वोल्टेज- संवेदनशील डाई

वोल्टेज-संवेदनशील डाई, जिन्हें पोटेंशिओमेट्रिक डाई भी कहा जाता है, वे डाई 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 डाई 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 डाई 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 एम्फीफिलिक मेम्ब्रेन स्टेनिंग डाई हैं, जिनमें आमतौर पर हाइड्रोकार्बन श्रृंखलाओं की एक जोड़ी होती है जो झिल्ली एंकर के रूप में कार्य करती है और एक हाइड्रोफिलिक समूह होता है जो क्रोमोफोर को झिल्ली/जलीय इंटरफ़ेस के लंबवत संरेखित करता है। माना जाता है कि क्रोमोफोर को जमीन से उत्तेजित अवस्था में उत्तेजना के परिणामस्वरूप एक बड़े इलेक्ट्रॉनिक चार्ज शिफ्ट से गुजरना पड़ता है और यह झिल्ली क्षमता के लिए इन रंगों की संवेदनशीलता के लिए पुटेटिव इलेक्ट्रोक्रोमिक तंत्र को रेखांकित करता है। यह अणु (डाई) जैविक झिल्लियों के lipophilic भाग के बीच आपस में जुड़ जाता है। यह अभिविन्यास आश्वासन देता है कि उत्तेजना प्रेरित आवेश पुनर्वितरण झिल्ली के भीतर विद्युत क्षेत्र के समानांतर होगा। झिल्ली के पार वोल्टेज में परिवर्तन इसलिए क्षेत्र और जमीन के बीच एक सीधी बातचीत और उत्साहित राज्य चुंबकीय क्षण के परिणामस्वरूप एक लाल शिफ्ट का कारण होगा।

संयुग्मित आणविक तार के माध्यम से फोटोप्रेरित इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण (PeT) का उपयोग करके नए वोल्टेज डाई उच्च गति और संवेदनशीलता के साथ वोल्टेज को महसूस कर सकते हैं। धीमी-प्रतिक्रिया जांच: ये अपने ट्रांसमेम्ब्रेन वितरण में संभावित-निर्भर परिवर्तनों को प्रदर्शित करते हैं जो एक प्रतिदीप्ति परिवर्तन के साथ होते हैं। विशिष्ट धीमी-प्रतिक्रिया जांच में cationic carbocyanines और rhodamines, और ionic oxonols शामिल हैं।

उदाहरण
सामान्य रूप से उपयोग किए जाने वाले वोल्टेज संवेदनशील रंगों को अमीनोनाफथाइलेथेनिलपाइरीडिनियम (एएनईपी) रंगों जैसे कि डीआई-4-एएनईपीपीएस, डीआई-8-एएनईपीपीएस और आरएच237 द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। उनके रासायनिक संशोधनों के आधार पर जो उनकी भौतिक संपत्ति 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। ANNINE-6plus तेज प्रतिक्रिया (एनएस प्रतिक्रिया समय (प्रौद्योगिकी)) और उच्च संवेदनशीलता के साथ एक वोल्टेज संवेदनशील डाई है। यह Guixue Bu et al द्वारा कार्डियोमायोसाइट्स के एकल टी-ट्यूब्यूल की क्रिया क्षमता को मापने के लिए लागू किया गया है। हाल ही में, फ्लोरिनेटेड एएनईपी रंगों की एक श्रृंखला पेश की गई थी जो बढ़ी हुई संवेदनशीलता और फोटोस्टेबिलिटी प्रदान करती है; वे उत्तेजना और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य की विस्तृत पसंद पर भी उपलब्ध हैं। एक हालिया कम्प्यूटेशनल अध्ययन ने पुष्टि की कि एएनईपी डाई केवल इलेक्ट्रोस्टैटिक वातावरण से प्रभावित होते हैं और विशिष्ट आणविक इंटरैक्शन से नहीं। अन्य संरचनात्मक मचान, जैसे ज़ैंथेन, का भी सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है।

सामग्री
वोल्टेज के प्रति संवेदनशील रंगों के साथ मस्तिष्क गतिविधि की इमेजिंग के लिए मुख्य सामग्री स्वयं रंग हैं। ये वोल्टेज-संवेदनशील रंजक लिपोफिलिक होते हैं और अधिमानतः उनके हाइड्रोफोबिक पूंछ के साथ झिल्ली में स्थानीयकृत होते हैं। वे प्रतिदीप्ति या अवशोषण से जुड़े अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं; वे तेजी से कार्य कर रहे हैं और झिल्ली क्षमता में परिवर्तन 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 की पेशकश करती हैं। Potentiometric Probes, LLC केवल वोल्टेज संवेदनशील रंगों में माहिर हैं; उनके पास इलेक्ट्रोफ्लोर के तहत विपणन किए गए फ्लोरिनेटेड वीएसडी के बड़े सेट को वितरित करने के लिए एक विशेष लाइसेंस हैटीएम ब्रांड।

रंगों के संयोजन के साथ विभिन्न प्रकार के विशेष उपकरणों का उपयोग किया जा सकता है, और उपकरण में विकल्प तैयारी की विशिष्टताओं के अनुसार अलग-अलग होंगे। अनिवार्य रूप से, उपकरण में विशेष माइक्रोस्कोप और इमेजिंग डिवाइस शामिल होंगे, और इसमें तकनीकी लैंप या लेजर शामिल हो सकते हैं।

ताकत और कमजोरियां
वोल्टेज-संवेदनशील रंगों के साथ इमेजिंग मस्तिष्क गतिविधि की ताकत में निम्नलिखित क्षमताएं शामिल हैं:
 * कई क्षेत्रों से जनसंख्या संकेतों का मापन एक साथ लिया जा सकता है, और सैकड़ों न्यूरॉन्स रिकॉर्ड किए जा सकते हैं। इस तरह की मल्टीसाइट रिकॉर्डिंग ऐक्शन पोटेंशिअल दीक्षा और प्रसार (दिशा और वेग सहित), और एक न्यूरॉन की संपूर्ण शाखाओं वाली संरचना पर सटीक जानकारी प्रदान कर सकती हैं। * एक नाड़ीग्रन्थि में स्पाइक गतिविधि का माप जो व्यवहार उत्पन्न कर रहा है, लिया जा सकता है और यह जानकारी प्रदान कर सकता है कि व्यवहार कैसे उत्पादन कर रहा है। * कुछ तैयारियों में रंग पिपेट को हटाकर और न्यूरॉन को ठीक होने के लिए 1-2 घंटे की अनुमति देकर रंगों के औषधीय प्रभाव को पूरी तरह से उलटा किया जा सकता है। * टर्मिनल वृक्ष के समान शाखाओं में संकेत एकीकरण का विश्लेषण करने के लिए रंजक का उपयोग किया जा सकता है। ऐसा करने के लिए वोल्टेज-संवेदनशील रंग आनुवंशिक रूप से एन्कोडेड वोल्टेज संवेदनशील प्रोटीन (जैसे सीआई-वीएसपी व्युत्पन्न प्रोटीन) का एकमात्र विकल्प प्रदान करते हैं। * अधिक घुलनशील डाई जैसे ElectroFluor-530s, या di-2- ANEPEQ एक पैच पिपेट के माध्यम से आंतरिक रूप से एकल कोशिका में उपयोग किया जा सकता है। इस तकनीक ने व्यक्तिगत डेन्ड्राइट्स में विद्युत संकेतों के अध्ययन की अनुमति दी है और वृक्ष के समान रीढ़    ब्रेन स्लाइस के भीतर।

वोल्टेज-संवेदनशील रंगों के साथ इमेजिंग मस्तिष्क गतिविधि की कमजोरियों में निम्नलिखित समस्याएं शामिल हैं:
 * वोल्टेज के प्रति संवेदनशील रंजक एक तैयारी से दूसरी तैयारी में बहुत भिन्न प्रतिक्रिया दे सकते हैं; इष्टतम संकेत प्राप्त करने के लिए आम तौर पर दसियों रंगों 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 अक्सर 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 रंगों के उपयोग में धुंधलापन एक गंभीर समस्या है। पानी में घुलनशील डाई, 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 रंगों का उपयोग करके इसे संबोधित किया जा सकता है।
 * वोल्टेज-संवेदनशील रंगों के साथ सभी तैयारियों में शोर एक समस्या है और कुछ तैयारियों में संकेत काफी अस्पष्ट हो सकते हैं। स्थानिक फ़िल्टरिंग या अस्थायी फ़िल्टरिंग एल्गोरिदम के साथ शोर अनुपात के संकेत में सुधार किया जा सकता है। ऐसे कई एल्गोरिदम मौजूद हैं; ANNINE-6plus डाई के साथ हाल के काम में एक सिग्नल प्रोसेसिंग एल्गोरिदम पाया जा सकता है। * उपचार से कोशिकाएं स्थायी रूप से प्रभावित हो सकती हैं। स्थायी फार्माकोलॉजिकल प्रभाव संभव हैं, और रंगों की फोटोडायनामिक्स हानिकारक हो सकती हैं। इन प्रभावों को कम करने के लिए हाल ही में विकसित फ़्यूरिनेटेड वोल्टेज संवेदनशील रंगों को दिखाया गया है।

उपयोग करता है
वोल्टेज-संवेदी रंगों 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 भी शामिल है, चूहे के सोमाटोसेंसरी कॉर्टेक्स का बैरल कोर्टेक्स, समन्दर का घ्राण बल्ब,   बिल्ली का दृश्य प्रांतस्था, मेंढक का ऑप्टिक टेक्टम, और रीसस बंदर का दृश्य प्रांतस्था। कार्डियक इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी में कई अनुप्रयोग प्रकाशित किए गए हैं, जिसमें विभिन्न जानवरों की प्रजातियों से पूरे दिल में विद्युत गतिविधि की पूर्व विवो मैपिंग शामिल है। एकल कार्डियोमायोसाइट्स से उपकोशिकीय इमेजिंग, और यहां तक ​​कि विवो सुअर में खुले दिल में साइनस ताल और अतालता दोनों का मानचित्रण करना, जहां वोल्टेज संवेदनशील डाई प्रतिदीप्ति के दोहरे तरंग दैर्ध्य अनुपात इमेजिंग द्वारा गति कलाकृतियों को समाप्त किया जा सकता है।