Az új módszer a nullától az ultraalacsony mezőig terjedő NMR-t kombinálja speciális hiperpolarizációs technológiával az alkoholok kimutatására

Az új módszer a nullától az ultraalacsony mezőig terjedő NMR-t kombinálja speciális hiperpolarizációs technológiával az alkoholok kimutatására

A mágneses magrezonancia (NMR) egy széleskörű alkalmazási területtel rendelkező analitikai eszköz, beleértve a mágneses rezonancia képalkotást is, amelyet diagnosztikai célokra használnak az orvostudományban. Az NMR azonban gyakran erős mágneses mező létrehozását igényli, ami korlátozza felhasználási körét. A Johannes Gutenberg Egyetem Mainz (JGU) és a Helmholtz Institute Mainz (HIM) kutatói most új módszereket fedeztek fel a megfelelő eszközök méretének és a kapcsolódó kockázatok csökkentésére az erős mágneses mezők kiküszöbölésével. Ezt úgy érik el, hogy az úgynevezett nulla és ultraalacsony mező NMR-t egy speciális hiperpolarizációs technikával kombinálják. "Ez az izgalmas új módszer egy innovatív koncepción alapul. Lehetőségek egész sorát nyitja meg, és legyőzi a korábbi hátrányokat" - mondja Dr. Danila Barskiy, a Sofja Kovalevskaja-díjas, aki 2020 óta dolgozik a megfelelő tudományágban a JGU-nál és a HIM-nél.

Új megközelítés az erős mágneses mezők nélküli mérések lehetővé tételéhez

Az NMR-készülékek jelenlegi generációja rendkívül nehéz és drága – a mágnesek miatt. Egy másik bonyolító tényező a hűtőfolyadékként használt folyékony hélium jelenlegi hiánya. „Új technikánkkal fokozatosan a teljesen mágnesmentes állapot felé mozdítjuk el a ZULF NMR-t, de még sok kihívást kell leküzdenünk” – mondta Barskiy.

Annak érdekében, hogy a mágneseket ebben az összefüggésben feleslegessé tegyék, Barskiy azzal az ötlettel állt elő, hogy a nulla és az ultraalacsony mező mágneses magrezonanciáját (ZULF-NMR) kombinálják egy speciális technikával, amely lehetővé teszi az atommagok hiperpolarizálását. A ZULF NMR maga a spektroszkópia egy nemrégiben kifejlesztett formája, amely gazdag analitikai eredményeket biztosít anélkül, hogy nagy mágneses mezőkre lenne szükség. Egy másik előny a nagymezős NMR-rel szemben, hogy jelei könnyen detektálhatók még vezető anyagok, például fémek jelenlétében is. A ZULF-NMR-hez használt érzékelők, jellemzően optikailag pumpás magnetométerek, rendkívül érzékenyek, könnyen kezelhetők és már kereskedelmi forgalomban is kaphatók. Így viszonylag könnyű összeállítani egy ZULF NMR spektrométert.

SABRE Relé: A forgatási parancs továbbítása, mint egy pálca

Az előállított NMR-jel azonban olyan probléma, amelyet kezelni kell. A jel generálására eddig alkalmazott módszerek csak korlátozott számú vegyi anyag elemzésére alkalmasak, vagy egyébként túlzott költségekkel járnak. Emiatt Barskiy úgy döntött, hogy a SABRE hiperpolarizációs technikát alkalmazza, amely lehetővé teszi nagyszámú magspin egybeállítását az oldatban. Számos ilyen technika létezik, amely elegendő jelet hoz létre a ZULF körülmények között történő észleléshez. A SABRE, a Signal Amplification by Reversible Exchange rövidítése, különösen alkalmasnak bizonyult. A SABRE technika középpontjában egy irídium fémkomplex áll, amely közvetíti a parahidrogén spin-sorrendjének átvitelét egy szubsztrátumra. Barskiynak sikerült kijátszania a minta komplexhez való ideiglenes kötésének hátrányait a SABRE-Relay használatával, amely a SABRE technika egyik legújabb fejlesztése. Ebben az esetben a SABRE-t polarizáció indukálására használják, amely azután egy másodlagos hordozóra kerül.

Spin kémia a fizika és a kémia határfelületén

A Science Advances-ben megjelent „Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance” című tanulmányukban Drs. Danila Barskiy, a vezető szerző, Erik Van Dyke és társszerzőik, hogyan tudták kimutatni a vodkamintából kivont metanol és etanol jeleit. „Ez az egyszerű példa bemutatja, hogyan tudtuk kiterjeszteni a ZULF NMR hatókörét egy költséghatékony, gyors és sokoldalú hiperpolarizációs módszerrel” – összegzi Barskiy. "Reméljük, hogy közelebb kerültünk célunkhoz, hogy lehetővé tegyük olyan kompakt, hordozható eszközök kifejlesztését, amelyek folyadékok, például vér és vizelet elemzésére szolgálnak, és a jövőben potenciálisan lehetővé teszik bizonyos vegyi anyagok, például glükóz és aminosavak megkülönböztetését."

Danila Barskiy 2020-ban Sofja Kovalevskaja-díjat kapott az Alexander von Humboldt Alapítványtól, majd a Berkeley-i Kaliforniai Egyetemről Mainzba költözött, ahol Dmitrij Budker professzor csoportjában kezdett kutatni a Fizikai Intézetben és HIM a JGU-n. Barskiy a fizikai kémia területén dolgozik, és egy kutatócsoportot vezet, amely az NMR kémiában, biológiában és orvostudományban való lehetséges alkalmazásait vizsgálja.

Forrás:

Johannes Gutenberg Egyetem Mainz

Referencia:

Van Dyke, ET és mtsai. (2022) Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance. Tudományos fejlődés. doi.org/10.1126/sciadv.abp9242.

.