تجمع الطريقة الجديدة بين الرنين المغناطيسي النووي (NMR) من الصفر إلى المجال المنخفض للغاية مع تقنية فرط الاستقطاب الخاصة للكشف عن الكحوليات

تجمع الطريقة الجديدة بين الرنين المغناطيسي النووي (NMR) من الصفر إلى المجال المنخفض للغاية مع تقنية فرط الاستقطاب الخاصة للكشف عن الكحوليات

الرنين المغناطيسي النووي (NMR) هو أداة تحليلية ذات نطاق واسع من التطبيقات، بما في ذلك التصوير بالرنين المغناطيسي، والذي يستخدم لأغراض التشخيص في الطب. ومع ذلك، غالبًا ما يتطلب الرنين المغناطيسي النووي توليد مجالات مغناطيسية قوية، مما يحد من نطاق استخدامه. اكتشف الباحثون في جامعة يوهانس غوتنبرغ ماينز (JGU) ومعهد هيلمهولتز ماينز (HIM) طرقًا جديدة لتقليل حجم الأجهزة المقابلة وكذلك المخاطر المرتبطة بها عن طريق إزالة المجالات المغناطيسية القوية. يتم تحقيق ذلك من خلال الجمع بين ما يسمى بالرنين المغناطيسي النووي (NMR) من الصفر إلى المجال المنخفض للغاية مع تقنية فرط الاستقطاب الخاصة. تقول الدكتورة دانيلا بارسكي، الحائزة على جائزة صوفيا كوفاليفسكاجا، والتي تعمل في التخصص ذي الصلة في JGU وHIM منذ عام 2020: "تعتمد هذه الطريقة الجديدة المثيرة على مفهوم مبتكر. إنها تفتح مجموعة كاملة من الاحتمالات وتتغلب على العيوب السابقة".

نهج جديد لتمكين القياسات دون مجالات مغناطيسية قوية

الجيل الحالي من أجهزة الرنين المغناطيسي النووي ثقيل للغاية ومكلف - بسبب المغناطيس. هناك عامل معقد آخر وهو النقص الحالي في الهيليوم السائل، الذي يستخدم كمبرد. قال بارسكي: "بفضل تقنيتنا الجديدة، نقوم بنقل ZULF NMR تدريجيًا نحو حالة خالية تمامًا من المغناطيس، ولكن لا يزال أمامنا العديد من التحديات التي يتعين علينا التغلب عليها".

من أجل جعل المغناطيس غير ضروري في هذا السياق، توصل بارسكي إلى فكرة الجمع بين الرنين المغناطيسي النووي ذي المجال المنخفض جدًا (ZULF-NMR) مع تقنية خاصة تجعل من الممكن فرط استقطاب النوى الذرية. ZULF NMR هو في حد ذاته شكل من أشكال التحليل الطيفي الذي تم تطويره مؤخرًا والذي يوفر نتائج تحليلية غنية دون الحاجة إلى مجالات مغناطيسية كبيرة. هناك ميزة أخرى مقارنة بالرنين المغناطيسي النووي عالي المجال وهي حقيقة أنه يمكن اكتشاف إشاراته بسهولة حتى في وجود مواد موصلة مثل المعادن. تتميز أجهزة الاستشعار المستخدمة في ZULF-NMR، والتي عادةً ما تكون مقاييس مغناطيسية يتم ضخها بصريًا، بحساسية عالية وسهولة في التعامل معها ومتوفرة تجاريًا بالفعل. وبالتالي، فمن السهل نسبيًا تجميع مطياف ZULF NMR.

SABER Relay: ينقل أمر التدوير مثل العصا

ومع ذلك، فإن إشارة الرنين المغناطيسي النووي المنتجة هي مشكلة تحتاج إلى معالجة. إن الطرق المستخدمة لتوليد الإشارة حتى الآن مناسبة فقط لتحليل مجموعة محدودة من المواد الكيميائية أو ترتبط بتكاليف باهظة. لهذا السبب، قرر بارسكي استخدام تقنية فرط الاستقطاب SABER، والتي تسمح بمحاذاة أعداد كبيرة من السبينات النووية في المحلول. هناك عدد من هذه التقنيات التي من شأنها أن تنتج إشارة كافية للكشف في ظل ظروف ZULF. لقد أثبت SABER، وهو اختصار لـ Signal Amplification by Reversible Exchange، أنه مناسب بشكل خاص. يوجد في قلب تقنية SABER مركب معدني من الإيريديوم يتوسط في نقل ترتيب دوران باراهيدروجين إلى الركيزة. تمكن بارسكي من التحايل على مساوئ ربط العينة مؤقتًا بالمجمع باستخدام SABER-Relay، وهو تحسين حديث جدًا لتقنية SABER. في هذه الحالة، يتم استخدام SABER للحث على الاستقطاب، والذي يتم بعد ذلك تمريره إلى الركيزة الثانوية.

تدور الكيمياء في واجهة الفيزياء والكيمياء

في ورقتهم البحثية بعنوان "فرط الاستقطاب المرحل من أجل الرنين المغناطيسي النووي ذي المجال الصفري" المنشورة في Science Advances، د. دانيلا بارسكي، المؤلف الرئيسي إريك فان دايك والمؤلفون المشاركون، كيف تمكنوا من اكتشاف إشارات الميثانول والإيثانول المستخرج من عينة من الفودكا. "يوضح هذا المثال البسيط كيف تمكنا من توسيع نطاق ZULF NMR باستخدام طريقة فعالة من حيث التكلفة وسريعة ومتعددة الاستخدامات لفرط الاستقطاب،" يلخص بارسكي. "نأمل أن نكون قد اقتربنا من هدفنا المتمثل في تمكين تطوير أجهزة مدمجة ومحمولة لتحليل السوائل مثل الدم والبول، وفي المستقبل، من المحتمل تمكين التمييز بين بعض المواد الكيميائية مثل الجلوكوز والأحماض الأمينية."

حصلت دانيلا بارسكي على جائزة صوفيا كوفاليفسكايا من مؤسسة ألكسندر فون هومبولت في عام 2020 وانتقلت بعد ذلك من جامعة كاليفورنيا، بيركلي إلى ماينز، حيث بدأ البحث في مجموعة البروفيسور ديمتري بودكر في معهد الفيزياء وHIM في جامعة JGU. يعمل بارسكي في مجال الكيمياء الفيزيائية ويقود مجموعة بحثية تستكشف التطبيقات المحتملة للرنين المغناطيسي النووي في الكيمياء والبيولوجيا والطب.

مصدر:

جامعة يوهانس جوتنبرج ماينز

مرجع:

فان دايك، إت، وآخرون. (2022) فرط الاستقطاب المرحل للرنين المغناطيسي النووي ذي المجال الصفري. التقدم العلمي. doi.org/10.1126/sciadv.abp9242.

.