Détection de radicaux libres à courte durée de vie - Applications EPR (Spin-trapping) (ESR)

January 03, 2023

La méthode de résonance paramagnétique électronique (EPR) par piégeage de spin est une méthode qui combine la technique de piégeage de spin avec la technique EPR pour détecter les radicaux libres à courte durée de vie.

Pourquoi utiliser la technologie Spin Trapping ?

Les radicaux libres sont des atomes ou des groupes comportant des électrons non appariés formés par la liaison covalente de molécules composées dans des conditions externes telles que la chaleur et la lumière. On les trouve largement dans la nature.

Avec le développement de disciplines interdisciplinaires telles que la biologie, la chimie et la médecine, les scientifiques ont découvert que de nombreuses maladies sont associées aux radicaux libres. Cependant, en raison de leur nature active et réactive, les radicaux libres générés dans les réactions sont souvent instables à température ambiante et difficiles à détecter directement à l’aide des méthodes conventionnelles de spectroscopie RPE.

Bien que les radicaux libres de courte durée puissent être étudiés par des techniques de RPE résolues dans le temps ou des techniques de congélation rapide à basse température, leurs concentrations plus faibles pour la plupart des radicaux libres dans les systèmes biologiques limitent la mise en œuvre des techniques ci-dessus. La technique du spin trapping, quant à elle, permet la détection de radicaux libres à courte durée de vie à température ambiante par une méthode indirecte.

Fondamentaux de la technologie du piégeage de spin

Dans une expérience de piégeage de spin, un piège à spin (une substance antimagnétique insaturée capable de piéger les radicaux libres) est ajouté au système. Après avoir ajouté le piège à spin, les radicaux instables et le piège formeront des adduits de spin plus stables ou à durée de vie plus longue. En détectant les spectres RPE des adduits de spin et en traitant et analysant les données, nous pouvons inverser le type de radicaux et ainsi détecter indirectement les radicaux libres instables.

Figure 1 Principe de la technique de capture de spin (DMPO comme exemple)

Sélection de Spin Trap

Les pièges à spin les plus largement utilisés sont principalement des composés nitrone ou nitroso, les pièges à spin typiques sont le MNP (dimère de 2-méthyl-2-nitrosopropane), le PBN (N-tert-butyl α-phényl nitrone), le DMPO (5,5-diméthyl- 1-pyrroline-N-oxyde), et les structures sont illustrées à la figure 2. Et un excellent piège à spin doit satisfaire trois conditions.

1. Les adduits de spin formés par des pièges à spin avec des radicaux libres instables doivent être de nature stable et avoir une longue durée de vie.

2. Les spectres RPE des adduits de spin formés par les pièges à spin et divers radicaux instables doivent être facilement distinguables et identifiables.

3. Le piège à spin réagit facilement spécifiquement avec une variété de radicaux libres, et il n'y a pas de réaction secondaire. Sur la base des conditions ci-dessus, le piège à spin largement utilisé dans diverses industries est le DMPO.

Figure 2 Structure chimique schématique du MNP, PBN, DMPO

Tableau 1 Comparaison des pièges à spin courants

Types courants de radicaux libres piègeurs de spin

Dans les expériences de piégeage de spin, les plus courants sont les radicaux centrés sur O et N, tels que les espèces réactives de l'oxygène (ROS) et les espèces réactives de l'azote (RNS), mais tous les ROS et RNS ne sont pas des radicaux libres, comme le montre la figure 3. En outre, les radicaux du centre S, tels que les radicaux sulfate, sont également des radicaux libres plus courants qui peuvent être étudiés par des méthodes de piégeage de spin.

Figure 3 ROS et RNS courants

Pour les expériences de piégeage de spin, de nombreux facteurs, tels que le moment d’ajout de l’agent de piégeage, la concentration de l’agent de piégeage, le type de solvant et le pH du système, peuvent affecter les résultats expérimentaux. Par conséquent, pour différents radicaux libres, il est nécessaire de choisir le type et la concentration du piège à spin, de concevoir le schéma expérimental et enfin de déterminer le type de radical libre par spectroscopie EPR, ainsi que d'éliminer les radicaux libres par des moyens chimiques pour vérifier les résultats.

Fig. 4 Spectres RPE des radicaux centraux O-(a), N-(b), S-(c) capturés par le DMPO.

Figure 4 Spectres EPR des radicaux centraux O-(a), N-(b), S-(c) capturés par le DMPO.

(Données testées par l'équipement CIQTEK EPR)

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