Uus meetod ühendab null- kuni ülimadala välja NMR spetsiaalse hüperpolarisatsioonitehnoloogiaga alkoholide tuvastamiseks

Uus meetod ühendab null- kuni ülimadala välja NMR spetsiaalse hüperpolarisatsioonitehnoloogiaga alkoholide tuvastamiseks

Tuumamagnetresonants (NMR) on analüütiline tööriist, millel on lai valik rakendusi, sealhulgas magnetresonantstomograafia, mida kasutatakse meditsiinis diagnostilistel eesmärkidel. NMR nõuab aga sageli tugevate magnetväljade tekitamist, mis piirab selle kasutamist. Mainzi Johannes Gutenbergi ülikooli (JGU) ja Helmholtzi instituudi Mainzi (HIM) teadlased on nüüd avastanud uusi viise, kuidas vähendada vastavate seadmete suurust ja ka sellega kaasnevat võimalikku riski tugevate magnetväljade kõrvaldamise kaudu. See saavutatakse nn null- kuni ülimadala välja NMR-i kombineerimisel spetsiaalse hüperpolarisatsioonitehnikaga. "See põnev uus meetod põhineb uuenduslikul kontseptsioonil. See avab terve hulga võimalusi ja ületab varasemad puudused," ütleb Dr Danila Barskiy, Sofja Kovalevskaja auhinna laureaat, kes on JGU-s ja HIMis vastaval erialal töötanud alates 2020. aastast.

Uus lähenemine, et võimaldada mõõtmisi ilma tugevate magnetväljadeta

Praeguse põlvkonna NMR-seadmed on magnetite tõttu äärmiselt rasked ja kallid. Teine komplitseeriv tegur on praegune vedela heeliumi puudus, mida kasutatakse jahutusvedelikuna. "Meie uue tehnikaga liigume järk-järgult ZULF NMR-i täielikult magnetivaba oleku suunas, kuid meil on veel palju väljakutseid, mida tuleb ületada," ütles Barskiy.

Selleks, et muuta magnetid selles kontekstis üleliigseks, tuli Barskiy välja ideega kombineerida null- ja ülimadala välja tuumamagnetresonants (ZULF-NMR) spetsiaalse tehnikaga, mis võimaldab aatomituumade hüperpolariseerimist. ZULF NMR on ise hiljuti välja töötatud spektroskoopia vorm, mis annab rikkalikke analüütilisi tulemusi, ilma et oleks vaja suuri magnetvälju. Teine eelis kõrgvälja NMR-i ees on asjaolu, et selle signaale saab kergesti tuvastada isegi juhtivate materjalide, näiteks metallide juuresolekul. ZULF-NMR jaoks kasutatavad andurid, tavaliselt optiliselt pumbatavad magnetomeetrid, on väga tundlikud, hõlpsasti käsitsetavad ja juba kaubanduslikult saadaval. Seega on ZULF NMR spektromeetri kokkupanek suhteliselt lihtne.

SABRE Relee: edastage pöörlemiskäsklus nagu nupp

Kuid toodetud NMR-signaal on probleem, millega tuleb tegeleda. Seni signaali genereerimiseks kasutatud meetodid sobivad vaid piiratud valiku kemikaalide analüüsimiseks või on muul viisil seotud üüratute kuludega. Sel põhjusel otsustas Barskiy kasutada SABRE hüperpolarisatsioonitehnikat, mis võimaldab lahuses joondada suurel hulgal tuumaspinne. On mitmeid selliseid tehnikaid, mis annaksid ZULF-i tingimustes tuvastamiseks piisava signaali. SABRE, lühend sõnadest Signal Amplification by Reversible Exchange, on osutunud eriti sobivaks. SABRE tehnika keskmes on iriidiumi metallikompleks, mis vahendab paravesiniku pöörlemisjärjestuse ülekandmist substraadile. Barskiy on suutnud proovi ajutise kompleksiga sidumise puudustest mööda hiilida, kasutades SABRE-Relay, mis on SABRE tehnika hiljutine täiustus. Sel juhul kasutatakse SABRE-i polarisatsiooni esilekutsumiseks, mis seejärel kantakse edasi sekundaarsele substraadile.

Keerutage keemia füüsika ja keemia liideses

Ajakirjas Science Advances avaldatud artiklis "Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance" avaldas Drs. Danila Barskiy, juhtiv autor Erik Van Dyke ja nende kaasautorid, kuidas nad suutsid tuvastada viinaproovist ekstraheeritud metanooli ja etanooli signaale. "See lihtne näide näitab, kuidas me suutsime ZULF NMR ulatust laiendada, kasutades kulutõhusat, kiiret ja mitmekülgset hüperpolarisatsiooni meetodit, " võtab Barskiy kokku. "Loodame, et oleme liikunud lähemale oma eesmärgile võimaldada kompaktsete kaasaskantavate seadmete väljatöötamist vedelike, nagu veri ja uriin, analüüsimiseks ning tulevikus potentsiaalselt teatud kemikaalide, nagu glükoos ja aminohapped, diskrimineerimist."

Danila Barskiy pälvis 2020. aastal Alexander von Humboldti Fondi Sofja Kovalevskaja auhinna ja kolis seejärel California ülikoolist Berkeleyst Mainzi, kus alustas uurimistööd professor Dmitry Budkeri rühmas Füüsika Instituudis ja HIM-i rühmas JGU-s. Barskiy töötab füüsikalise keemia valdkonnas ja juhib uurimisrühma, mis uurib NMR võimalikke rakendusi keemias, bioloogias ja meditsiinis.

Allikas:

Johannes Gutenbergi Mainzi ülikool

Viide:

Van Dyke, ET et al. (2022) Releed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance. Teaduse edusammud. doi.org/10.1126/sciadv.abp9242.

.