El uso de isótopos radiactivos en la conservación de alimentos

Aplicación de isótopos radiactivos - método de trazador de isótopos

El método de trazador de isótopos es un método de microanálisis que utiliza radionucleidos como trazadores para etiquetar objetos de investigación, el creador del experimento del trazador es Hevesy. Hevesy utilizó por primera vez 212Pb radiactivo natural en 1923 para estudiar la distribución y transferencia de sales de plomo en plantas leguminosas. El posterior descubrimiento de la radiactividad artificial por Jolit y Curie en 1934, y el posterior establecimiento de métodos de producción (aceleradores, reactores, etc.), proporcionaron las condiciones básicas y sólidas garantías para un desarrollo más rápido y una aplicación generalizada de los métodos de rastreo de radioisótopos.

1. Principios básicos y características del método de rastreo isotópico

Los radionucleidos (o nucleidos estables) y sus compuestos utilizados en el rastreo isotópico corresponden a los existentes en la naturaleza. Las propiedades químicas y biológicas de Los elementos ordinarios y sus compuestos son iguales, pero tienen diferentes propiedades físicas nucleares. Por lo tanto, el isótopo se puede utilizar como etiqueta para producir compuestos marcados que contengan isótopos (como alimentos, medicamentos y sustancias metabólicas etiquetados, etc.) para reemplazar los correspondientes compuestos no marcados. Al utilizar las propiedades físicas nucleares de los isótopos radiactivos que emiten continuamente rayos característicos, los detectores nucleares pueden usarse para rastrear su ubicación, cantidad y transformación en el cuerpo o fuera del cuerpo en cualquier momento. Aunque los isótopos estables no emiten rayos, pueden hacerlo. utilizado para corresponder a los ordinarios La diferencia de masa de los isótopos se mide mediante espectrómetros de masas, cromatógrafos de gases, resonancia magnética nuclear y otros instrumentos de análisis de masas. Se pueden utilizar como trazadores tanto los isótopos radiactivos como los isótopos estables. Sin embargo, los isótopos estables como trazadores tienen menor sensibilidad, hay menos tipos disponibles, son más caros y su ámbito de aplicación es limitado, mientras que los isótopos radiactivos se utilizan como trazadores. no solo es sensible, sino que el método de medición es simple y fácil de realizar. Puede cuantificar, localizar con precisión y ajustarse a las condiciones fisiológicas del sujeto en estudio.

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El método del trazador radiactivo puede detectar 10-14-10-18 gramos, es decir, se puede detectar un átomo radiactivo entre 1015 átomos no radiactivos. Es entre 108 y 107 veces más sensible que las balanzas gravimétricas más sensibles de la actualidad, y los métodos de análisis químico más precisos hasta la fecha son difíciles de medir al nivel de 10 a 12 gramos.

2. El método es simple

La medición de la radiactividad no se ve interferida por otras sustancias no radiactivas y puede omitir muchos pasos complicados de separación de sustancias. Al rastrear in vivo, ciertos isótopos radiactivos pueden ser afectados. liberado Emite rayos r con un fuerte poder de penetración y obtiene resultados midiéndolos in vitro, lo que simplifica enormemente el proceso experimental y permite el análisis no destructivo. Con el desarrollo del recuento de centelleo líquido, los isótopos radiactivos que emiten rayos beta blandos como el 14C. y 3H se utiliza cada vez más en experimentos médicos y biológicos.

3. Posicionamiento y cuantificación precisos

El método de rastreo de isótopos radiactivos puede medir de forma precisa y cuantitativa la transferencia y transformación de sustancias metabólicas, y puede combinarse con determinadas técnicas morfológicas (como las patológicas). tecnología de seccionamiento de tejidos, tecnología de microscopía electrónica, etc.), se puede determinar la distribución cuantitativa de trazadores radiactivos en tejidos y órganos, y la precisión de posicionamiento de tejidos y órganos puede alcanzar el nivel celular, el nivel subcelular e incluso el nivel molecular.

4. Cumplir con las condiciones fisiológicas

En los experimentos con isótopos radiactivos, la cantidad química de compuestos marcados radiactivamente citados es extremadamente pequeña y cambia el peso de las sustancias originales correspondientes en el cuerpo. Es insignificante, el proceso fisiológico en el cuerpo aún mantiene un estado normal de equilibrio, los resultados del análisis obtenidos están en línea con las condiciones fisiológicas y pueden reflejar mejor la naturaleza objetiva de las cosas. Las ventajas del método de rastreo de isótopos radiactivos son las mencionadas anteriormente, pero también existen algunas desventajas, por ejemplo, el personal que realiza trabajos con isótopos radiactivos debe recibir cierta capacitación especializada y tener las medidas y condiciones de protección de seguridad correspondientes. como oxígeno, nitrógeno, etc.) etc.) Aún no existen isótopos radiactivos adecuados, etc. Al realizar experimentos con trazadores, también debemos prestar atención al efecto isotópico y al efecto radiactivo del trazador.

El llamado efecto isotópico se refiere a las diferencias obvias en las propiedades individuales causadas por ligeras diferencias en las propiedades químicas entre los isótopos radiactivos (o isótopos estables) y los elementos ordinarios correspondientes. Para los elementos ligeros, el efecto isotópico es más grave. Debido a que la discriminación de masa entre isótopos se multiplica, por ejemplo, la masa de 3H es tres veces la de 1H y la de 2H es el doble de la de 1H. Cuando se utiliza agua con tritio (3H2O) como trazador, su contenido en H2O ordinario no puede ser demasiado. grande , de lo contrario se cambiarán las constantes físicas del agua, la penetración de la membrana celular y la viscosidad del citoplasma. Sin embargo, en los experimentos de rastreo generales, los errores causados ​​por los efectos de los isótopos suelen estar dentro del error experimental y pueden ignorarse. Los rayos liberados por los isótopos radiactivos son convenientes para el seguimiento y la medición, pero cuando el efecto de los rayos en los organismos vivos alcanza una cierta dosis, cambiarán el estado fisiológico del cuerpo. Este es el efecto de la radiación de los isótopos radiactivos. de isótopos radiactivos debe ser inferior a la dosis segura y controlarse estrictamente dentro del límite biológico dentro del rango que el cuerpo puede permitir

para evitar que los sujetos experimentales resulten dañados por la radiación y obtengan resultados erróneos.

2. Principios de diseño de experimentos con trazadores

El diseño de un experimento con trazadores de radioisótopos debe partir de tres aspectos: el propósito del experimento, las condiciones del experimento y el nivel de protección radiactiva. considerar. En principio, los experimentos de rastreo radiactivo deben diseñarse a partir de dos aspectos principales: primero, deben buscarse condiciones efectivas y repetibles para medir la intensidad radiactiva; segundo, debe seleccionarse una actividad específica apropiada λqδ (las unidades son átomos/tiempo/moléculas), dpm. /mol o ci/mol). Entre ellos, λ=-dN’dt/N’ es la constante de desintegración del núcleo radiactivo. q=N’/n’, lo que indica que n’ moléculas de esta forma química están marcadas por N’ átomos radiactivos. δ=n'/n representa la relación entre el número de moléculas marcadas radiactivamente n' y el número total de moléculas (etiquetadas más no marcadas) n. El uso de tecnología de rastreo de radioisótopos para lograr todo o parte del propósito previsto del tema de investigación generalmente requiere tres pasos: etapa de preparación experimental, etapa experimental y tratamiento de desechos radiactivos.

(1) Etapa de preparación experimental

1. Selección del trazador

El valor de la actividad específica λqδ del trazador radiactivo seleccionado debe ser lo suficientemente grande como para Asegúrese de que la sensibilidad requerida para el experimento, pero también sea lo más pequeña posible, de modo que la autodescomposición de la radiación pueda ignorarse en las condiciones experimentales. La situación general es seleccionar isótopos radiactivos con métodos de desintegración, tipos de radiación, vidas medias y baja radiotoxicidad apropiados según el propósito del experimento y la duración del período del experimento. Los radionucleidos que se han identificado hasta ahora incluyen 58 especies naturales y alrededor de 1.300 especies producidas artificialmente, la mayoría de las cuales no se utilizan comúnmente como trazadores radiactivos. Las razones principales son la dificultad de preparación, la vida media inadecuada y la cuantificación insuficiente de la radiactividad. En cualquier método de producción, es probable que los pasos de producción impliquen más o menos procesamiento químico, por lo que el experimentador del trazador necesita conocer la química de un nucleido y los elementos que lo rodean porque tienen el potencial de convertirse en el isótopo radiactivo de las impurezas.

Todos los isótopos radiactivos se desintegran (mediante o sin estados intermedios) hasta convertirse en nucleidos hijos en el estado fundamental. La desintegración va acompañada de diversas formas de radiación de energía, como α, β-, β, γ y X. radiación. Al seleccionar un trazador, el experimentador del trazador debe estudiar cuidadosamente el diagrama de desintegración y decidir qué tipo de radiación de acuerdo con las condiciones experimentales y las condiciones de conteo. Dentro del diagrama de desintegración, la distancia entre las dos líneas horizontales que representan el nivel de energía nuclear representa la energía. La diferencia, ↑ o ↓ representa la energía asociada con el aumento o disminución del número atómico en el nivel de energía, y ↓ representa la transición isotrópica del estado excitado al estado fundamental. Generalmente, el isótopo radiactivo con la vida media τ más adecuada debe seleccionarse de manera que τ sea lo suficientemente larga para que la corrección de la desintegración sea significativa o simplemente innecesaria y, al mismo tiempo, lo suficientemente corta para permitir experimentos con trazadores relativamente seguros y hacer radiactivos. Residuos fáciles de usar, en el trabajo real, la vida media del isótopo radiactivo utilizado debe adaptarse al tiempo t que debe durar el experimento. Por ejemplo, para un determinado experimento, cuando t/τ = 0,04, el la corrección de desintegración del isótopo radiactivo debe seleccionarse para que sea del 3,5% y cuando t/τ=0,10, la corrección de desintegración del isótopo radiactivo debe ser del 6,6%; Cuando t/τ=0,15, la corrección de caída debe ser del 10%.

En condiciones de rastreo in vitro, generalmente se utilizan trazadores radiactivos con vidas medias largas e intensidad de rayos moderada, que no solo son convenientes para la detección, sino también fáciles de proteger y preservar. En condiciones de rastreo in vivo, si el período experimental es corto, se deben seleccionar isótopos radiactivos con vidas medias cortas y capaces de emitir rayos r de cierta intensidad si el período experimental es largo y si es necesario matar a los animales. vivos y los tejidos y órganos se miden por separado, entonces se deben seleccionar isótopos radiactivos con vidas medias largas. Además, se pueden seleccionar trazadores de etiquetado con o sin posicionamiento de acuerdo con el propósito del experimento. Por ejemplo, para estudiar la reacción de descarboxilación de aminoácidos, se debe marcar 14C en el grupo carboxilo. Sólo dichos aminoácidos marcados con posicionamiento pueden producirse. 14CO2 después de la descarboxilación. Algunos experimentos no requieren marcar en ubicaciones específicas, solo requieren un marcado uniforme.

La selección de trazadores radiactivos también debe cumplir con los requisitos de alta pureza química y alta pureza nuclear radiactiva. Durante la preparación y almacenamiento del trazador, los disolventes, reactivos químicos, enzimas, etc. utilizados en el sistema de prueba pueden producir impurezas químicas, impurezas radioquímicas e impurezas radiactivas causadas por la autodescomposición por radiación. La existencia de estas impurezas hace que el trazador. El marcador utilizado en el experimento no es "puro" y afectará más o menos a los resultados del experimento, pudiendo incluso llevar a conclusiones erróneas. La timidina marcada con tritio (3H-TdR) y el uracilo (3H-UR) son dos trazadores de uso común. El primero se incorpora eficazmente al ADN y el segundo al ARN. Su tasa de radiólisis aumenta con el aumento de la radiactividad comparativa. y la prolongación del tiempo de almacenamiento, y la estabilidad a diferentes temperaturas y en diferentes soluciones también es diferente. Aproximadamente el 35% del 3H-TdR que se ha almacenado durante ocho años se descompone radiactivamente en 3H-timina, lo que da lugar a la forma de diol e hidrato. En los experimentos, esta impureza se incorporará rápidamente a las células e interactuará con macromoléculas (probablemente proteínas). ) Al unirse en lugar de unirse al ADN y al ARN, estas impurezas no se eliminan mediante el tratamiento de las células con DNasa o RNasa. Cuando 3H-TdR y 3H-UR se almacenan en una solución congelada a -20°C, la velocidad de separación de la radiación aumenta de 3 a 4 veces en comparación con 2°C, pero la baja temperatura (-140°C) también es beneficiosa para el almacenamiento. Permite a los experimentadores de trazadores La inspiración llega a la hora de elegir preservar los trazadores radiactivos.

2. Selección de métodos de medición de isótopos radiactivos

La elección del método de medición depende del tipo de rayos para rayos alfa, cristales de sulfuro de zinc, cámaras de ionización, látex nuclear y otros métodos. generalmente se puede utilizar para detectar rayos beta de alta energía se pueden medir con contadores de ventana de mica, cristales de centelleo de plástico y látex nuclear. Los rayos beta de baja energía se pueden medir con contadores de centelleo líquido para rayos gamma, tubos contadores G-M y yoduro de sodio. Para la detección se pueden utilizar cristales de centelleo (talio). En la actualidad, la mayoría de los laboratorios utilizan principalmente dos métodos de medición: recuento de centelleo de cristales y recuento de centelleo de líquidos.

El mismo instrumento de detección tiene diferentes condiciones óptimas de trabajo para diferentes cantidades de trazadores. Durante la etapa de preparación experimental, es necesario comprobar si el detector ha ajustado las condiciones de trabajo del isótopo trazador utilizado. Se debe utilizar una cierta cantidad de isótopo trazador. Utilice una cierta cantidad de trazador como fuente radiactiva (o seleccione una fuente estándar del isótopo), ajuste las condiciones de trabajo óptimas del detector y asegúrese de que el rendimiento del detector sea estable y confiable.

El método de selección para detectar las mejores condiciones de trabajo: uno es medir la "curva meseta" y el otro es encontrar los mejores factores de calidad. Para los tubos fotomultiplicadores, en teoría no existe una "meseta". Sin embargo, a medida que aumenta el alto voltaje, dentro de un cierto rango, el número de pulsos cambia ligeramente, formando una curva de pulsos de voltaje con una pequeña pendiente, que generalmente se denomina meseta. El método para medir la curva del suelo: fija la fuente radiactiva y, de acuerdo con el tamaño de su energía de rayo, selecciona inicialmente una ganancia del detector (aumento) y un umbral discriminador. Cambie continuamente el alto voltaje (de bajo a alto, aumentando uniformemente los voltios. Cada vez que se cambia el alto voltaje, mida el fondo y la tasa de conteo de la fuente radiactiva y, finalmente, extraiga la tasa de conteo de fondo de alto voltaje y el alto voltaje). Curvas de recuento de fuentes radiactivas. Utilice el mismo método para hacer una curva de tasa de conteo de alto voltaje bajo otro umbral de detección (la ampliación permanece sin cambios) y haga repetidamente varias curvas más. Si es necesario, también se puede fijar el umbral de detección, se puede cambiar la ampliación y se puede obtener la curva de tasa de conteo de alto voltaje.

Se deben seleccionar las condiciones de operación de la curva con una "meseta" relativamente plana: el umbral de detección y la ganancia de amplificación, como condiciones de trabajo del instrumento para la medición formal del tiempo. El valor de alto voltaje debe seleccionarse como el valor de alta presión correspondiente a. el punto medio de la "meseta" hacia la sección de inicio. El factor de calidad, también conocido como valor de mérito, se refiere al tiempo necesario para alcanzar un número estadístico adecuado bajo ciertas condiciones. Es función de la eficiencia de conteo E y del conteo de fondo Nb del instrumento: Factor de calidad F=E2. /Nb Es una medida Como indicador del rendimiento de un contador, cuanto mayor sea el factor de calidad F del instrumento, mejor. Cuanto mayor sea el factor de calidad F, mayor será la eficiencia de medición E y menor el fondo Nb. Si la fuente estándar de un determinado trazador radiactivo tiene problemas como dificultades con la fuente, se puede utilizar en su lugar el factor de calidad relativa f. Factor de calidad de fase f=ns/nb donde ns se refiere a la tasa de conteo de una determinada muestra radiactiva. El método para encontrar el mejor factor de calidad es el mismo que para medir la curva de meseta. Haga varias curvas de relación alta presión-F (of) y seleccione la curva con el pico más alto entre las varias curvas. Las condiciones correspondientes al pico de esta curva: alta presión, umbral de discriminación, aumento, etc., son las condiciones óptimas de trabajo del instrumento para el isótopo que se está midiendo. Los factores de mejor calidad no necesariamente caen exactamente en el "ping", algunos están cerca del "ping" y otros están en el extremo inferior del "ping". Los experimentadores de trazadores que se centran en contar todo el pico del espectro de energía de un isótopo abogan por condiciones de trabajo correspondientes al "plano", mientras que aquellos que se centran en el valor de excelencia abogan por condiciones de trabajo correspondientes a los mejores factores de calidad y algunos compromisos. Si el fondo de un instrumento es muy bajo, el ruido del tubo fotomultiplicador es muy bajo y la resolución del espectro de energía es alta, debería haber poca diferencia entre los dos. Las condiciones de trabajo óptimas del mismo instrumento cambian a medida que aumenta la vida útil del instrumento. Los diferentes isótopos radiactivos tienen diferentes condiciones de trabajo óptimas. Por lo tanto, las condiciones de trabajo óptimas de los instrumentos de detección nuclear son específicas y, a menudo, se deben seleccionar sus condiciones de trabajo óptimas en diferentes períodos. Es aún más imposible utilizar las mismas condiciones de trabajo de manera uniforme sin preguntar sobre el tipo de isótopo que se mide.

Para lograr un conteo preciso, puede contar una vez durante mucho tiempo o medir varias veces en poco tiempo. Los errores estándar logrados por los dos son básicamente los mismos para evitar la influencia de. Los factores externos, en el trabajo real, toman poco tiempo. Varias mediciones son más razonables y aplicables. El fondo es un factor importante al medir la radiactividad de una muestra. Si el fondo es alto, el error estándar y el error estándar aumentarán, especialmente cuando el recuento de muestras es bajo, el fondo tendrá un mayor impacto en el error estándar y el error estándar, lo que afectará la precisión de los resultados experimentales. Logre una cierta precisión. No aumente el tiempo de medición de la muestra. De acuerdo con la ley estadística de la desintegración nuclear, si el número de muestras en el experimento es pequeño, es más razonable elegir la relación tN = 1,4 tb (donde tN es el tiempo de medición de la radiactividad de la muestra, tb es el tiempo de medición del fondo) Si la cantidad de muestras es grande, una gran cantidad de muestras, extienda el tiempo de medición de fondo tb y tome el tiempo promedio de tb, mientras que tN puede ser relativamente corto, lo que puede ahorrar tiempo y ayudar a acortar el ciclo experimental. Para el diseño de experimentos con trazadores, el requisito de la intensidad radiactiva contenida en la muestra es hacer que su tasa de recuento radiactivo sea mayor o igual a 10-20 veces el recuento de fondo.

3. Realice un experimento de simulación no radiactiva y ensaye todo el experimento.

Los experimentos con trazadores de isótopos requieren precisión y cuidado. Un experimento formal se llevará a cabo rápidamente si hay un. leve supervisión o falta de consideración, que fácilmente puede conducir a fallas experimentales, residuos de trazadores y otros suministros experimentales, aumentar los desechos radiactivos, aumentar los niveles de fondo del laboratorio y hacer que los experimentadores reciban dosis de radiación innecesarias. Por lo tanto, los experimentos de simulación no solo pueden verificar formalmente. Si el equipo y los medicamentos utilizados en el experimento están calificados y los operadores pueden recibir capacitación para garantizar que el experimento formal pueda desarrollarse sin problemas.

(2) Etapa experimental formal

1. Seleccionar la dosis de isótopo radiactivo

El isótopo debe ser capaz de resistir la dilución para que se elimine la radiactividad del final. La muestra no puede ser baja. En términos generales, los isótopos radiactivos no se diluyen completa y uniformemente en el cuerpo, pero pueden acumularse selectivamente en ciertos órganos, tejidos, células y ciertas moléculas. En este caso, el marcador. La dosis debe considerarse en función de la tasa de acumulación del trazador en las partes relevantes.

En cultivos celulares, incubación de cortes, reacciones enzimáticas y otros experimentos de rastreo, la cantidad de trazador debe considerarse según el propósito del experimento, el tiempo de reacción y el volumen de reacción, que generalmente es inferior a un microcurio o varios microcurios. Dado que los isótopos radiactivos tienen efectos de radiación, la dosis debe controlarse dentro de la dosis máxima permitida (dosis máxima permitida) según el tipo de radionucleidos utilizados, para evitar los efectos de la radiación causados ​​por dosis excesivas y causar un mayor daño al error del experimento. .

2. Seleccione la ruta de administración del trazador

Durante el experimento general del trazador, se debe seleccionar una ruta de administración que sea fácil de absorber y operar según el propósito del experimento. la cantidad y el volumen del marcador administrado deben ser pequeños y requieren una dosificación precisa para evitar posibles pérdidas y contaminación innecesaria. Durante los experimentos de rastreo in vitro, se debe agregar una cierta dosis de trazador al sistema de reacción de acuerdo con un vínculo determinado en los pasos experimentales del diseño experimental, y esforzarse por operar con precisión y cuidado.

3. Preparación de muestras biológicas radiactivas

Preparar muestras biológicas radiactivas según el propósito del experimento y las propiedades del isótopo radiactivo marcado del trazador, donde se determinan las propiedades del radiactivo. Los isótopos se encuentran en forma de base principal de preparación de muestras biológicas. Si se trata de un trazador que libera rayos r, la preparación de la muestra es relativamente sencilla. Sólo es necesario sacar cuantitativamente el objeto medido y colocarlo en un cristal de NaI (TL) bien formado para medirlo; que libera rayos β duros, el material biológico debe ser La muestra se puede convertir en un líquido fino, o el líquido se puede esparcir y secar, o se puede convertir en cenizas y esparcir, y luego colocar en un centelleador de cristal de plástico para su medición. o detectarse con un tubo contador con tapa tipo campana, si el isótopo está etiquetado Sólo se emiten rayos beta suaves, entonces la muestra debe convertirse en una muestra de centelleo líquido (consulte el capítulo "Medición de radiactividad" para obtener más detalles) y medirse en un líquido; contador de centelleo Independientemente del método de medición utilizado, la muestra debe recolectarse cuantitativamente. Para algunas muestras de radiactividad, las muestras dispersas deben concentrarse adecuadamente. Por ejemplo, si se mide la radiactividad de las proteínas en los tejidos, las proteínas deben extraerse y procesarse para obtener la medición correspondiente. Algunas muestras deben incinerarse, pero el método de incineración puede ser propenso a los isótopos volátiles. Las muestras de tejido volátiles no son adecuadas.

4. dividida en medición absoluta y medición relativa. La medición absoluta consiste en medir la intensidad de radiactividad real de la muestra. Para encontrar la tasa de desintegración real del isótopo marcado en la muestra, al realizar mediciones absolutas, es necesario corregir la influencia de algunos factores. en los resultados de la medición Estos factores incluyen el ángulo sólido relativo de la sonda del instrumento con respecto a la fuente radiactiva, la probabilidad de que los rayos se cuenten después de ser recibidos por la sonda, la retrodispersión, los efectos de autoabsorción de las fuentes radiactivas, etc. solo una medición relativa de la intensidad radiactiva en un instrumento de detección fijo, y no persigue su tasa de desintegración real. En los experimentos de trazadores generales, la medición relativa se utiliza principalmente para comparar las diferencias entre muestras. Se debe prestar atención a mantener fija la posición geométrica entre la muestra y el detector. La influencia de las condiciones geométricas es el factor más importante en las mediciones radiactivas cuando las dos intensidades radiactivas son iguales si la muestra se coloca en una posición geométrica diferente durante la medición. medición, o si las condiciones geométricas son diferentes durante el proceso de preparación de la muestra, el conteo será muy diferente Especialmente cuando la distancia entre la muestra y la sonda es cercana, la tasa de conteo será muy diferente cuando la distancia entre la muestra y la sonda. La sonda es relativamente pequeña, la diferencia en las tasas de conteo entre la muestra y la sonda se reducirá significativamente al medir la intensidad radiactiva del marcador 3H utilizando el método del papel. Preste atención a la posición del papel en el vial de centelleo A. El lote de muestras debe ser consistente. Si el papel de filtro se corta en un círculo como soporte, el diámetro del disco debe ser igual al diámetro del fondo del vial de centelleo para garantizar que el papel de filtro esté en el vial de centelleo. La posición de la fuente puntual, de modo que cuando la intensidad de radiactividad de la muestra sea débil, se pueda ignorar el posible impacto del desplazamiento horizontal debido a la distancia cercana a la ventana de detección (3) No importa qué tan lejos esté la muestra de la detección; ventana, la muestra debe colocarse verticalmente al eje de la ventana de detección para reducir el ángulo sólido relativo entre la muestra y la ventana de detección.

(3) Descontaminación radiactiva y eliminación de desechos radiactivos

Los experimentos radiactivos, ya sea después de cada experimento o de un experimento por fases, pueden tener diversos grados de contaminación radiactiva y desechos radiactivos. Por lo tanto, después del experimento Una vez finalizado el proyecto, se debe proceder a la descontaminación y eliminación de residuos radiactivos. Si es necesario, durante el experimento se realizará una descontaminación y limpieza de residuos radiactivos.

3. Aplicación del método de rastreo de isótopos en bioquímica y biología molecular.

El método de rastreo de isótopos radiactivos se utiliza ampliamente en los campos de la bioquímica y la biología molecular. el cuerpo y las células desempeñan un papel extremadamente importante a la hora de dilucidar la base material de las actividades vitales. En los últimos años, se han producido muchos nuevos avances en la tecnología de rastreo de isótopos basados ​​en los originales, como la tecnología de doble etiquetado y etiquetado múltiple, la tecnología de rastreo de isótopos estables, el análisis de activación, la tecnología de microscopía electrónica, la tecnología de isótopos combinada con otras nuevas tecnologías, etc. Debido al desarrollo de estas tecnologías, la bioquímica ha pasado de estática a dinámica, del nivel celular al molecular, y se han aclarado una serie de cuestiones importantes, como los códigos genéticos, los receptores de la membrana celular, la transcripción inversa ARN-ADN, etc., que ha permitido a los seres humanos comprender los fenómenos básicos de la vida. La conciencia abre una nueva vía. La siguiente es una introducción a varios aspectos principales de la aplicación de la tecnología de rastreo de isótopos en bioquímica y biología molecular.

1. Investigación sobre el metabolismo de sustancias

Hay muchos tipos de sustancias en el cuerpo ¿Cómo se transforman entre ellas si se utilizan marcadores isotópicos apropiados en la investigación para demostrarlo? Los cambios en el contenido de isótopos en estas sustancias usando trazadores, podemos conocer la relación de transformación mutua entre ellos, y también podemos distinguir quién es el precursor y quién es el producto al analizar en qué átomos de las moléculas de la sustancia existe el trazador de isótopos. Podemos inferir aún más los mecanismos de transformación entre varias sustancias. Para estudiar la biosíntesis y el metabolismo del colesterol, se utilizó el método de etiquetado de precursores para revelar las vías y pasos de la producción de colesterol. Los experimentos han demostrado que cualquier compuesto que pueda convertirse en acetil-CoA en el cuerpo puede usarse como un. materia prima para la producción de colesterol. Todo el proceso biosintético del ácido acético al colesterol incluye al menos 36 reacciones químicas. Hay veinte intermediarios entre el escualeno y el colesterol. La ruta biosintética del colesterol se puede simplificar como: ácido acético → metildivalonato → Otro ejemplo. del colesterol es cuando se estudia la fuente del colesterol en el hígado. Un experimento con trazadores que utilizó la inyección intravenosa del isótopo radiactivo 3H-colesterol mostró que la mayor parte de la radiactividad entró en el hígado y reapareció en las heces, y la tiroxina puede acelerar este proceso, lo que. Puede mostrar que el hígado es el principal órgano que procesa el colesterol plasmático. El mecanismo por el cual la glándula tiroides puede reducir los niveles de colesterol en sangre radica en su efecto acelerador sobre la transferencia de colesterol plasmático al hígado.

2. Investigación sobre la transformación material

La ley de transformación mutua de sustancias en el cuerpo es un contenido esencial importante en las actividades de la vida. En las investigaciones pasadas sobre la transformación material, la separación era generalmente. Se utilizan métodos enzimológicos in vivo, pero los resultados de la investigación de los métodos enzimológicos in vitro pueden no representar necesariamente la situación general. La aplicación de la tecnología de trazadores de isótopos ha acortado en gran medida el período de experimentos relacionados con la transformación de sustancias, e in vitro, de todo el cuerpo y. sistemas libres de células Se puede aplicar en cualquier situación, se simplifica la operación, se mejora la sensibilidad de la determinación y no solo puede realizar análisis cualitativos sino también cuantitativos. En el estudio para dilucidar la conversión de ribonucleótidos en desoxirribonucleótidos, se utilizó el método de doble marcaje para medir los productos con dobles etiquetas o medir su radiactividad por separado después de la separación química. Por ejemplo, las bases y la ribosa de los nucleótidos de guanina (GMP) se marcan con 14C respectivamente, y se les añaden nucleótidos de desoxiguanina (dGMP) en un sistema in vitro después de que el dGMP marcado incorporado se sometiera a hidrólisis ácida y separación cromatográfica. , se midió la radiactividad de sus respectivas bases y azúcares pentosas. Se encontró que las proporciones de radiactividad de sus dos partes eran básicamente iguales, demostrando así que el azúcar pentosa del producto dGMP era El azúcar pentosa del marcador original GMP no tiene otro. fuente; de ​​lo contrario, la proporción de la base y la ribosa del producto dGMP debe ser significativamente diferente de la proporción de las dos partes del marcador original GMP.

Este experimento muestra que la desoxigenación de las pentosas se lleva a cabo sin la separación de bases y azúcares de pentosas, lo que demuestra que los desoxirribonucleótidos se convierten directamente a partir de ribonucleótidos y que los ribonucleótidos no se descomponen primero. Se forman ribosa y bases, y las bases se vuelven a unir a la desoxirribosa. Los experimentos de rastreo sin células pueden analizar las condiciones de transformación de sustancias en las células. Por ejemplo, el 3H-dTTP se utiliza como precursor para los experimentos de rastreo de incorporación de ADN. Después de la incorporación de acuerdo con un diseño experimental determinado, se mide la radiactividad del ADN producto. un nuevo índice de detección de ADN sintético.

3. Investigación sobre el equilibrio dinámico

Estudiar que las sustancias de los organismos vivos se encuentran en un equilibrio dinámico constantemente actualizado es una de las principales contribuciones de los métodos de rastreo de radioisótopos a las ciencias de la vida. marcadores de isótopos y midiendo los cambios en el contenido de isótopos en la sustancia en diferentes momentos, podemos comprender los cambios en la sustancia en el cuerpo, calcular cuantitativamente la tasa metabólica de la sustancia en el cuerpo, calcular la velocidad de renovación y el tiempo de actualización de la sustancia, etcétera. Varias sustancias en el cuerpo tienen reservas metabólicas de diferentes tamaños, y el tamaño de la reserva metabólica se puede determinar mediante el método de dilución de isótopos.

4. Análisis de sustancias traza en muestras biológicas

Antes de la aplicación de la tecnología de rastreo de radioisótopos, problemas como la baja tasa de recuperación y la baja sensibilidad de la medición eran causados ​​por pérdidas durante la preparación de la muestra. lo que dificulta la medición de trazas de sustancias que desempeñan un papel importante en el funcionamiento normal del cuerpo. La tecnología de radioinmunoensayo, que se ha desarrollado rápidamente en los últimos años y se ha utilizado cada vez más, es un método de análisis de ultratrazas que puede medir más de 300 sustancias, la mayoría de las cuales son hormonas, incluidas hormonas esteroides, hormonas peptídicas y no peptídicas. -sustancias tóxicas hormonas peptídicas, sustancias proteicas, nucleótidos cíclicos, enzimas, antígenos relacionados con tumores, anticuerpos, patógenos, trazas de fármacos y otras sustancias.

5. Método de análisis de secuencia vecina más cercana

La tecnología de rastreo de isótopos radiactivos es uno de los métodos importantes en la investigación de biología molecular y tiene una gran influencia en la biología de proteínas. gran papel en todo, desde la replicación del ADN, la transcripción del ARN hasta la traducción de proteínas. El método de análisis de secuencia del vecino más cercano utiliza tecnología de rastreo de isótopos combinada con la teoría de la digestión enzimática y la teoría estadística para confirmar la disposición de las bases en las moléculas de ADN. Los experimentos sobre la síntesis de ADN in vitro se llevaron a cabo en cuatro lotes, cada lote utilizó un desoxinucleósido trifosfato de marcas 32P diferente. 32P marca la posición 5'C del azúcar pentosa. Después de la síntesis en condiciones completas, se utiliza una enzima específica para abrir el enlace 5'C-P, permitiendo que la base original pase a través de la posición 5'C del azúcar pentosa. El 32P unido se mueve al 3'C del otro nucleótido único más cercano. El método de análisis de secuencia del vecino más cercano se utilizó para proponer primero las bases de la biología molecular de la replicación del ADN y la transcripción del ARN, estableciendo así la tecnología de hibridación molecular, utilizando, por ejemplo, el ADN del fago T2 como plantilla para producir ARN [32P], tomando una cierta cantidad. de ADN-T2 y algo más de ADN se añade a este ARN [32P], y las dobles hebras de ADN se abren calentándolas y se incuban. El complejo ADN-ARN[32P] se separa mediante centrifugación en gradiente de densidad o membrana microporosa y se determina su radiactividad. medido. El resultado experimental es sólo la célula bacteriana T2. El ADN puede formar un complejo radiactivo con el [32P]ARN

. Esto demostró que las bases de los moldes de ARN y ADN tienen una relación complementaria especial y también se confirmó el fenómeno de transcripción inversa de ARN a ADN mediante tecnología de hibridación molecular. Además, la contribución de la tecnología de rastreo de radioisótopos a la biología molecular también se refleja en: (1) el estudio de tres etapas consecutivas en el proceso de síntesis de proteínas, a saber, el inicio, el alargamiento y la terminación de la cadena peptídica (2) el aislamiento y; purificación de ácidos nucleicos; (3) el estudio de ácidos nucleicos Análisis de nucleótidos terminales y determinación de secuencia; ⑷La relación entre la estructura y función de los ácidos nucleicos; ⑸Estudio sobre cómo se transmite la información genética en el ARN a los aminoácidos en el huevo; disposición de nucleótidos, etc. Para aplicar mejor la tecnología de rastreo de radioisótopos, además de confiar en la alta calidad del trazador y la alta sensibilidad del detector nuclear, la clave reside en suposiciones con base científica, un diseño experimental creativo y la aplicación integral de diversas tecnologías nuevas. .