新方法将零场至超低场核磁共振与特殊的超极化技术相结合来检测酒精

新方法将零场至超低场核磁共振与特殊的超极化技术相结合来检测酒精

核磁共振 (NMR) 是一种应用广泛的分析工具，包括用于医学诊断目的的磁共振成像。 然而，核磁共振往往需要产生强磁场，这限制了其使用范围。 美因茨约翰内斯古腾堡大学 (JGU) 和美因茨亥姆霍兹研究所 (HIM) 的研究人员现已发现了新方法，可以通过消除强磁场来减小相应设备的尺寸以及可能存在的相关风险。 这是通过将所谓的零场至超低场核磁共振与特殊的超极化技术相结合来实现的。 Sofja Kovalevskaja 奖获得者、自 2020 年以来一直在 JGU 和 HIM 相关学科工作的 Danila Barskiy 博士说：“这种令人兴奋的新方法基于创新概念。它开辟了一系列可能性并克服了以前的缺点。”

无需强磁场即可进行测量的新方法

由于磁铁的原因，当前一代的核磁共振设备非常重且昂贵。 另一个复杂因素是目前用作冷却剂的液氦短缺。 “通过我们的新技术，我们正在逐步将 ZULF NMR 推向完全无磁的状态，但我们仍然有许多挑战需要克服，”Barskiy 说。

为了让磁铁在这种情况下变得多余，巴尔斯基提出了将零场至超低场核磁共振（ZULF-NMR）与一种特殊技术相结合的想法，这种技术可以使原子核超极化。 ZULF NMR 本身是一种最近开发的光谱学形式，无需大磁场即可提供丰富的分析结果。 相对于高场核磁共振的另一个优点是，即使存在金属等导电材料，也可以轻松检测到其信号。 用于 ZULF-NMR 的传感器（通常是光泵磁力计）灵敏度高、易于操作并且已经投入商用。 因此，组装 ZULF NMR 波谱仪相对容易。

SABRE 继电器：像指挥棒一样传输旋转命令

然而，产生的核磁共振信号是一个需要解决的问题。 迄今为止用于生成信号的方法仅适用于分析有限的化学品选择，否则成本高昂。 为此，Barskiy 决定使用 SABRE 超极化技术，该技术允许大量核自旋在溶液中对齐。 有许多此类技术可以产生足以在 ZULF 条件下进行检测的信号。 SABRE（可逆交换信号放大的缩写）已被证明特别合适。 SABRE 技术的核心是铱金属络合物，它介导仲氢自旋顺序向基底的转移。 Barskiy 通过使用 SABRE-Relay（SABRE 技术的最新改进）成功地克服了将样品暂时与复合物结合的缺点。 在这种情况下，SABRE 用于诱发极化，然后将其传递到辅助基板上。

物理与化学界面的自旋化学

在《科学进展》上发表的题为“零场核磁共振的中继超极化”的论文中，博士。 Danila Barskiy、主要作者 Erik Van Dyke 及其共同作者，介绍了他们如何检测从伏特加样品中提取的甲醇和乙醇的信号。 “这个简单的例子展示了我们如何使用经济高效、快速且通用的超极化方法来扩展 ZULF NMR 的范围，”Barskiy 总结道。 “我们希望我们已经更接近我们的目标，即能够开发用于分析血液和尿液等液体的紧凑型便携式设备，并在未来有可能实现对某些化学物质（例如葡萄糖和氨基酸）的区分。”

Danila Barskiy 于 2020 年获得了亚历山大·冯·洪堡基金会颁发的 Sofja Kovalevskaja 奖，随后从加州大学伯克利分校搬到美因茨，开始在 JGU 物理研究所和 HIM 的 Dmitry Budker 教授小组中进行研究。 Barskiy 在物理化学领域工作，领导一个研究小组探索 NMR 在化学、生物学和医学中的潜在应用。

来源：

美因茨约翰内斯古腾堡大学

参考：

范戴克，ET，等人。 (2022) 零场核磁共振的中继超极化。 科学进步。 doi.org/10.1126/sciadv.abp9242 。

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