Углекислый газ (CO2) — негорючий, невзрывоопасный, нерадиоактивный газ, используемый во всем мире в физической, химической, биологической и медицинской областях. С помощью химического синтеза, используя 13CO2 в качестве сырья, можно получить большое количество сложных соединений. Эти соединения имеют широкий спектр применения в экологических стандартах, судебно-медицинской экспертизе и диагностике. Хорошо известно, что мочевина, меченная 13C, может использоваться в качестве уреазного дыхательного теста (после перорального приема меченой 13C мочевины испытуемым, если в желудке присутствует инфекция H. pylori, меченая 13C мочевина может расщепляться на меченый 13C CO2; следовательно, инфекцию H. pylori можно диагностировать путем обнаружения 13C-CO2 в выдыхаемом воздухе с помощью высокоточного масс-спектрометра изотопных соотношений газов). (Поскольку принимаемая перорально 13C-мочевина равномерно распределяется после попадания в желудок, инфекцию H. pylori можно чувствительно обнаружить в месте контакта с 13C-мочевиной). В последние годы в медицинскую практику также вошли более широко используемые соединения в неинвазивных дыхательных тестах. В лазерах 13CO2 также используется в качестве лазерного газа. Он применяется не только в фундаментальных исследованиях, но и в клинической практике для лазерной лапароскопии.
Биологи кормят водоросли, бактерии и другие микроорганизмы изотопно меченым газом 13C для изучения их метаболических процессов с помощью ЯМР. Из меченых 13C организмов можно извлечь различные аминокислоты, белки, жиры, сахара и ДНК. Количество извлеченных компонентов резко возрастает, когда меченые водоросли или бактерии используются для получения более развитых микроорганизмов. Ученые используют меченые компоненты для определения структуры макромолекул и взаимодействия координационных групп между белками. Выращивание водорослей в атмосфере чистого 13CO2 позволяет равномерно меченым 13C водорослям, и некоторые люди кормили кур меченой 13C спирулиной, что позволяет изучать активные аминокислоты.
Важное применение 13C глюкозы и 13C глутаминовой кислоты — компенсаторная метаболическая МРТ (магнитно-резонансная томография) головного мозга. Пролиферацию клеток можно измерить с помощью меченой 13C ДНК. Использование меченых 13C компонентов и современной 13C-МРС (магнитно-резонансной спектроскопии) позволяет исследовать структуру генов и количественно оценивать их, получая всестороннее представление о генах человека и изменениях молекулярного состава живых клеток. Прямое применение 13CO2 к биологическим системам (например, покрытие полевых почв обогащенным 13CO2 воздухом) позволяет отслеживать динамику углерода в организмах для проведения экспериментов на живых организмах. Меченые 13C вещества можно использовать для отслеживания состава органического углерода в почвах, а также каналов его транспорта.
Поскольку растения поглощают CO2 из воздуха, CO2 также можно метить изотопом 13C. Это можно использовать в фундаментальных и прикладных научных исследованиях. Например, для изучения биодоступности питательных веществ и метаболизма органического вещества, получаемого из меченых растений (биодоступность питательных веществ из различных продуктов питания для животных и человека). Разработка меченых изотопом 13C соединений и аналитического оборудования привела к расширению применения стабильных изотопов, открывая новые области знаний о человеке и окружающей среде.
Дата публикации: 26 июня 2024 г.