Real-time physiological measurements of oxygen using a non-invasive self-referencing optical fiber microsensor.
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DOI：
10.1038/s41596-019-0231-x
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发表时间：
2020-02
期刊：
影响因子：
14.8
通讯作者：
Zhao M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ferreira F;Luxardi G;Reid B;Ma L;Raghunathan V;Zhao M
活性分子氧(O2)在生物能量学和新陈代谢中发挥重要作用，并参与血管生成、受精、伤口愈合和再生的生化途径。在这里，我们描述了如何使用扫描微电极技术(SMOT)来测量细胞外溶解O2的通量。自参考O2专用微光电极(也称为微光电极和光纤微传感器)是一种尖端涂覆了O2敏感荧光团的锥形光纤。O2浓度是通过蓝绿光激发时荧光团发射的荧光猝灭来定量的。微光电极具有较高的空间和时间分辨率，改善了信噪比(在皮摩尔范围内)。在该协议中，我们提供了微光电极校准、验证、实例应用和数据分析的逐步说明。我们描述了如何对细胞(非洲爪哇卵母细胞)、组织(非洲爪哇上皮和大鼠角膜)、器官(非洲爪哇鳃和小鼠皮肤)和附件(非洲爪哇尾巴)使用该技术，并就如何使该方法适应不同的模型系统提供了建议。这里介绍的基本的、用户友好的系统可以很容易地安装，以可靠和准确地测量在广泛的生物模型和生理反应中的生理氧通量。完整的方案可在~4小时内完成。
Reactive molecular oxygen (O2) plays important roles in bioenergetics and metabolism and is implicated in biochemical pathways underlying angiogenesis, fertilization, wound healing and regeneration. Here we describe how to use the scanning micro-optrode technique (SMOT) to measure extracellular fluxes of dissolved O2. The self-referencing O2-specific micro-optrode (also termed micro-optode and optical fiber microsensor) is a tapered optical fiber with an O2-sensitive fluorophore coated onto the tip. The O2 concentration is quantified by fluorescence quenching of the fluorophore emission upon excitation with blue–green light. The micro-optrode presents high spatial and temporal resolutions with improved signal-to-noise ratio (in the picomole range). In this protocol, we provide step-by-step instructions for micro-optrode calibration, validation, example applications and data analysis. We describe how to use the technique for cells (Xenopus oocyte), tissues (Xenopus epithelium and rat cornea), organs (Xenopus gills and mouse skin) and appendages (Xenopus tail), and provide recommendations on how to adapt the approach to different model systems. The basic, user-friendly system presented here can be readily installed to reliably and accurately measure physiological O2 fluxes in a wide spectrum of biological models and physiological responses. The full protocol can be performed in ~4 h.
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