Nova metoda kombinira NMR od nultog do ultraniskog polja s posebnom tehnologijom hiperpolarizacije za otkrivanje alkohola

Nova metoda kombinira NMR od nultog do ultraniskog polja s posebnom tehnologijom hiperpolarizacije za otkrivanje alkohola

Nuklearna magnetska rezonancija (NMR) je analitički alat sa širokim rasponom primjene, uključujući magnetsku rezonanciju, koja se koristi u dijagnostičke svrhe u medicini. Međutim, NMR često zahtijeva stvaranje jakih magnetskih polja, što ograničava opseg njegove uporabe. Istraživači sa Sveučilišta Johannes Gutenberg Mainz (JGU) i Helmholtz Instituta Mainz (HIM) sada su otkrili nove načine za smanjenje veličine odgovarajućih uređaja, kao i mogućeg povezanog rizika uklanjanjem jakih magnetskih polja. To se postiže kombinacijom takozvanog NMR-a s nultim do ultraniskim poljem s posebnom tehnikom hiperpolarizacije. "Ova uzbudljiva nova metoda temelji se na inovativnom konceptu. Otvara cijeli niz mogućnosti i nadilazi prethodne nedostatke", kaže dr. Danila Barskiy, dobitnica nagrade Sofja Kovalevskaja, koja radi u relevantnoj disciplini na JGU i HIM od 2020. godine.

Novi pristup koji omogućuje mjerenja bez jakih magnetskih polja

Trenutna generacija NMR uređaja je izuzetno teška i skupa - zbog magneta. Drugi komplicirajući čimbenik je trenutna nestašica tekućeg helija, koji se koristi kao rashladno sredstvo. "S našom novom tehnikom postupno pomičemo ZULF NMR prema stanju bez magneta, ali još uvijek imamo mnogo izazova koje moramo prevladati", rekao je Barskiy.

Kako bi magnete učinio suvišnima u ovom kontekstu, Barskiy je došao na ideju kombiniranja nuklearne magnetske rezonancije nultog do ultraniskog polja (ZULF-NMR) s posebnom tehnikom koja omogućuje hiperpolarizaciju atomskih jezgri. ZULF NMR je sam po sebi nedavno razvijen oblik spektroskopije koji daje bogate analitičke rezultate bez potrebe za velikim magnetskim poljima. Još jedna prednost u odnosu na NMR visokog polja je činjenica da se njegovi signali mogu lako detektirati čak iu prisutnosti vodljivih materijala kao što su metali. Senzori koji se koriste za ZULF-NMR, obično magnetometri s optičkom pumpom, vrlo su osjetljivi, jednostavni za rukovanje i već su komercijalno dostupni. Stoga je relativno lako sastaviti ZULF NMR spektrometar.

SABER Relay: Prenesite naredbu rotacije poput palice

Međutim, proizvedeni NMR signal problem je koji treba riješiti. Metode korištene za generiranje signala do sada su prikladne samo za analizu ograničenog izbora kemikalija ili su na drugi način povezane s pretjeranim troškovima. Iz tog razloga, Barskiy je odlučio upotrijebiti tehniku ​​hiperpolarizacije SABER, koja omogućuje da se veliki broj nuklearnih spinova poravna u otopini. Postoji niz takvih tehnika koje bi proizvele signal dovoljan za detekciju pod ZULF uvjetima. SABER, skraćenica za Signal Amplification by Reversible Exchange, pokazao se posebno prikladnim. U središtu tehnike SABER nalazi se metalni kompleks iridija koji posreduje u prijenosu spinskog reda paravodika na supstrat. Barskiy je uspio zaobići nedostatke privremenog vezivanja uzorka za kompleks korištenjem SABER-Relaya, vrlo nedavnog poboljšanja tehnike SABER. U ovom slučaju, SABER se koristi za induciranje polarizacije, koja se zatim prenosi na sekundarni supstrat.

Spin kemija na sučelju fizike i kemije

U svom radu pod naslovom “Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance” objavljenom u Science Advances, Dr. Danila Barskiy, glavni autor Erik Van Dyke i njihovi koautori, kako su uspjeli otkriti signale za metanol i etanol ekstrahirane iz uzorka votke. "Ovaj jednostavan primjer pokazuje kako smo bili u mogućnosti proširiti opseg ZULF NMR-a korištenjem isplative, brze i svestrane metode hiperpolarizacije", sažima Barskiy. "Nadamo se da smo se približili našem cilju da omogućimo razvoj kompaktnih, prijenosnih uređaja za analizu tekućina kao što su krv i urin i, u budućnosti, potencijalno omogućimo diskriminaciju određenih kemikalija kao što su glukoza i aminokiseline."

Danila Barskiy primio je nagradu Sofja Kovalevskaja od Zaklade Alexander von Humboldt 2020. godine, a potom se preselio sa kalifornijskog sveučilišta Berkeley u Mainz, gdje je započeo istraživanje u grupi profesora Dmitrija Budkera na Institutu za fiziku i HIM na JGU. Barskiy radi u području fizikalne kemije i vodi istraživačku grupu koja istražuje potencijalne primjene NMR-a u kemiji, biologiji i medicini.

Izvor:

Sveučilište Johannes Gutenberg u Mainzu

Referenca:

Van Dyke, ET, et al. (2022) Relejna hiperpolarizacija za nuklearnu magnetsku rezonanciju nultog polja. Znanstveni napredak. doi.org/10.1126/sciadv.abp9242.

.