Diamant kann der Schlüssel für die Zukunft des MRI / Magnetresonanzbildgebungstechnik zu

    Alex Pines Forschungsteam erfasst das erste Stück bei Raumtemperatur unter einer beliebigen Magnetfeldes und der Kristallorientierung,DIAMONDKohlenstoff-13-NMR in situ hyperpolarisierten Kernen.

    Alexander Pines ist ein leitender Professor an der Berkeley Lab Materials Sciences Division und der UC Berkeley Glenn T. Seaborg Professor für Chemie Institut für Sitze, führte eine Studie, in der die Forscher erfasst das erste Stück bei Raumtemperatur unter einer beliebigen Magnetfeldes und der Kristallorientierung,DIAMONDKohlenstoff-13-NMR in situ hyperpolarisierten Kernen. Kohlenstoff-13-Spin-Signalanzeige hyperpolarisierten NMR / MRI Signalempfindlichkeit in Bezug auf die herkömmlichen NMR / MRI Magneten bei Raumtemperatur erhalten wird, ist in der Regel eine Vielzahl von möglichen Signal überschreitet das Ausmaß der Steigerung der Empfindlichkeit. Darüber hinaus wird diese Hyperpolarisation mit Mikrowelle, anstatt sich auf das Magnetfeld um präzise Hyperpolarisation transfer erreicht.

    Pines in "Nature Communications" auf einen Artikel über diese Studie veröffentlicht wurde, der entsprechende Autor. Das Papier trägt den Titel "König Shi Zhongguang Raumtemperatur in situ Pumpen von Stickstoffleerstands Zentrum von Kernspin-Hyperpolarisation." Ein Mitglied des Forschungsteams JonathanKing Pines ist der erste Autor dieses Papieres.

    Die Autoren berichten, beobachteten sechs Prozent der Körperkernspinpolarisation, die eine große Wärmegleichgewicht als 170.000-mal um Kern istMRISignalverstärkung. Spin Hyperpolarisation Signal kann durch in-situ-NMR-Sonde Standard erkannt werden, wird die Probe nicht brauchen, um hin und her bewegen, oder eine genaue Kristallorientierung. Der Autor glaubt, diese neue Technologie sollte Hyperpolarisation Empfindlichkeit bei Raumtemperatur für Feststoffe und Flüssigkeiten zu ermöglichen NMR-Studien von der Größe erweitert.

    "Unsere Ergebnisse sind ein Ergebnis des Weizmann Institute of Science Lucio Frydman und seine Kollegen zu einer erheblichen Verbesserung der NMR-Signal erhalten ihre bahnbrechenden Experiment, aber es ist in der Diamant-induzierte dynamische hyperpolarisierten Kernen durch die Mikrowelle, nicht erfordert eine präzise Steuerung des magnetischen Feldes und der Kristallorientierung, "Pines sagte:" Das Zimmer hyperpolarisiert Diamant offenen NMR / MRI Polarisation aus einem inerten, nicht-toxischen, einfach, um die Quelle zu trennen ist an die Möglichkeit einer Probe, die moderne NMR / MRI-Technologie übertragen eine lang ersehnte Ziel. "

Sowohl spezifische als auch zerstörungsfreien chemischen Eigenschaften machen NMR / MRI-Technologie in einer Vielzahl von Bereichen, einschließlich Chemie, Material, Biologie und Medizin ist zu einem unverzichtbaren Technologie. Allerdings bleibt die Empfindlichkeit eine ständige Herausforderung. NMR / MRI-Signal wird von den intrinsischen Quanteneigenschaften Elektronen und Kernen basiert, wird als "Spin" von. Elektronen und Kerne kann wie ein kleiner Stabmagnet Rotation wird als "up" oder "down" Richtung Zustand zugeordnet. NMR / MRI-Signale in einer Richtung abhängig von der Polarisation der Kernspins der Mehrheit - das heißt, je höher der Grad der Polarisation, desto stärker ist das Signal. Pines und sein Forschungsteam nach Jahrzehnten der Bemühungen, hat eine Reihe von Methoden, um hyperpolarisierten Kernen Spin entwickelt. In den vergangenen zwei Jahren haben sie auf Diamantkristalle konzentriert und rief Stickstoff-Vakanz (NV) Zentrum Verunreinigungen in einer Stickstoffleerstandszentrum optische und Spinfreiheits sind miteinander verbunden.

"Wenn ein Diamant-Kristallgitter in der zwei benachbarte Kohlenstoffatome aus dem Kristallgitter entfernt, wobei zwei Löcher, von denen die eine mit einem Stickstoffatom gefüllt, und die andere Halte frei, wenn um einen Stickstoff-Leerstellen zu erhalten (NV) Zentrum ", erklärte Pines. Dies macht es nicht gebundenen Elektronen zwischen Stickstoffatomen und Leerstellen erscheinen, erzeugen eine einzigartige und klare Elektronenspinpolarisationszustände. "

In früheren Studien Pines und sein Team festgestellt, dass niedrige Intensität Magnetfeld kann verwendet werden, um NV Zentrum Elektronenspinpolarisation in der Nähe Kohlenstoff-13-Zellkern übertragen, was zu einer hyperpolarisierten Kernen werden. Der Spintransfer wird als dynamische Kernpolarisation Prozess in der Vergangenheit verwendet worden, um das NMR-Signal zu verstärken, aber immer mit hoher Intensität Magnetfelder und niedrigen Temperaturen durchgeführt. Pines und sein Team neben Diamant, indem ein Permanentmagnet eliminiert diese Anforderungen.

"In unserem neuen Studie, verwenden wir die Mikrowellen anstelle eines magnetischen Feldes, um die Energie zwischen Elektronen und Kohlenstoff-13-Kernen entsprechen, wodurch einige der Schwierigkeiten, die Beschränkungen bei der magnetischen Feldstärke und Ausrichtung, so dass unsere Technologie einfacher zu bedienen, "King sagte:" Darüber hinaus in unserer früheren Studie, schließen wir die Existenz der indirekten Kernpolarisation durch eine optische Messung, denn wir können die Probe als Ganzes oder nur sehr nahe an der Polarisation der Atom NV Zentrum wird von vollständig eliminiert polarisiert nicht testen. bisMagnetisches FeldAnforderungen, sind wir nun in der Lage, direkt die Sammelprobe durch NMR.

In "Nature Communications" im Artikel, Pines, König und anderen Co-Autoren sagen, es effektiv in bestehende Fertigungstechniken integriert werden und die Schaffung von hyperpolarisierten Diamant Diamant hohe Oberfläche des Gerätes sollte in der Lage, eine gemeinsame Polarisationstransfer zur Verfügung zu stellen Plattform.

"Wir wollen die vorhandenen Polarisationstransfer Techniken verwenden - wie zB festen und flüssigen Kreuzpolarisation Kreuzrelaxation oder NV-Zentren direkt dynamischen Kernpolarisation Kernperipherie - sehr flüssigen und festen Kernspin Verbesserung zu sein Resonanz ", sagte King, es sei darauf hingewiesen, dass dies mit dem Forschungsteam verwendete Laser Pines polarisierten Xe-129 machte vor der Polarisation von Festkörperoberflächen und Flüssigkeitsübertragung übertragen werden. "Wir sind mehr leistungsfähige Technologie auf optischen Polarisationshyperpolarisation der Basis NV-Zentren und effektiv, sollte es zu jedem Zielmolekül angewendet werden, einschließlich der Notwendigkeit, in der Nähe von Umgebungsbedingungen von biologischen Systemen zu erhalten."