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

אנו מודים למתקן הקיקלוטרון הביו-רפואי של UCLA ודר' רוג'ר סלביק וד"ר ג'וזפה קרלוצ'י על שסיפקו בנדיבות [18F]פלואוריד למחקרים אלה ול- UCLA NanoLab על תמיכה בציוד לייצור שבבים.

התראה: פרוטוקול זה כרוך בטיפול בחומרים רדיואקטיביים. אין לבצע ניסויים ללא ההכשרה הדרושה וציוד מגן אישי ואישור ממשרד בטיחות הקרינה בארגון שלך. ניסויים צריכים להתבצע מאחורי מיגון קרינה, רצוי בתא חם מאוורר
1. ייצור שבבים מרובי תגובות
הערה: אצוות של שבבי מיקרו-דרו?...

<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>

בשל מגבלות של מערכות רדיוכימיה קונבנציונליות המאפשרות רק מספר קטן של תגובות ביום וצורכות כמות משמעותית של ריאגנטים לכל נקודת נתונים, ניתן לחקור רק חלק זעיר משטח הפרמטרים של התגובה הכוללת בפועל, ופעמים רבות התוצאות מדווחות ללא חזרות (n = 1). בהשוואה למערכות קונבנציונליות, פלטפורמת רדיוסינתז...

טומוגרפיה של פליטת פוזיטרונים (PET) רדיופארמה נמצאים בשימוש נרחב ככלי מחקר לניטור תהליכים ביוכימיים ספציפיים ב- vivo ומחלות מחקר, ולפיתוח תרופות וטיפולים חדשים. יתר על כן, PET הוא כלי קריטי לאבחון או בימוי המחלה וניטור תגובת המטופל לטיפול1,2,3. בשל זמן מחצית החיים הקצר של רדיואיזוטופים PET (למשל, 110 דקות עבור רדיופארמה פלואור-18 שכותרתו) וסיכון קרינה, תרכובות אלה מוכנים באמצעות מערכות אוטומטיות מיוחדות הפועלות מאחורי מיגון קרינה ויש להכין ממש לפני השימוש.
המערכות הנוכחיות המשמשות לסנתז radiopharmaceuticals נועדו לייצר אצוות גדולות המחולקות לתוך מינונים בודדים רבים לחלוק את עלות הייצור. בעוד שהמערכות הנוכחיות מתאימות לייצור מכשירי רדיו נפוצים כמו [18F]FDG (מכיוון שניתן לתזמן סריקות מטופלים מרובים וניסויי מחקר ביום אחד), מערכות אלה יכולות להיות בזבזניות לייצור מכשירי רדיו חדשניים במהלך פיתוח בשלב מוקדם, או פחות נפוץ radiotracers. כמויות שמערכות קונבנציונליות משתמשות בהן נמצאות בדרך כלל בטווח של 1-5 מ"ל, והתגובות דורשות כמויות מבשר בטווח של 1-10 מ"ג. יתר על כן, באמצעות radiosynthesizers קונבנציונאלי הוא בדרך כלל מסורבל במהלך מחקרי אופטימיזציה מאז המנגנון הופך מזוהם לאחר השימוש ואת המשתמש חייב לחכות רדיואקטיביות להתנוון לפני ביצוע הניסוי הבא. מלבד עלות הציוד, העלות של radioisotope ריאגנטים יכול, אם כן, להיות משמעותי מאוד עבור מחקרים הדורשים ייצור של קבוצות מרובות. זה יכול להתרחש, למשל, במהלך אופטימיזציה של פרוטוקולי סינתזה עבור radiotracers הרומן כדי להשיג תשואה מספיקה ואמינות למחקרים ראשוניים הדמיה vivo.
טכנולוגיות מיקרופלואידיות שימשו יותרויותרברדיוכימיה כדי לנצל מספר יתרונות על פני מערכות קונבנציונליות 4,5,6. פלטפורמות מיקרופלואידיות, כולל אלה המבוססות על נפחי תגובה μL 1-107,8,9 , הראו הפחתה משמעותית של נפחי ריאגנט וצריכת סימנים מקדימים יקרים, כמו גם זמניתגובהקצרים. הפחתות אלה מובילות לעלויות נמוכות יותר, שלבי חימום ואידוי מהירים יותר, טיהור קצר וישיר יותר במורד הזרם, תהליך כימיה "ירוק" הכולל10, ופעילות טוחנת גבוהה יותר של מכשירי הרדיו המיוצרים11. שיפורים אלה עושים את זה מעשי יותר לבצע מחקרי אופטימיזציה נרחבים יותר על ידי הפחתת העלות ריאגנט של כל סינתזה. יתרונות נוספים ניתן להשיג על ידי ביצוע ניסויים מרובים מקבוצה אחת של radioisotope ביום אחד. לדוגמה, רדיוסינתיסייזרים של כימיית זרימה מיקרופלואידית הפועלים ב"מצב גילוי "יכולים לבצע ברצף עשרות תגובות, כל אחת באמצעות 10s בלבד של נפח תגובת μL12.
בהשראת יתרונות אלה, פותח שבב מערך טיפות רב-תגובה שבו תגובות מיקרו-וולומיות מוגבלות למערך של מלכודות מתח-פנים על משטח סיליקון, שנוצרו באמצעות ציפוי טפלון בדוגמת. שבבים אלה מאפשרים תגובות מרובות בסולם 1-20 μL להתבצע בו זמנית, פתיחת האפשרות לחקור 10s של תנאי תגובה שונים ליום, כל אחד עם עותקים משוכפלים מרובים. במאמר זה, התועלת של גישה חדשה זו תפוקה גבוהה לביצוע אופטימיזציות רדיוכימיה מהירה וזולה מודגם. שימוש בשבבי טיפה מרובי תגובה מאפשר חקירה נוחה של ההשפעה של ריכוזי ריאגנטים וממס תגובה, ושימוש בשבבים מרובים יכול לאפשר חקר טמפרטורת התגובה והזמן, כל זאת תוך צריכת כמויות נמוכות מאוד של מבשר.

<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

מכשירי רדיו אוטומטיים נוכחיים מתוכננים לייצר אצוות קליניות גדולות של רדיופארמה. הם אינם מתאימים היטב לאופטימיזציה של התגובה או להתפתחות רדיופארמה חדשנית מכיוון שכל נקודת נתונים כרוכה בצריכה ריאגנטית משמעותית, וזיהום המנגנון דורש זמן לריקבון רדיואקטיבי לפני השימוש הבא. כדי להתמודד עם מגבלות אלה, פלטפורמה לביצוע מערכים של תגובות מבוססות טיפה מיניאטורית במקביל, כל אחד מוגבל בתוך מלכודת מתח פני השטח על "שבב" סיליקון מצופה פוליטרה-פלואוראתילן בדוגמת, פותח. שבבים אלה מאפשרים מחקרים מהירים ונוחים של פרמטרי תגובה כולל ריכוזי ריאגנט, ממס תגובה, טמפרטורת תגובה וזמן. פלטפורמה זו מאפשרת השלמה של מאות תגובות בכמה ימים עם צריכת ריאגנט מינימלית, במקום לקחת חודשים באמצעות radiosynthesizer קונבנציונלי.

בוצע ניסוי מייצג להמחשת שיטה זו. באמצעות 16 תגובות, מחקרי אופטימיזציה של הרדיופארמה [18F]fallypride בוצעו על ידי ריכוז מבשר משתנה (77, 39, 19, 9.6, 4.8, 2.4, 1.2, ו 0.6 מ"מ) באלכוהול קסיל:MeCN (1:1, v / v) כממס התגובה. התגובות בוצעו ב 110 מעלות צלזיוס במשך 7 דקות. יעילות איסוף, קומפוזיציה לדוגמה (כלומ?...

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

Optimization of Radiochemical Reactions using Droplet Arrays

שיטה זו מתארת את השימוש במתודולוגיית תפוקה גבוהה חדשנית, המבוססת על תגובות כימיות טיפות, לאופטימיזציה מהירה וחסכונית של רדיופארמה באמצעות כמויות ננו-מול של ריאגנטים.

אופטימיזציה של תגובות רדיוכימיות באמצעות מערכי טיפות

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

סינתיסייזרים רדיו אוטומטיים הנוכחי נועדו לייצר קבוצות גדולות של radiopharmaceuticals בשימוש נרחב, כגון FDG. בשל המספר המוגבל של סינתיסייזרים אפשריים ליום, וצריכת מגיבים גבוהה יחסית, מערכות אלה, עם זאת, אינן מתאימות היטב לביצוע מחקרי אופטימיזציה סינתזה. עם טכניקה זו, התפוקה גדלה באופן משמעותי על ידי ביצוע עד 16 תגובות בו זמנית במקביל צריכת ריאגנט מופחת פי מאה.יתר על כן, על ידי ביצוע תגובות במקביל, קבוצות הוגנות של רדיואיסטופות נדרשות כדי להשלים מחקר. תפוקה מוגברת מאפשרת חקירה רחבה יותר של תנאי תגובה עם מספר גדול יותר של שכפולים כל אחד בהשוואה לשימוש במכשירים קונבנציונליים. בעוד פרוטוקול זה מראה אופטימיזציה של ריכוז מבשר בסינתזה של fallypride, הטכניקה יכולה לשמש כדי לייעל תנאים אחרים רדיופארמה אחרים.התחל על ידי ייצור קבוצות של שבבי microdroplet רב תגובה מתוך ופלים סיליקון ארבע אינץ ' באמצעות טכניקות פוטוליטוגרפיה סטנדרטיות. בפרוטוקול זה, אופטימיזציה תפוקה גבוהה של ריכוז מבשר מודגם עם הסינתזה של Fallypride רדיופארמה. 16 תגובות בו זמנית ניתן לבצע על שבב אחד.התנאים שיש להשוות ממופים לאתרי התגובה. הכן פתרון מלאי של ממס התגובה המורכב אלכוהול קסיל ואצטוניטריל בתערובת אחד לאחד על ידי נפח. ודא שאמצעי האחסון מספיק כדי ליצור את סידרת הדילול המתוכננת.הכן פתרון מלאי 30 microliters של הקדמה בממס התגובה עם הריכוז המרבי שיש לחקור. מפתרון מלאי מבשר ממס תגובה לבצע פעמיים דילול סדרתי במערכת של צינורות microcentrifuge להכין את הריכוזים השונים של פתרון מבשר. הכן קבוצה נוספת של צינורות microcentrifuge כדי לאסוף כל מוצר תגובה גולמי באמצעות סמן קבוע לסמן כל צינור עם מספר ייחודי.ודא שהמספר הכולל של צינורות מיקרוצנטריפוגה תואם למספר התנאים כפול מספר השכפולים. הכינו מלאי של 10 מיליליטר של פתרון איסוף הכולל תשעה עד מתנול אחד למים שעברו דה-יון. Aliquot 50 מיקרוליטרים של כל אחד לתוך קבוצה נוספת של 16 צינורות microcentrifuge שכותרתו פתרון איסוף.הכן פתרון מלאי פלואוריד על ידי ערבוב סביב שבעה מיליקוריז של מקור פלואוריד עם 56 microliters של 75 טטרהמולר tetrabutylammonium ביקרבונט ודילול עם מים DI עד 140 microliters. באמצעות micropipette, לטעון טיפה שמונה microliter של פתרון מניית פלואוריד על נקודת התגובה הראשונה של שבב רב תגובה. למדוד את הפעילות של השבב על ידי הצבתו במינון calibrator ולתעד את הזמן שבו המדידה מתבצעת.הסר את השבב מן calibrator מינון לטעון טיפה שמונה microliter של פתרון מלאי פלואוריד על נקודת התגובה השנייה. למדוד את הפעילות על השבב ולתעד את הזמן שבו מתבצעת המדידה. חזור על תהליך זה עבור כל אתרי התגובה האחרים.חשב את הפעילות שנטענה לכל נקודת תגובה על-ידי ביצוע מדידת הפעילות לאחר טעינת הרדיואיסוטופה וחיסור המדידה הקודמת לפני טעינת האתר. כדי ליישר את השבב מרובה התגובות על התנור, להוסיף שכבה דקה של הדבק תרמי על גבי תנור קרמיקה. מניחים בזהירות את השבב על גבי התנור באמצעות פינצטה המיישרת את פינת הייחוס של השבב עם פינת הייחוס של התנור.השבב צריך לעקוף את התנור בכמות קטנה. מחממים את השבב לדקה אחת על ידי הגדרת התנור ל 105 מעלות צלזיוס בתוכנית הבקרה כדי לאדות את הטיפות, משאיר שאריות מיובשות של פלואוריד ו tetrabutylammonium ביקרבונט. לאחר מכן, קירר את השבב על ידי הגדרת התנור ל 30 מעלות צלזיוס והפעלת מאוורר הקירור עם תוכנית הבקרה.באמצעות micropipette, להוסיף פתרון שישה microliters של מבשר fallypride על גבי שאריות מיובשות באתר התגובה הראשון. חזור על פעולה זו עבור כל אתרי התגובה האחרים בשבב. השתמש בתוכנית המיטוב כדי לקבוע באיזה ריכוז של סדרת הדילול נעשה שימוש עבור כל אתר תגובה.מחממים את השבב ל 110 מעלות צלזיוס במשך שבע דקות באמצעות תוכנית הבקרה כדי לבצע את תגובת radiofluorination, ולאחר מכן לקרר את השבב על ידי הגדרת התנור ל 30 מעלות צלזיוס והפעלת מאוורר הקירור עם תוכנית הבקרה. לאסוף את המוצר הגולמי באתר התגובה הראשון על ידי הוספת 10 microliters של פתרון איסוף מצינור microcentrifuge המיועד. לאחר המתנה של חמש שניות, שאפו את המוצר הגולמי המדולל והעבירו אותו לצינור המיקרוצנטריפוגה המתאים.חזור על תהליך זה בסך הכל ארבע פעמים באמצעות אותו קצה פיפטה ולאחר מכן לסגור את הצינור microcentrifuge. חזור על שלבים אלה כדי לאסוף את המוצר הגולמי מכל אתרי התגובה האחרים על השבב. כדי לקבוע את יעילות האיסוף עבור התגובה הראשונה על השבב, למקם את הצינור microcentrifuge עם המוצר הגולמי שנאסף של נקודת התגובה הראשונה בקליברטור המינון כדי למדוד את הפעילות.רשום את המדידה ואת השעה של המדידה. חזור על תהליך זה עבור כל אחד מהמוצרים הגולמיים שנאספו. חשב את יעילות האיסוף על-ידי חלוקת הפעילות של המוצר הגולמי שנאסף על-ידי הפעילות ההתחלתית הנמדדת עבור אותו אתר תגובה.חזור על פעולה זו עבור כל אתרי התגובה האחרים בשבב. לאחר מכן, לנתח את ההרכב של כל מוצר גולמי שנאסף. עם עיפרון, לצייר קו 15 מילימטרים מהקצה התחתון של צלחת TLC וקו אחר 50 מילימטרים מאותו קצה.השורה הראשונה היא קו המקור והשני הוא קו החזית ממס. צייר שמונה Xים קטנים לאורך קו המקור במרווח של חמישה מילימטרים כדי להגדיר את מיקום התצפית לדוגמה עבור כל אחד משמונת הנתיבים. באמצעות מיקרופיפט, להעביר 0.5 microliters של המוצר הגולמי הראשון על צלחת TLC ב X עבור הנתיב הראשון.חזור על פעולה זו עבור מוצרים גולמיים נוספים, ולאחר מכן לחכות כתמים להתייבש. לפתח כל צלחת TLC באמצעות שלב נייד של 60% של אצטוניטריל ב 25 אמוניום מילימולארי formate עם 1%TEA עד חזית הממס מגיע לקו החזית ממס. באותו זמן, להסיר את צלחת TLC מן התא ולחכות ממס על צלחת TLC להתייבש, ולאחר מכן הניח את צלחת TLC במערכת הדמיה Cerenkov ולכסות אותו עם שקופית מיקרוסקופ זכוכית.השג תמונת רדיואקטיביות של כל לוח TLC על-ידי הגדרת מערכת ההדמיה Cerenkov לחשיפה של חמש דקות ולאחר מכן בחר את הקובץ המיוצר של התמונה ללוח TLC ובצע תיקוני תמונה סטנדרטיים. השתמש באזור של ניתוח עניין עבור הנתיב הראשון של לוחית TLC הראשונה. צייר אזורים סביב כל רצועה הנראים בנתיב ולאחר מכן חשב את השבר של העוצמה המשולבת של כל אזור בהשוואה לעוצמה המשולבת הכוללת של כל האזורים.לקבוע את יעילות הפלואורינציה כשבר הפעילות ברצועת Fallypride. חזור על ניתוח זה עבור כל הנתיבים האחרים על כל לוחות TLC. לאחר מכן, לחשב את התשואה הרדיוכימית הגולמית עבור כל תגובה ולבחור את הריכוז הקדמה האופטימלי על ידי בחינת התשואה הרדיוכימית הגולמית כפונקציה של ריכוז מבשר.מחקרי אופטימיזציה של Fallypride radiopharmaceutical בוצעו על ידי ריכוז מבשר משתנה אצטוניטריל אלכוהול קסיל. התגובות בוצעו ב 110 מעלות צלזיוס לכל שבע דקות. יעילות איסוף והרכב לדוגמה מוצגים כאן.יעילות הפלואורינציה גדלה עם הגדלת ריכוז מבשר ואת הריכוז של פלואוריד unreacted ירד. הייתה כמות קטנה של מוצר צד רדיואקטיבי בריכוזים נמוכים של קודמן, אשר לא נוצר בריכוזים מבשר גבוה יותר. יעילות הגבייה הייתה כמעט כמותית עבור רוב התנאים, אם כי היא ירדה מעט בריכוזי סימנים מקדימים נמוכים.התשואה הרדיוכימית הגולמית הגבוהה ביותר הושגה עם ריכוז מבשר של 39 מילימולאר. במצב זה, יעילות הפלואורינציה הייתה 96%RCY הגולמי היה 87%ולא נצפתה היווצרות מוצר צד רדיואקטיבי. זה קריטי יש תוכנית מפה של מה מצב התגובה מתאים לאיזה טיפת תגובה על השבב יש כראוי שכותרתו צינורות מגיבים וצינורות איסוף המוצר שניתן לבדוק פעמיים במהלך הניסוי.ניתן להשתמש בהליך לאופטימיזציה של תנאי תגובה אחרים, כגון כמות הבסיס, סוג הממס או נפח התגובה. זה יכול לשמש גם כדי לייעל את הסינתזה של radiopharmaceuticals אחרים.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

מיקרוגל בסיוע תגובות Dehydrogenative intramolecular דילס-Alder לסינתזה של Naphthalenes הפונקציונלי / צבעי 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 תגובות צימוד / חוצת pinacol - גישה קטליטי לdiols 1,2-הסימטרי

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

הביולוגי קטליזה חמה: Isothermal טיטרציה Calorimetry לאפיין תגובות אנזימטיות

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

ניטור בזמן אמת של תגובות בוצעו באמצעות רציפה זרימת עיבוד: הכנת 3-Acetylcoumarin כדוגמא

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

ושאריות או זיהוי של Interpositional תלות המציין מבני / צמודות תפקודית: אופטימיזציה של חלבונים סינטטיים

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

הרמת מסך טור זרימה: אופטימיזציה של יעילות ורגישות

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

איכות heterojunction משופר ב Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O מבוסס תאים סולריים באמצעות אופטימיזציה של לחץ האטמוספרה אטומי שכבת מרחבים שהופקדה<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</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

פרוטוקול תגובות בטוח Lithiation באמצעות ריאגנטים Organolithium

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

סינתזה של פלטינה וניקל Nanowires ואופטימיזציה לביצועים הפחתת חמצן

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

תגובות אנזימטיות אשד לסינתזה של כהלים אמינו כיראלי מ L-ליזין

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