Novo método combina RMN de campo zero a ultrabaixo com tecnologia especial de hiperpolarização para detectar álcoois

Novo método combina RMN de campo zero a ultrabaixo com tecnologia especial de hiperpolarização para detectar álcoois

A ressonância magnética nuclear (RMN) é uma ferramenta analítica com uma ampla gama de aplicações, incluindo a ressonância magnética, que é utilizada para fins diagnósticos na medicina. No entanto, a RMN requer frequentemente a geração de campos magnéticos fortes, o que limita o âmbito da sua utilização. Pesquisadores da Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e do Helmholtz Institute Mainz (HIM) descobriram agora novas maneiras de reduzir o tamanho dos dispositivos correspondentes e também o possível risco associado, eliminando campos magnéticos fortes. Isto é conseguido combinando a chamada RMN de campo zero a ultrabaixo com uma técnica especial de hiperpolarização. "Este novo e excitante método baseia-se num conceito inovador. Ele abre uma ampla gama de possibilidades e supera desvantagens anteriores", diz a Dra. Danila Barskiy, vencedora do Prêmio Sofja Kovalevskaja, que trabalha na disciplina relevante na JGU e na HIM desde 2020.

Nova abordagem para permitir medições sem campos magnéticos fortes

A geração atual de dispositivos de RMN é extremamente pesada e cara – por causa dos ímãs. Outro fator complicador é a atual escassez de hélio líquido, que é usado como refrigerante. “Com a nossa nova técnica, estamos gradualmente movendo o ZULF NMR para um estado completamente livre de ímãs, mas ainda temos muitos desafios a superar”, disse Barskiy.

Para tornar os ímãs supérfluos neste contexto, Barskiy teve a ideia de combinar a ressonância magnética nuclear de campo zero a ultrabaixo (ZULF-NMR) com uma técnica especial que permite hiperpolarizar núcleos atômicos. O ZULF NMR é em si uma forma de espectroscopia recentemente desenvolvida que fornece resultados analíticos ricos sem a necessidade de grandes campos magnéticos. Outra vantagem sobre a RMN de alto campo é o fato de que seus sinais podem ser facilmente detectados mesmo na presença de materiais condutores, como metais. Os sensores usados ​​para ZULF-NMR, normalmente magnetômetros com bomba óptica, são altamente sensíveis, fáceis de manusear e já estão disponíveis comercialmente. Assim, é relativamente fácil montar um espectrômetro ZULF NMR.

Relé SABRE: Transmite comando de rotação como um bastão

No entanto, o sinal de RMN produzido é um problema que precisa ser resolvido. Os métodos utilizados para gerar o sinal até agora são adequados apenas para analisar uma seleção limitada de produtos químicos ou estão associados a custos exorbitantes. Por esta razão, Barskiy decidiu utilizar a técnica de hiperpolarização SABRE, que permite alinhar um grande número de spins nucleares em solução. Existem várias técnicas que produziriam um sinal suficiente para detecção sob condições ZULF. SABRE, abreviação de Amplificação de Sinal por Troca Reversível, provou ser particularmente adequado. No centro da técnica SABRE está um complexo metálico de irídio que medeia a transferência da ordem de spin do parahidrogênio para um substrato. Barskiy conseguiu contornar as desvantagens de vincular temporariamente a amostra ao complexo usando o SABRE-Relay, uma melhoria muito recente na técnica SABRE. Neste caso, o SABRE é utilizado para induzir a polarização, que é então repassada para um substrato secundário.

Spin química na interface da física e da química

Em seu artigo intitulado “Hiperpolarização Retransmitida para Ressonância Magnética Nuclear de Campo Zero”, publicado na Science Advances, os Drs. Danila Barskiy, autor principal Erik Van Dyke e seus coautores, como conseguiram detectar os sinais de metanol e etanol extraídos de uma amostra de vodca. “Este exemplo simples mostra como fomos capazes de expandir o escopo da RMN ZULF usando um método de hiperpolarização econômico, rápido e versátil”, resume Barskiy. “Esperamos ter chegado mais perto do nosso objetivo de permitir o desenvolvimento de dispositivos compactos e portáteis para analisar fluidos como sangue e urina e, no futuro, permitir potencialmente a discriminação de certos produtos químicos, como glicose e aminoácidos.”

Danila Barskiy recebeu o Prêmio Sofja Kovalevskaja da Fundação Alexander von Humboldt em 2020 e posteriormente mudou-se da Universidade da Califórnia, Berkeley para Mainz, onde começou a pesquisar no grupo do Professor Dmitry Budker no Instituto de Física e HIM na JGU. Barskiy trabalha na área de físico-química e lidera um grupo de pesquisa que explora as aplicações potenciais da RMN em química, biologia e medicina.

Fonte:

Universidade Johannes Gutenberg em Mainz

Referência:

Van Dyke, E.T., et al. (2022) Hiperpolarização Retransmitida para Ressonância Magnética Nuclear de Campo Zero. Avanços científicos. doi.org/10.1126/sciadv.abp9242.

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