Naujasis metodas apjungia nuo nulio iki itin žemo lauko BMR su specialia hiperpoliarizacijos technologija, skirta alkoholiams aptikti

Naujasis metodas apjungia nuo nulio iki itin žemo lauko BMR su specialia hiperpoliarizacijos technologija, skirta alkoholiams aptikti

Branduolinis magnetinis rezonansas (BMR) yra analitinis įrankis, turintis platų pritaikymo spektrą, įskaitant magnetinio rezonanso vaizdavimą, kuris naudojamas diagnostikos tikslais medicinoje. Tačiau BMR dažnai reikia sukurti stiprius magnetinius laukus, o tai riboja jo naudojimo sritį. Mainco Johanneso Gutenbergo universiteto (JGU) ir Mainco Helmholtzo instituto (HIM) mokslininkai atrado naujus būdus, kaip sumažinti atitinkamų prietaisų dydį ir galimą susijusią riziką, pašalinant stiprius magnetinius laukus. Tai pasiekiama derinant vadinamąjį nuo nulio iki itin žemo lauko BMR su specialia hiperpoliarizacijos technika. "Šis įdomus naujas metodas pagrįstas novatoriška koncepcija. Jis atveria daugybę galimybių ir įveikia ankstesnius trūkumus", - sako Dr. Danila Barskiy, Sofja Kovalevskaja premijos laureatė, atitinkamoje disciplinoje dirbanti JGU ir HIM nuo 2020 m.

Naujas metodas leidžia atlikti matavimus be stiprių magnetinių laukų

Dabartinės kartos BMR prietaisai yra itin sunkūs ir brangūs – dėl magnetų. Kitas sudėtingas veiksnys yra dabartinis skysto helio, kuris naudojamas kaip aušinimo skystis, trūkumas. „Naudodami naują techniką, mes palaipsniui pereiname ZULF BMR link visiškai be magnetų, tačiau vis dar turime įveikti daug iššūkių“, - sakė Barskiy.

Siekdamas, kad magnetai šiame kontekste būtų nereikalingi, Barskiy sugalvojo idėją sujungti nulinį ir itin žemo lauko branduolinį magnetinį rezonansą (ZULF-NMR) su specialia technika, leidžiančia hiperpoliarizuoti atominius branduolius. Pats ZULF BMR yra neseniai sukurta spektroskopijos forma, suteikianti turtingus analizės rezultatus be didelių magnetinių laukų. Kitas pranašumas prieš didelio lauko BMR yra tai, kad jo signalus galima lengvai aptikti net esant laidžioms medžiagoms, tokioms kaip metalai. ZULF-NMR naudojami jutikliai, paprastai optiškai pumpuojami magnetometrai, yra labai jautrūs, lengvai valdomi ir jau parduodami. Taigi palyginti lengva surinkti ZULF BMR spektrometrą.

SABRE relė: perduokite sukimosi komandą kaip lazdą

Tačiau sukurtas NMR signalas yra problema, kurią reikia išspręsti. Iki šiol signalo generavimo metodai yra tinkami tik ribotam cheminių medžiagų pasirinkimui analizuoti arba yra kitaip susiję su didžiulėmis išlaidomis. Dėl šios priežasties Barskiy nusprendė panaudoti SABRE hiperpoliarizacijos techniką, kuri leidžia tirpale išlyginti daug branduolinių sukimų. Yra keletas tokių metodų, kurie sukurtų signalą, pakankamą aptikti ZULF sąlygomis. SABRE, trumpinys, reiškiantis Signal Amplification by Reversible Exchange, pasirodė esąs ypač tinkamas. SABRE technikos esmė yra iridžio metalo kompleksas, kuris tarpininkauja paravandenilio sukimosi eilės perkėlimui į substratą. Barskiy sugebėjo apeiti trūkumus, susijusius su laikinu mėginio prijungimu prie komplekso, naudodamas SABRE-Relay, labai neseniai patobulintą SABRE techniką. Šiuo atveju SABRE naudojamas poliarizacijai sukelti, kuri vėliau perduodama antriniam substratui.

Sukite chemiją fizikos ir chemijos sąsajoje

Savo darbe „Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance“, paskelbtame Science Advances, dr. Danila Barskiy, pagrindinis autorius Erikas Van Dyke'as ir jų bendraautoriai, kaip jie sugebėjo aptikti metanolio ir etanolio, išgautų iš degtinės mėginio, signalus. „Šis paprastas pavyzdys parodo, kaip mums pavyko išplėsti ZULF NMR taikymo sritį, naudojant ekonomišką, greitą ir universalų hiperpoliarizacijos metodą“, – apibendrina Barskiy. „Tikimės, kad priartėjome prie savo tikslo sukurti kompaktiškus nešiojamus prietaisus, skirtus skysčiams, tokiems kaip kraujas ir šlapimas, analizuoti, o ateityje potencialiai leis atskirti tam tikras chemines medžiagas, tokias kaip gliukozė ir aminorūgštys.

Danila Barskiy gavo Sofijos Kovalevskajos premiją iš Aleksandro fon Humboldto fondo 2020 m., o vėliau iš Kalifornijos universiteto Berklyje persikėlė į Maincą, kur pradėjo mokslinius tyrimus profesoriaus Dmitrijaus Budkerio grupėje Fizikos institute ir HIM JGU. Barskiy dirba fizinės chemijos srityje ir vadovauja tyrimų grupei, tiriančia galimus BMR pritaikymus chemijoje, biologijoje ir medicinoje.

Šaltinis:

Mainco Johanneso Gutenbergo universitetas

Nuoroda:

Van Dyke'as, ET ir kt. (2022) Nulinio lauko branduolinio magnetinio rezonanso perdavimo hiperpoliarizacija. Mokslo pažanga. doi.org/10.1126/sciadv.abp9242.

.