोड़ी होती है जो झिल्ली एंकर के रूप में कार्य करती है और हाइड्रोफिलिक समूह जो क्रोमफोर को झिल्ली / जलीय इंटरफ़ेस के अनुरूप संरेखित करता है। ऐसा माना जाता है कि क्रोमोफोर को बड़े इलेक्ट्रॉनिक चार्ज शिफ्ट से गुजरना पड़ता है, जो कि जमीन से उत्तेजित अवस्था तक उत्तेजना के परिणामस्वरूप होता है और यह इन रंजक की संवेदनशीलता के लिए इन रंजक की झिल्ली क्षमता से जुड़ी हुई है। यह अणु (रंजक) जैविक झिल्ली के लिपोफिलिक भाग के बीच अंतर करता है। इस अभिविन्यास से पता चलता है कि उत्तेजना प्रेरित चार्ज पुनर्वितरण झिल्ली के भीतर विद्युत क्षेत्र के समानांतर होगा। इसलिए झिल्ली के पार वोल्टेज में परिवर्तन से वर्णक्रमीय परिवर्तन होता है जिसके परिणामस्वरूप क्षेत्र और जमीन और उत्तेजित अवस्था द्विध्रुवी क्षणों के बीच सीधे संपर्क होता है।

नए वोल्टेज रंजक संयुग्मित आणविक तार के माध्यम से फोटोयुक्त इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण (PeT) का उपयोग करके उच्च गति और संवेदनशीलता के साथ वोल्टेज को समझ सकते हैं।

धीमी-प्रतिक्रिया जांच: ये उनके ट्रांसमेंम्ब्रेन वितरण में संभावित-निर्भर परिवर्तन प्रदर्शित करते हैं, जिनके साथ फ्लोरोसेंस परिवर्तन होता है। सामान्य धीमी प्रतिक्रिया वाले जांचों में धनायनित कार्बोसायनाइन और रोडामाइन्स, और आयनिक ऑक्सोनोल्स सम्मिलित हैं।

उदाहरण
सामान्यतः उपयोग किए जाने वाले वोल्टेज संवेदनशील रंजक को अमीनोनैफ्थायलेथ्यिलपीरिडियम (ANEP) रंजको के स्थान पर रखा जाता है, जैसे कि di-4-ANEPPS, di-8-ANEPPS और RH237। उनके रासायनिक संशोधनों के आधार पर जो उनके भौतिक गुणों को बदलते हैं उनका उपयोग विभिन्न प्रायोगिक प्रक्रियाओं के लिए किया जाता है। उन्हें पहली बार 1985 में लेस्ली लोव के शोध समूह द्वारा वर्णित किया गया था। एनीन-6प्लस तीव्र प्रतिक्रिया (एनएस प्रतिक्रिया समय (प्रौद्योगिकी)) और उच्च संवेदनशीलता के साथ वोल्टेज संवेदनशील रंजक है। यह गुइक्स्यू बु एट अल द्वारा कार्डियोमायोसाइट्स के एकल टी-टूबुल की क्रिया क्षमता को मापने के लिए लागू किया गया है। अभी हाल ही में, फ्लोरोनेटेड एनईपी रंजक की श्रृंखला पेश की गई थी जो बढ़ी हुई संवेदनशीलता और फोटोस्टेबिलिटी प्रदान करती है, वे उत्तेजना और उत्सर्जन तरंग दैर्घ्य के व्यापक विकल्प पर भी उपलब्ध हैं। हाल ही में एक कम्प्यूटेशनल अध्ययन ने पुष्टि की कि एनईपी डाइज केवल इलेक्ट्रोस्टैटिक पर्यावरण से प्रभावित हैं, न कि विशिष्ट आणविक इंटरैक्शन से होते हैं। अन्य संरचनात्मक मचान, जैसे ज़ैंथेन, का भी सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है।

सामग्री
वोल्टेज-संवेदी रंजक के साथ मस्तिष्क गतिविधि की इमेजिंग के लिए मुख्य सामग्री स्वयं रंजक हैं। ये वोल्टेज-संवेदी रंग लाइपोफिलिक होते हैं और अपने हाइड्रोफोबिक अवशेष के साथ झिल्ली में स्थानीयकृत होते हैं। इनका उपयोग फ्लोरोसेंस या अवशोषण से जुड़े अनुप्रयोगों में किया जाता है, वे तेजी से कार्य कर रहे हैं और झिल्ली क्षमता में परिवर्तन के रैखिक माप प्रदान करने में सक्षम हैं। वोल्टेज संवेदनशील रंजक की आपूर्ति कई कंपनियों द्वारा की जाती है जो जैविक अनुप्रयोगों के लिए फ्लोरोसेंट जांच की पेशकश करती हैं। Potentiometric Probes, LLC केवल वोल्टेज संवेदनशील रंजक में विशेषज्ञता प्राप्त करता है, उनके पास इलेक्ट्रोफ्लुओTM ब्रांड के तहत विपणन किए गए फ्लोरोनेटेड VSDs के बड़े सेट को वितरित करने के लिए विशेष लाइसेंस है।

विभिन्न प्रकार के विशेष उपकरण रंजक के साथ उपयोग किए जा सकते हैं, और उपकरण में विकल्प तैयारी की विशिष्टताओं के अनुसार भिन्न होंगे। अनिवार्य रूप से, उपकरण में विशेष माइक्रोस्कोप और इमेजिंग उपकरण और इसमें तकनीकी लैंप या लेजर सम्मिलित हो सकते हैं।

गुण और दोष
वोल्टेज-संवेदनशील रंजक के साथ मस्तिष्क गतिविधि की क्षमता में निम्नलिखित गुण सम्मिलित हैं:
 * कई क्षेत्रों से जनसंख्या संकेतों का मापन एक साथ किया जा सकता है, और सैकड़ों न्यूरॉन्स को रिकॉर्ड किया जा सकता है। इस तरह की बहु-अंकीय रिकॉर्डिंग ऐक्शन पोटेंशिअल दीक्षा और प्रचार (निर्देश और वेग सहित) और न्यूरॉन की पूरी शाखा संरचना पर सटीक जानकारी प्रदान कर सकते हैं।
 * गतिविधि उत्पन्न करने वाले गैंग्लियन में स्पाइक गतिविधि का मापन किया जा सकता है और यह जानकारी प्रदान कर सकता है कि  गतिविधि कैसे उत्पन्न कर रहा है।
 * कुछ तैयारियों में रंग पिपेट को हटाकर और न्यूरॉन को ठीक होने के लिए 1-2 घंटे की अनुमति देकर रंजक के औषधीय प्रभाव को पूरी तरह से उलटा किया जा सकता है।
 * रंजक का उपयोग टर्मिनल डेन्ड्रिटिक शाखाओं में संकेत एकीकरण का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है। वोल्टेज-संवेदी रंजक आनुवंशिक रूप से एनकोडेड वोल्टेज संवेदनशील प्रोटीन (जैसे कि Ci-VSP व्युत्पन्न प्रोटीन) का एकमात्र विकल्प प्रदान करता है।
 * अधिक घुलनशील रंजक जैसे ElectroFluor-530s, या di-2- ANEPEQ पैच पिपेट के माध्यम से आंतरिक रूप से एकल कोशिका में उपयोग किया जा सकता है। इस तकनीक ने ब्रेन स्लाइस के भीतर व्यक्तिगत डेंड्राइट्स और डेंड्राइटिक स्पाइन    में विद्युत संकेतों के अध्ययन की अनुमति दी है।

वोल्टेज-संवेदनशील रंजक के साथ इमेजिंग मस्तिष्क गतिविधि के दोष में निम्नलिखित समस्याएं सम्मिलित हैं:
 * वोल्टेज के प्रति संवेदनशील रंजक एक तैयारी से दूसरी तैयारी में बहुत भिन्न प्रतिक्रिया दे सकते हैं; इष्टतम संकेत प्राप्त करने के लिए सामान्यतः दसियों रंजक का परीक्षण किया जाना चाहिए। उत्तेजना तरंग दैर्ध्य, उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य, एक्सपोजर समय जैसे इमेजिंग पैरामीटर भी अनुकूलित किए जाने चाहिए।
 * वोल्टेज के प्रति संवेदनशील रंजक अधिकांशतः संयोजी ऊतक के माध्यम से प्रवेश करने में विफल होते हैं या इंट्रासेल्युलर रिक्त स्थान के माध्यम से अध्ययन के लिए वांछित झिल्ली के क्षेत्र में जाते हैं। इन रंजक के उपयोग में धुंधलापन गंभीर समस्या है। पानी में घुलनशील रंजक, जैसे एनाइन-6प्लस, ElectroFluor-530s, या / di-2-ANEPEQ, इस समस्या से ग्रस्त नहीं हैं।
 * दूसरी ओर, यदि रंजक बहुत अधिक पानी में घुलनशील हैं, तो धुंधलापन बना नहीं रह सकता है। लिपोफिलिसिटी बढ़ाने के लिए लंबी अल्काइल श्रृंखलाओं वाले रंजक का उपयोग करके इसे संबोधित किया जा सकता है।
 * शोर वोल्टेज-संवेदी रंजक के साथ सभी तैयारियों में समस्या है और कुछ तैयारी में संकेत को काफी अस्पष्ट हो सकते हैं। शोर अनुपात के लिए संकेत को स्थानिक फिल्टरिंग या अस्थायी फिल्टरिंग एल्गोरिदम के साथ सुधार किया जा सकता है। ऐसे कई एल्गोरिथ्म मौजूद हैं; एनाइन-6प्लस रंजक के साथ हाल के काम में सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम पाया जा सकता है।
 * कोशिकाएं स्थायी रूप से उपचार से प्रभावित हो सकती हैं। स्थायी फार्माकोलोजिकल प्रभाव संभव हैं और रंजक की फोटोडायनामिक्स हानिकारक हो सकती है। हाल ही में विकसित फुओरेनेटेड वोल्टेज संवेदनशील रंजक को इन प्रभावों को कम करने के लिए दिखाया गया है।

उपयोग करता है
वोल्टेज-संवेदी रंजक का उपयोग विभिन्न प्रकार के जीवों में तंत्रिका तंत्र के कई क्षेत्रों में तंत्रिका गतिविधि को मापने के लिए किया गया है, जिसमें स्क्वीड विशाल अक्षतंतु, व्हिस्कर बैरल चूहे सोमेटोसेंसरी कोर्टेक्स, सलामेंडर का ओल्फैक्ट्री बल्ब,   बिल्ली का दृश्य प्रांतस्था, मेंढक का ऑप्टिक टेक्टम, और रीसस बंदर का दृश्य प्रांतस्था भी सम्मिलित है।

कार्डियक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी में कई अनुप्रयोग प्रकाशित किए गए हैं, जिसमें विभिन्न जानवरों की प्रजातियों से पूरे दिल में विद्युत गतिविधि की पूर्व विवो मैपिंग, एकल कार्डियोमायोसाइट्स से उपकोशिकीय इमेजिंग, और खुले दिल में साइनस ताल और अतालता दोनों की मैपिंग भी सम्मिलित है। जहां वोल्टेज संवेदनशील रंजक प्रतिदीप्ति के दोहरे तरंग दैर्ध्य अनुपात इमेजिंग द्वारा गति कलाकृतियों को समाप्त किया जा सकता है।