Красители, чувствительные к напряжению , также известные как потенциометрические красители , представляют собой красители , которые изменяют свои спектральные свойства в ответ на изменения напряжения . Они способны обеспечивать линейные измерения импульсной активности отдельных нейронов , больших популяций нейронов или активности миоцитов . Многие физиологические процессы сопровождаются изменениями потенциала клеточных мембран , которые можно обнаружить с помощью красителей, чувствительных к напряжению. Измерения могут указывать на место возникновения потенциала действия , а также могут быть получены измерения скорости и направления потенциала действия. [1]
Потенциометрические красители используются для наблюдения за электрической активностью внутри клеточных органелл, куда невозможно ввести электрод , например, в митохондрии и дендритные шипы . Эта технология особенно эффективна для изучения закономерностей активности сложных многоклеточных препаратов. Это также делает возможным измерение пространственных и временных вариаций мембранного потенциала на поверхности отдельных клеток.
Зонды с быстрым откликом: это амфифильные красители для окрашивания мембран, которые обычно имеют пару углеводородных цепей, действующих как мембранные якоря, и гидрофильную группу, которая выравнивает хромофор перпендикулярно поверхности раздела мембрана/вода. Считается, что хромофор претерпевает большой сдвиг электронного заряда в результате возбуждения из основного состояния в возбужденное , и это лежит в основе предполагаемого электрохромного механизма чувствительности этих красителей к мембранному потенциалу. Эта молекула (краситель) внедряется в липофильную часть биологических мембран . Такая ориентация гарантирует, что индуцированное возбуждением перераспределение заряда будет происходить параллельно электрическому полю .внутри мембраны. Таким образом, изменение напряжения на мембране вызовет спектральный сдвиг в результате прямого взаимодействия между полем и дипольными моментами основного и возбужденного состояния .
Новые красители напряжения могут воспринимать напряжение с высокой скоростью и чувствительностью, используя фотоиндуцированный перенос электронов (PeT) через сопряженную молекулярную проволоку. [2] [3]
Зонды с медленным откликом: они демонстрируют зависящие от потенциала изменения в их трансмембранном распределении, которые сопровождаются изменением флуоресценции. Типичные зонды с медленным откликом включают катионные карбоцианины и родамины , а также ионные оксонолы .
Обычно используемые красители, чувствительные к напряжению, представляют собой замещенные аминонафтилэтенилпиридиновые (ANEP) красители, такие как ди-4-ANEPPS, ди-8-ANEPPS и RH237. В зависимости от их химических модификаций, которые изменяют их физические свойства , они используются для различных экспериментальных процедур. [4] Впервые они были описаны в 1985 году исследовательской группой Лесли Лоу. [5] ANNINE-6plus — новейший краситель, чувствительный к напряжению, с быстрым откликом (время отклика нс ) и высокой чувствительностью. Он был применен для измерения потенциалов действия одиночных Т-трубочек кардиомиоцитов Guixue Bu et al. [6] Недавнее вычислительное исследование подтвердило, что на красители ANEP влияет только электростатическая среда, а не конкретные молекулярные взаимодействия. [7]