Name: optimization of radiochemical reactions using droplet arrays
Uploaded: 2021-02-12T14:15:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays at JoVE.com

نشكر مرفق سيكلوترون الطبي الحيوي في جامعة كاليفورنيا والدكتور روجر سلافيك والدكتور جوزيبي كارلوتشي على توفير[18F] فلوريد لهذه الدراسات وNanoLab جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس لدعمها مع معدات لتصنيع الرقائق.

تنبيه: ينطوي هذا البروتوكول على التعامل مع المواد المشعة. لا ينبغي إجراء التجارب دون التدريب اللازم ومعدات الحماية الشخصية وموافقة مكتب السلامة الإشعاعية في مؤسستك. يجب إجراء التجارب خلف التدريع الإشعاعي، ويفضل أن تكون في خلية ساخنة مهوية
1. تصنيع رقائق متعددة ردود الفعل
<...

<ol>
	<li>Matthews, P. M., Rabiner, E. A., Passchier, J., Gunn, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positron+emission+tomography+molecular+imaging+for+drug+development.">Positron emission tomography molecular imaging for drug development.</a> British Journal of Clinical Pharmacology. 73 (2), 175-186 (2012).</li><li>Piel, M., Vernaleken, I., R&#246;sch, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Positron+emission+tomography+in+CNS+drug+discovery+and+drug+monitoring.">Positron emission tomography in CNS drug discovery and drug monitoring.</a> Journal of Medicinal Chemistry. 57 (22), 9232-9258 (2014).</li><li>Cherry, S. R., Sorenson, J. A., Phelps, M. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Physics in Nuclear Medicine. , (2012).</li><li>Knapp, K. -. A., Nickels, M. L., Manning, H. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+current+role+of+microfluidics+in+radiofluorination+chemistry.">The current role of microfluidics in radiofluorination chemistry.</a> Molecular Imaging and Biology. 22 (3), 463-475 (2020).</li><li>Rensch, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics:+A+groundbreaking+technology+for+PET+tracer+production.">Microfluidics: A groundbreaking technology for PET tracer production.</a> Molecules. 18 (7), 7930-7956 (2013).</li><li>Pascali, G., Watts, P., Salvadori, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfluidics+in+radiopharmaceutical+chemistry.">Microfluidics in radiopharmaceutical chemistry.</a> Nuclear Medicine and Biology. 40 (6), 776-787 (2013).</li><li>Keng, P. Y., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digital+microfluidics:+A+new+paradigm+for+radiochemistry.">Digital microfluidics: A new paradigm for radiochemistry.</a> Molecular Imaging. 14, 579-594 (2015).</li><li>Wang, J., Chao, P. H., Janet, S., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performing+multi-step+chemical+reactions+in+microliter-sized+droplets+by+leveraging+a+simple+passive+transport+mechanism.">Performing multi-step chemical reactions in microliter-sized droplets by leveraging a simple passive transport mechanism.</a> Lab on a Chip. 17 (24), 4342-4355 (2017).</li><li>Wang, J., Chao, P. H., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-compact,+automated+microdroplet+radiosynthesizer.">Ultra-compact, automated microdroplet radiosynthesizer.</a> Lab on a Chip. (19), 2415-2424 (2019).</li><li>Rios, A., Wang, J., Chao, P. H., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+multi-reaction+microdroplet+platform+for+rapid+radiochemistry+optimization.">A novel multi-reaction microdroplet platform for rapid radiochemistry optimization.</a> RSC Advances. 9 (35), 20370-20374 (2019).</li><li>Sergeev, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performing+radiosynthesis+in+microvolumes+to+maximize+molar+activity+of+tracers+for+positron+emission+tomography.">Performing radiosynthesis in microvolumes to maximize molar activity of tracers for positron emission tomography.</a> Communications Chemistry. 1 (1), 10 (2018).</li><li>Pascali, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+nucleophilic+18F+radiofluorinations+using+a+microfluidic+reaction+approach.">Optimization of nucleophilic 18F radiofluorinations using a microfluidic reaction approach.</a> Nature Protocols. 9 (9), 2017-2029 (2014).</li><li>Lisova, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microscale+radiosynthesis,+preclinical+imaging+and+dosimetry+study+of+[18F]AMBF3-TATE:+A+potential+PET+tracer+for+clinical+imaging+of+somatostatin+receptors.">Microscale radiosynthesis, preclinical imaging and dosimetry study of [18F]AMBF3-TATE: A potential PET tracer for clinical imaging of somatostatin receptors.</a> Nuclear Medicine and Biology. 61, 36-44 (2018).</li><li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+radio-TLC+analysis.">High-throughput radio-TLC analysis.</a> Nuclear Medicine and Biology. 82-83, 41-48 (2020).</li><li>Dooraghi, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimization+of+microfluidic+PET+tracer+synthesis+with+Cerenkov+imaging.">Optimization of microfluidic PET tracer synthesis with Cerenkov imaging.</a> Analyst. 138 (19), 5654-5664 (2013).</li><li>Collins, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+diverse+PET+probes+with+limited+resources:+24+18F-labeled+compounds+prepared+with+a+single+radiosynthesizer.">Production of diverse PET probes with limited resources: 24 18F-labeled compounds prepared with a single radiosynthesizer.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 114 (43), 11309-11314 (2017).</li><li>Lazari, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fully+automated+production+of+diverse+18F-labeled+PET+tracers+on+the+ELIXYS+multireactor+radiosynthesizer+without+hardware+modification.">Fully automated production of diverse 18F-labeled PET tracers on the ELIXYS multireactor radiosynthesizer without hardware modification.</a> Journal of Nuclear Medicine Technology. 42 (3), 203-210 (2014).</li><li>Lisova, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid,+efficient,+and+economical+synthesis+of+PET+tracers+in+a+droplet+microreactor:+application+to+O-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tyrosine+([18F]FET).">Rapid, efficient, and economical synthesis of PET tracers in a droplet microreactor: application to O-(2-[18F]fluoroethyl)-L-tyrosine ([18F]FET).</a> EJNMMI Radiopharmacy and Chemistry. 5 (1), 1 (2019).</li><li>Wang, J., Holloway, T., Lisova, K., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Green+and+efficient+synthesis+of+the+radiopharmaceutical+[18F]FDOPA+using+a+microdroplet+reactor.">Green and efficient synthesis of the radiopharmaceutical [18F]FDOPA using a microdroplet reactor.</a> Reaction Chemistry &amp; Engineering. 5 (2), 320-329 (2020).</li><li>Lisova, K., Wang, J., Rios, A., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adaptation+and+optimization+of+[F-18]+Florbetaben+([F-18]+FBB)+radiosynthesis+to+a+microdroplet+reactor.">Adaptation and optimization of [F-18] Florbetaben ([F-18] FBB) radiosynthesis to a microdroplet reactor.</a> Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals. 62, 353-354 (2019).</li><li>Wang, J., Chao, P. H., Slavik, R., van Dam, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-GBq+production+of+the+radiotracer+[18F]fallypride+in+a+droplet+microreactor.">Multi-GBq production of the radiotracer [18F]fallypride in a droplet microreactor.</a> RSC Advances. 10 (13), 7828-7838 (2020).</li></ol>

نظرا للقيود المفروضة على أنظمة الكيمياء الراديوية التقليدية التي تسمح فقط واحد أو عدد قليل من ردود الفعل يوميا وتستهلك كمية كبيرة من الكواشف لكل نقطة بيانات، يمكن استكشاف جزء صغير فقط من مساحة المعلمة رد الفعل العام في الممارسة العملية، ويتم الإبلاغ عن النتائج مرات عديدة مع عدم تكرار (ن = ...

تستخدم المستحضرات الصيدلانية الإشعاعية البوزيترونية الانبعاثات على نطاق واسع كأدوات بحثية لرصد عمليات كيميائية بيولوجية حية ودراسة الأمراض، وتطوير أدوية وعلاجات جديدة. وعلاوة على ذلك، PET هو أداة حاسمة لتشخيص أو تنظيم المرض ورصد استجابة المريض للعلاج1،2،3. ونظرا لقصر عمر النظائر المشعة PET (على سبيل المثال، 110 دقيقة للمستحضرات الصيدلانية المشعة المسماة بالفلور-18) ومخاطر الإشعاع، يتم إعداد هذه المركبات باستخدام أنظمة آلية متخصصة تعمل خلف التدريع الإشعاعي ويجب إعدادها قبل الاستخدام مباشرة.
تم تصميم الأنظمة الحالية المستخدمة لتجميع الأدوية الإشعاعية لإنتاج دفعات كبيرة تنقسم إلى العديد من الجرعات الفردية لتقاسم تكلفة الإنتاج. في حين أن الأنظمة الحالية مناسبة لإنتاج أجهزة تتبع إشعاعية تستخدم على نطاق واسع مثل [18F]FDG (لأنه يمكن جدولة العديد من فحوصات المرضى والتجارب البحثية في يوم واحد) ، يمكن أن تكون هذه الأنظمة مضيعة لإنتاج أجهزة تتبع إشعاعية جديدة أثناء التطوير في المراحل المبكرة ، أو أقل استخداما للمتتبعين الإشعاعيين. الأحجام التي تستخدمها النظم التقليدية عادة ما تكون في نطاق 1-5 مل، وردود الفعل تتطلب كميات السلائف في نطاق 1-10 ملغ. وعلاوة على ذلك، فإن استخدام أجهزة التمثيل الإشعاعي التقليدية مرهق بشكل عام أثناء دراسات التحسين لأن الجهاز يصبح ملوثا بعد الاستخدام ويجب على المستخدم الانتظار حتى يتحلل النشاط الإشعاعي قبل إجراء التجربة التالية. وبصرف النظر عن تكلفة المعدات، يمكن أن تصبح تكلفة النظائر المشعة والكواشف، بالتالي، كبيرة جدا للدراسات التي تتطلب إنتاج دفعات متعددة. ويمكن أن يحدث هذا، على سبيل المثال، أثناء تحسين بروتوكولات التوليف للمتتبعين الإشعاعيين نوفيلا لتحقيق ما يكفي من الغلة والموثوقية للدراسات الأولية في التصوير الحي.
وقد استخدمت تقنيات Microfluidic على نحو متزايد في الكيمياء الإشعاعية للاستفادة من العديد من المزايا على النظم التقليدية4،5،6. وقد أظهرت منصات Microfluidic ، بما في ذلك تلك التي تستند إلى أحجام تفاعل 1-10 ميكرولتر7و8و9، انخفاضا كبيرا في أحجام الكاشف واستهلاك السلائف باهظة الثمن ، وكذلك أوقات رد الفعل القصيرة. هذه التخفيضات تؤدي إلى انخفاض التكاليف، وسرعة التدفئة والتبخر الخطوات، وأقصر وأكثر مباشرة تنقية المصب، وعموما "أكثر اخضرارا" عملية الكيمياء10،وارتفاع نشاط الضرس من radiotracers المنتجة11. هذه التحسينات تجعل من العملي أكثر لإجراء دراسات التحسين أكثر شمولا عن طريق خفض تكلفة الكاشف من كل توليفة. ويمكن تحقيق المزيد من الفوائد من خلال إجراء تجارب متعددة من دفعة واحدة من النظائر المشعة في يوم واحد. على سبيل المثال، يمكن للمايديو فلويديك الكيمياء المشعة العاملة في "وضع الاكتشاف" أداء عشرات من ردود الفعل بشكل متسلسل، كل باستخدام فقط 10s من حجم رد فعل μL12.
مستوحاة من هذه المزايا، تم تطوير رقاقة صفيف قطرة متعددة التفاعل تقتصر فيها ردود فعل الميكروفولوم على مجموعة من مصائد التوتر السطحي على سطح السيليكون، والتي تم إنشاؤها باستخدام طلاء تفلون منقوش. تمكن هذه الرقائق من إجراء ردود فعل متعددة على مقياس 1-20 ميكرولتر في وقت واحد ، مما يفتح إمكانية استكشاف 10s من ظروف رد الفعل المختلفة في اليوم الواحد ، مع تكرارات متعددة. في هذه الورقة، يتم توضيح فائدة هذا النهج الإنتاجي العالي الجديد لأداء تحسينات الكيمياء الراديوية السريعة والمنخفضة التكلفة. استخدام رقائق قطرات متعددة التفاعل يسمح لاستكشاف مريحة لتأثير تركيزات الكاشف والمذيبات رد فعل، واستخدام رقائق متعددة يمكن أن تمكن من دراسة درجة حرارة التفاعل والوقت، في حين أن جميع تستهلك كميات منخفضة جدا من السلائف.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2,3-dimethyl-2-butanol (thexyl alcohol)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>594-60-5</td>
			<td>98%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>KMG Chemicals</td>
			<td></td>
			<td>Cleanroom LP grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonium formate (NH4HCO2)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>540-69-2</td>
			<td>97%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anhydrous acetonitrile (MeCN)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>75-05-8</td>
			<td>99.80%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic heater</td>
			<td>Watlow</td>
			<td>Utramic CER-1-01-0093</td>
			<td>25 mm x 25 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cerenkov imaging chamber</td>
			<td>Custom built</td>
			<td></td>
			<td>Other instruments can be used for TLC plate readout including: small animal in vivo optical imaging system, 2D radio-TLC scanner, 1D radio-TLC scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DI water</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7732-18-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Disposable transfer pipets, 3 mL</td>
			<td>Falcon</td>
			<td>13-680-50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dose calibrator</td>
			<td>Capintec, Inc.</td>
			<td>CRC-25 PET</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fallypride</td>
			<td>ABX Advanced Biochemical Compounds</td>
			<td>1560.0010.000</td>
			<td>Fallypride reference standard, &#62;95%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>[18F]fluoride in [18O]H2O</td>
			<td>UCLA Ahmanson Biomedical Cyclotron Facility</td>
			<td></td>
			<td>Due to short half-life this must be obtained from local radiochemistry lab or commercial radiopharmacy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass cover plates (76.2 mm x 50.8 mm x 1 mm thick)</td>
			<td>C&#38;A Scientific</td>
			<td>6101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Headway spin coater</td>
			<td>Headway Research, Inc.</td>
			<td>PWM50-PS-R790 Sipinner system</td>
			<td>PWM50-control box, PS-motor, R790-bowl</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High temperature oven</td>
			<td>Carbolite</td>
			<td>HTCR 6 28</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hot plate</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Super-Nuova HP133425</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropanol (IPA)</td>
			<td>KMG Chemicals</td>
			<td></td>
			<td>Cleanroom LP grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mask aligner</td>
			<td>Karl Suss</td>
			<td>MA/BA6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol (MeOH)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>67-56-1</td>
			<td>&#8805;99.9%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microcentrifuge tube</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>0030 123.301</td>
			<td>500 &#181;L, colorless, polypropylene</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette (0.5-10 &#181;L)</td>
			<td>Labnet</td>
			<td>BioPette P3940-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette (100-1000 &#181;L)</td>
			<td>Labnet</td>
			<td>BioPette P3940-1000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette (10-100 &#181;L)</td>
			<td>Labnet</td>
			<td>BioPette P3940-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette tips (0.1-10 &#181;L)</td>
			<td>USA Scientific Inc Tips</td>
			<td>11113810</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette tips (2-200 &#181;L)</td>
			<td>BrandTech</td>
			<td>13-889-143</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette tips (50-1000 &#181;L)</td>
			<td>BrandTech</td>
			<td>13-889-145</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Photoresist developer solution</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>MEGAPOSIT MF-26A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Positive photoresist</td>
			<td>MicroChem</td>
			<td>MEGAPOSIT 220-7.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reactive-ion etcher (RIE)</td>
			<td>Oxford Instruments</td>
			<td>Plasma Lab 80 Plus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer cutter</td>
			<td>Euro Tool</td>
			<td>CSCB-431.00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicon wafer; 4&#34; diameter</td>
			<td>Silicon Valley Microelectronics Inc.&#160;</td>
			<td>0017227-048</td>
			<td>P type, boron doped, thickness 525 &#177; 25 &#181;m</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Teflon AF 2400</td>
			<td>Chemours&#160;</td>
			<td>D14896765</td>
			<td>1% solids</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrabutylammonium bicarbonate (TBAHCO3)</td>
			<td>ABX Advanced Biochemical Compounds</td>
			<td>808</td>
			<td>Aqueous solution stabilized with ethanol, 0.075 M</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Themal conducting paste</td>
			<td>OMEGA</td>
			<td>OT-201-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TLC plates</td>
			<td>Merck KGaA</td>
			<td>1.05554.0001</td>
			<td>Silica gel 60 F254, 50 mm x 60 mm, aluminum back</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tosyl-fallypride</td>
			<td>ABX Advanced Biochemical Compounds</td>
			<td>1550.004.000</td>
			<td>Fallypride precursor, &#62;90%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trimethylamine (TEA)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>75-50-3</td>
			<td>&#8805; 99%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>UX-07387-08</td>
			<td>Stainless steel, fine tip</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

optimization of radiochemical reactions using droplet arrays

تم تصميم التمثيل الإشعاعي الآلي الحالي لإنتاج دفعات سريرية كبيرة من الأدوية الإشعاعية. فهي ليست مناسبة تماما لتحسين رد الفعل أو تطوير الأدوية الإشعاعية الجديدة لأن كل نقطة بيانات تنطوي على استهلاك كاشف كبير ، ويتطلب تلوث الجهاز وقتا للاضمحلال الإشعاعي قبل الاستخدام التالي. ولمعالجة هذه القيود، تم تطوير منصة لأداء صفائف من التفاعلات المصغرة القائمة على القطرات بالتوازي، كل منها محصور في فخ التوتر السطحي على "رقاقة" سيليكون منقوشة مغلفة بالبوليتيترافلوروفلور الإيثيلين. هذه الرقائق تمكين الدراسات السريعة والمريحة من المعلمات رد فعل بما في ذلك تركيزات الكاشف، رد فعل المذيبات، ودرجة حرارة رد الفعل والوقت. تسمح هذه المنصة بإكمال مئات ردود الفعل في غضون أيام قليلة مع الحد الأدنى من استهلاك الكاشف ، بدلا من أخذ أشهر باستخدام جهاز التمثيل الإشعاعي التقليدي.

تم إجراء تجربة تمثيلية لتوضيح هذه الطريقة. باستخدام 16 ردود الفعل، أجريت دراسات التحسين من المستحضرات الصيدلانية الإشعاعية [18F]fallypride بتركيز السلائف متفاوتة (77، 39، 19، 9.6، 4.8، 2.4، 1.2، و 0.6 mM) في الكحول الثيل: MeCN (1:1، v/v) كما رد فعل المذيبات. تم إجراء ردود الفعل في 110 درجة مئوي?...

Watch this Scientific Journal Video about Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays at JoVE.com

Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays

وتصف هذه الطريقة استخدام منهجية جديدة عالية الإنتاجية، تستند إلى التفاعلات الكيميائية القطيرة، للتحسين السريع والاقتصادي للمستحضرات الصيدلانية الإشعاعية باستخدام كميات نانومول من الكواشف.

تحسين التفاعلات الكيميائية الإشعاعية باستخدام صفائف قطرات

Current automated radiosynthesizers are designed to produce large clinical batches of radiopharmaceuticals. They are not well suited for reaction ...

تم تصميم المزج الراديوي الآلي الحالي لإنتاج دفعات كبيرة من الأدوية الإشعاعية المستخدمة على نطاق واسع ، مثل FDG. نظرا لعدد محدود من قشطه ممكن في اليوم الواحد، واستهلاك كاشف عالية نسبيا، وهذه النظم، ومع ذلك، ليست مناسبة تماما لأداء دراسات التحسين التوليفي. مع هذه التقنية ، يتم زيادة الإنتاجية بشكل كبير من خلال إجراء ما يصل إلى 16 رد فعل متزامن بالتوازي ويتم تقليل استهلاك الكاشف مائة مرة.وعلاوة على ذلك، من خلال إجراء ردود الفعل بالتوازي، هناك حاجة إلى دفعات عادلة من النظائر المشعة لإكمال الدراسة. وتتيح زيادة الإنتاجية استكشاف ظروف التفاعل على نطاق أوسع مع زيادة عدد النسخ المتماثلة لكل منها مقارنة باستخدام الأدوات التقليدية. في حين أن هذا البروتوكول يظهر الأمثل لتركيز السلائف في تخليق فاليبريد، يمكن استخدام هذه التقنية لتحسين الظروف الأخرى وغيرها من الأدوية الإشعاعية.ابدأ بتصنيع دفعات من رقائق الميكروبوليت متعددة ردود الفعل من رقائق السيليكون مقاس أربعة بوصات باستخدام تقنيات التصوير الضوئي القياسية. في هذا البروتوكول ، يتم إظهار التحسين عالي الإنتاجية لتركيز السلائف مع تخليق فاليبريد الصيدلاني الإشعاعي. 16 ردود الفعل في وقت واحد يمكن أن يؤديها على رقاقة واحدة.يتم تعيين الشروط التي سيتم مقارنتها بمواقع التفاعل. إعداد محلول الأسهم من المذيبات رد الفعل تتكون من الكحول الثيل والأسيتونيتريل في واحد إلى واحد من قبل خليط الحجم. تأكد من أن حجم كافية لإنشاء سلسلة التخفيف المخطط لها.إعداد محلول مخزون 30 ميكرولتر من السلائف في مذيب التفاعل مع أقصى تركيز ليتم استكشافه. من محلول مخزون السلائف ومذيب رد الفعل أداء مرتين المخففات التسلسلية في مجموعة من أنابيب الطرد الدقيق لإعداد تركيزات مختلفة من محلول السلائف. إعداد مجموعة أخرى من أنابيب الطرد المركزي الدقيق لجمع كل منتج رد فعل الخام باستخدام علامة دائمة لتسمية كل أنبوب مع عدد فريد من نوعه.تأكد من أن العدد الإجمالي لأنابيب الطرد المركزي الدقيق يطابق عدد الحالات مضروبا في عدد النسخ المتماثلة. إعداد مخزون 10 ملليلتر من حل جمع تتألف من 9 إلى واحد الميثانول إلى المياه deionized. Aliquot 50 ميكرولتر من كل في مجموعة إضافية من 16 أنابيب الطرد المركزي الصغيرة وصفت بأنها حل جمع.إعداد محلول مخزون الفلوريد عن طريق خلط حوالي سبعة ملليكوريت من مصدر الفلوريد مع 56 ميكرولتر من 75 ملليمولار رباعي البوتيلامونيوم بيكربونات وتمييع مع مياه DI تصل إلى 140 ميكرولتر. باستخدام micropipette، تحميل ثمانية ميكرولتر قطرة من محلول مخزون الفلوريد على بقعة رد الفعل الأول من رقاقة متعددة ردود الفعل. قياس نشاط الرقاقة عن طريق وضعها في معايرة الجرعة وتسجيل الوقت الذي يتم فيه إجراء القياس.إزالة رقاقة من معايرة الجرعة وتحميل ثمانية ميكرولتر قطرة من محلول الأسهم الفلوريد على بقعة رد الفعل الثاني. قياس النشاط على الشريحة وتسجيل الوقت الذي يتم فيه إجراء القياس. كرر هذه العملية لجميع مواقع التفاعل الأخرى.حساب النشاط المحمل لكل بقعة تفاعل عن طريق أخذ قياس النشاط بعد تحميل النظائر المشعة وطرح القياس السابق قبل تحميل ذلك الموقع. لمحاذاة رقاقة متعددة ردود الفعل على سخان، إضافة طبقة رقيقة من عجينة الحرارية على رأس سخان السيراميك. ضع الرقاقة بعناية فوق المدفأة باستخدام ملاقط محاذاة الزاوية المرجعية للرقاقة مع الزاوية المرجعية للسخان.يجب أن تتراكم الشريحة على المدفأة بمقدار صغير. سخني الشريحة لمدة دقيقة واحدة عن طريق ضبط المدفأة إلى 105 درجة مئوية في برنامج التحكم لتتبخر القطرات ، تاركة بقايا مجففة من الفلوريد وبيكربونات رباعي البوتيلامونيوم. ثم تبريد رقاقة عن طريق وضع سخان إلى 30 درجة مئوية وتحول على مروحة التبريد مع برنامج التحكم.باستخدام micropipette، إضافة حل ستة ميكرولتر من السلائف فاليبريد على رأس بقايا المجففة على موقع رد الفعل الأول. كرر هذا لجميع مواقع رد الفعل الأخرى على الشريحة. استخدم خطة التحسين لتحديد تركيز سلسلة التخفيف المستخدمة لكل موقع تفاعل.سخني الشريحة إلى 110 درجة مئوية لمدة سبع دقائق باستخدام برنامج التحكم لأداء رد فعل الفلورونيشن الراديوي، ثم قم بتبريد الشريحة عن طريق ضبط المدفأة إلى 30 درجة مئوية و تشغيل مروحة التبريد مع برنامج التحكم. جمع المنتج الخام في موقع رد الفعل الأول عن طريق إضافة 10 ميكرولتر من محلول التجميع من أنبوب الطرد المركزي الدقيق المعين. بعد الانتظار لمدة خمس ثوان، يستنشق المنتج الخام المخفف ونقله إلى أنبوب الطرد المركزي الدقيق جمع المقابلة.كرر هذه العملية ما مجموعه أربع مرات باستخدام نفس طرف ماصة ومن ثم إغلاق أنبوب الطرد الدقيق. كرر هذه الخطوات لجمع المنتج الخام من جميع مواقع التفاعل الأخرى على الشريحة. لتحديد كفاءة جمع أول رد فعل على رقاقة، ضع أنبوب الطرد الدقيق مع المنتج الخام التي تم جمعها من أول بقعة رد فعل في معايرة الجرعة لقياس النشاط.تسجيل قياس ووقت القياس. كرر هذه العملية لكل من المنتجات الخام التي تم جمعها. حساب كفاءة التحصيل عن طريق قسمة نشاط المنتج الخام الذي تم جمعه على نشاط البدء الذي تم قياسه لنفس موقع التفاعل.كرر هذا لجميع مواقع رد الفعل الأخرى على الشريحة. بعد ذلك، قم بتحليل تكوين كل منتج خام تم جمعه. مع قلم رصاص، رسم خط 15 ملليمتر بعيدا عن الحافة السفلية من لوحة TLC وخط آخر 50 ملليمتر بعيدا عن نفس الحافة.الخط الأول هو خط المنشأ والثاني هو خط المواجهة المذيب. رسم ثمانية X الصغيرة على طول خط المنشأ في تباعد خمسة ملليمتر لتحديد موقف اكتشاف العينة لكل من الممرات الثمانية. باستخدام micropipette، نقل 0.5 ميكرولتر من المنتج الخام الأول على لوحة TLC في X للممر الأول.كرر هذا للمنتجات الخام إضافية، ثم انتظر البقع لتجف. تطوير كل لوحة TLC باستخدام مرحلة متنقلة من 60٪ من أسيتونيتريل في 25 ملليمولار الأمونيوم formate مع 1٪ TEA حتى الجبهة المذيبات تصل إلى خط المواجهة المذيبات. في ذلك الوقت، قم بإزالة لوحة TLC من الغرفة وانتظر حتى يجف المذيب على لوحة TLC، ثم وضع لوحة TLC في نظام التصوير Cerenkov وتغطيتها بشريحة مجهر زجاجي.احصل على صورة مشعة لكل لوحة TLC عن طريق ضبط نظام التصوير Cerenkov على التعرض لمدة خمس دقائق ، ثم حدد الملف المنتج للصورة إلى لوحة TLC وأجر تصحيحات الصورة القياسية. استخدام المنطقة من تحليل الفائدة للممر الأول من لوحة TLC الأولى. رسم المناطق حول كل نطاق مرئي في الممر، ثم حساب جزء من كثافة متكاملة من كل منطقة مقارنة مع كثافة متكاملة مجموع جميع المناطق.تحديد كفاءة الفلورة كجزء من النشاط في نطاق فاليبريد. كرر هذا التحليل لجميع الممرات الأخرى على جميع لوحات TLC. ثم يحسب العائد الكيميائي الراديوي الخام لكل تفاعل ويختار التركيز الأمثل للسلائف عن طريق فحص الغلة الكيميائية المشعة الخام كدالة لتركيز السلائف.وأجريت دراسات التحسين من فاليبريد الصيدلانية الإشعاعية بتركيز السلائف متفاوتة في أسيتونيتريل الكحول الثيرسيل. وأجريت ردود الفعل في 110 درجة مئوية في سبع دقائق. تظهر هنا كفاءة جمع وتكوين العينة.وزادت كفاءة الفلورة مع زيادة تركيز السلائف وانخفاض تركيز الفلوريد غير المتفاعل. وكانت هناك كمية صغيرة من المنتجات الجانبية المشعة بتركيزات سلائف منخفضة، لم تتشكل بتركيزات السلائف الأعلى. وكانت كفاءة الجمع كمية تقريبا بالنسبة لمعظم الظروف، وإن كانت قد انخفضت انخفاضا طفيفا بتركيزات السلائف المنخفضة.وتحقق أعلى إنتاج كيميائي إشعاعي خام بتركيز سلائف 39 ملليمولار. في هذه الحالة، كانت كفاءة الفلورة 96٪ وكان RCY الخام 87٪، ولم يكن هناك تشكيل المنتج الجانب المشع لوحظ. من الأهمية بمكان أن يكون لديك خطة خريطة لحالة التفاعل التي تتوافق مع قطرة التفاعل على الشريحة وأن تكون قد وصفت بشكل مناسب أنابيب الكاشف وأنابيب جمع المنتجات التي يمكن التحقق منها مرتين أثناء التجربة.يمكن استخدام الإجراء لتحسين ظروف التفاعل الأخرى، مثل كمية الأساس أو نوع المذيبات أو حجم التفاعل. ويمكن أيضا أن تستخدم لتحسين توليف المستحضرات الصيدلانية الإشعاعية الأخرى.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Microwave-assisted Intramolecular Dehydrogenative Diels-Alder Reactions for the Synthesis of Functionalized Naphthalenes/Solvatochromic Dyes

بمساعدة الميكروويف داخل الجزيء Dehydrogenative ديلز ألدر، ردود الفعل لتركيب النفثالين Functionalized / الأصباغ Solvatochromic

Functionalized naphthalenes have applications in a variety of research fields ranging from the synthesis of natural or biologically active molecules to ...

Retropinacol/Cross-pinacol Coupling Reactions - A Catalytic Access to 1,2-Unsymmetrical Diols

Retropinacol / عبر بيناكولون ردود الفعل اقتران - A الوصول إلى التحفيز 1،2-ثنائيات البوليثيرات كاملة غير متماثل

Unsymmetrical 1,2-diols are hardly accessible by reductive pinacol coupling processes. A successful execution of such a transformation is bound to a clear ...

Hot Biological Catalysis: Isothermal Titration Calorimetry to Characterize Enzymatic Reactions

الساخنة البيولوجية الحفز: متساوي الكالوري المعايرة لوصف التفاعلات الإنزيمية

Isothermal titration calorimetry (ITC) is a well-described technique that measures the heat released or absorbed during a chemical reaction, using it as ...

Real-time Monitoring of Reactions Performed Using Continuous-flow Processing: The Preparation of 3-Acetylcoumarin as an Example

رصد في الوقت الحقيقي من ردود الفعل تنفيذها باستخدام معالجة التدفق المستمر: إعداد 3-Acetylcoumarin كمثال

By using inline monitoring, it is possible to optimize reactions performed using continuous-flow processing in a simple and rapid way. It is also possible ...

Optimization of Synthetic Proteins: Identification of Interpositional Dependencies Indicating Structurally and/or Functionally Linked Residues

الاستفادة المثلى من البروتينات التركيبية: تحديد فصل بين التبعيات مبينا هيكليا و / أو بقايا المرتبطة وظيفيا

Protein alignments are commonly used to evaluate the similarity of protein residues, and the derived consensus sequence used for identifying functional ...

Curtain Flow Column: Optimization of Efficiency and Sensitivity

الستار العمود تدفق: تحسين الكفاءة والحساسية

Active Flow Technology (AFT) is a form of column technology that increases the separation performance of a HPLC column through the use of a specially ...

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

Improved Heterojunction Quality in Cu2O-based Solar Cells Through the Optimization of Atmospheric Pressure Spatial Atomic Layer Deposited Zn1-xMgxO

تحسين الجودة متغاير في النحاس<sub&gt; 2</sub&gt; خلايا شمسية يا المستندة من خلال تعظيم الاستفادة من الضغط الجوي طبقة المكانية الذرية المودعة<br /&gt; الزنك<sub&gt; 1-س</sub&gt; المغنيسيوم<sub&gt; س</sub&gt; O

Atmospheric pressure spatial atomic layer deposition (AP-SALD) was used to deposit n-type ZnO and Zn1-xMgxO thin films onto p-type thermally oxidized Cu2O ...

A Protocol for Safe Lithiation Reactions Using Organolithium Reagents

بروتوكول لردود الفعل الآمن Lithiation عن طريق Organolithium الكواشف

Organolithium reagents are powerful tools in the synthetic chemist&#39;s toolbox. However, the extreme pyrophoric nature of the most reactive reagents ...

Synthesis of Platinum-nickel Nanowires and Optimization for Oxygen Reduction Performance

تركيب أسلاك البلاتين والنيكل والأمثل للأكسجين الحد من الأداء

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen ...

Enzymatic Cascade Reactions for the Synthesis of Chiral Amino Alcohols from L-lysine

تتالي الانزيمية ردود لتوليف الكحوليات الأمينية مراوان L-يسين

Amino alcohols are versatile compounds with a wide range of applications. For instance, they have been used as chiral scaffolds in organic synthesis. ...