Diamond puede ser la clave para el futuro de la tecnología de resonancia magnética nuclear
Huang Xueyu
www.boreway.com
2016-01-07 15:04:00
Departamento de Energía (DOE) de Lawrence Berkeley Laboratorio Nacional (Berkeley Lab) y la Universidad de California (UC) de Estados Unidos, Berkeley, los investigadores han demostrado,DIAMANTEPuede ser clave para el futuro de la resonancia magnética nuclear (RMN) y la tecnología de imágenes por resonancia magnética (MRI).
Equipo de investigación Alex Pines registró la primera pieza a la temperatura ambiente y la orientación de los cristales de cualquier campo, el diamante-situ hiperpolarizado NMR de carbono-13 núcleos.
Alexander Pines es profesor senior de Materiales Ciencias División del laboratorio de Berkeley y UC Berkeley Glenn T. Seaborg profesor del Instituto de Química de asientos, dirigió un estudio en el cual, los investigadores registraron la primera pieza a temperatura ambiente en un campo magnético arbitraria y la orientación de los cristales de diamante núcleos de carbono-13 NMR in situ hiperpolarizados. Visualización de la señal Carbon-13 espín hiperpolarizado sensibilidad de la señal NMR / MRI obtenido con respecto a la convencional imán NMR / MRI a temperatura ambiente es generalmente una pluralidad de posibles señal excede la magnitud de mejora de la sensibilidad. Además, esta hiperpolarización se consigue utilizando microondas, en lugar de confiar en el campo magnético para ser transferencia hiperpolarización precisa.
Pines fue publicado en "Nature Communications" en un artículo acerca de este estudio fue el autor correspondiente. El documento se titula "temperatura ambiente King Shi Zhongguang in situ bombeo centro de vacantes de nitrógeno de hiperpolarización espín nuclear." Un miembro del equipo de investigación JonathanKing Pines es el primer autor de este trabajo.
El informe autores, observado seis por ciento del cuerpo de polarización de espín nuclear, que se trata de un gran balance de calor específico 170.000 vecesMRIMejora de la señal. Hiperpolarización de la vuelta de la señal puede ser detectada por la sonda estándar en RMN situ, la muestra no necesita moverse hacia atrás y adelante, o una orientación de cristales precisa. El autor cree que esta nueva tecnología debe permitir a la sensibilidad hiperpolarización a temperatura ambiente para sólidos y líquidos estudios de RMN de la magnitud mayor.
"Nuestros hallazgos representan un resultado de Instituto Weizmann de Ciencia Lucio Frydman y sus colegas obtuvieron su experimento pionero en una mejora considerable de la señal de RMN, pero es en inducida diamantes núcleos hiperpolarizados dinámicos a través del horno de microondas, no requiere un control preciso del campo magnético y la orientación de los cristales ", dijo Pines:" La sala de diamante hiperpolarizado abierta NMR / MRI polarización de un material inerte, no tóxico, fácil de separar la fuente se transfiere a la posibilidad de cualquier muestra, que es contemporáneo tecnología NMR / MRI un objetivo buscado por mucho tiempo ".
Ambas características específicas y no destructivos químicas hacen que la tecnología NMR / MRI en una amplia gama de áreas, incluyendo la química, los materiales, la biología y la medicina se ha convertido en una tecnología indispensable. Sin embargo, su sensibilidad sigue siendo un desafío constante. Señal de RMN / MRI se basa en las propiedades cuánticas intrínsecas de electrones y los núcleos que se llama un "giro" de. Los electrones y los núcleos pueden ser como un pequeño giro imán de barra se asigna como "arriba" o "abajo" estado dirección. Señales NMR / MRI en una dirección depende de la polarización de los espines nucleares de la mayoría - es decir, cuanto mayor sea el grado de polarización, más fuerte será la señal. Pinos y su equipo de investigación después de décadas de esfuerzo, ha desarrollado una serie de métodos para hacer girar los núcleos hiperpolarizado. En los últimos dos años, se han centrado en los cristales de diamante y llamó (NV) impurezas centroizquierda vacante de nitrógeno en un centro de vacantes de nitrógeno óptica y girar la libertad están acoplados entre sí.
"Cuando pura red cristalina del diamante en dos átomos de carbono adyacentes se eliminan de la red cristalina, dejando dos agujeros, uno de los cuales se llena con un átomo de nitrógeno, y el otro que sostiene vacante cuando para obtener una vacante de nitrógeno (NV) centro ", explicó Pines. Esto hace que parezca electrones no unidos entre átomos de nitrógeno y las vacantes, producen unas únicas y claras estados de polarización de spin del electrón. "
En estudios previos, Pines y su equipo encontraron que el campo magnético de baja intensidad se puede utilizar para transmitir centro de giro de electrones NV polarización a la cercana de carbono-13 núcleo, dando lugar a núcleos hiperpolarizados. La transferencia de espín se llama proceso de polarización nuclear dinámica en el pasado había sido utilizada para mejorar la señal de RMN, pero siempre se realiza en los campos magnéticos de alta intensidad y bajas temperaturas. Pinos y su equipo al lado de diamante por la colocación de un imán permanente elimina estos requisitos.
"En nuestro nuevo estudio, utilizamos el microondas en lugar de un campo magnético para que coincida con la energía entre los electrones y carbono-13 núcleos, eliminando así algunas de las dificultades de las restricciones a la intensidad del campo magnético y la alineación, por lo que nuestra tecnología más fácil de usar, "El rey dijo:" Además, en nuestro estudio anterior, se infiere la existencia de polarización nuclear indirecta por una medición óptica, porque no podemos probar la muestra en su conjunto o sólo muy cerca de la polarización del centro NV nuclear está polarizado por eliminado completamente. la necesidad de un campo magnético, que ahora son capaces de medir directamente la muestra global por RMN.
En "Nature Communications" en el artículo, Pines, King y otros co-autores, se puede integrar de manera efectiva en las técnicas de fabricación existentes y la creación de diamantes diamantes hiperpolarizado gran área superficial del dispositivo debe ser capaz de proporcionar una transferencia de polarización común plataforma.
"Queremos utilizar las técnicas de transferencia de polarización existentes - como la polarización cruzada cruzada relajación sólidos y líquidos, o NV centros directamente dinámica periferia nuclear polarización nuclear - para ser altamente líquidos y mejora magnética nuclear sólido resonancia ", dijo King, cabe señalar que este ha sido trasladado al equipo de investigación Pines láser utilizados polarizados Xe-129 alegó ante la polarización de las superficies sólidas y transferencia de líquido. "BasamosÓpticaNV centro de tecnología hiperpolarización polarización es más potente y eficaz, debe ser aplicado a cualquier molécula diana, incluyendo la necesidad de mantener en condiciones ambientales cerca de los sistemas biológicos. "
Equipo de investigación Alex Pines registró la primera pieza a la temperatura ambiente y la orientación de los cristales de cualquier campo, el diamante-situ hiperpolarizado NMR de carbono-13 núcleos.
Alexander Pines es profesor senior de Materiales Ciencias División del laboratorio de Berkeley y UC Berkeley Glenn T. Seaborg profesor del Instituto de Química de asientos, dirigió un estudio en el cual, los investigadores registraron la primera pieza a temperatura ambiente en un campo magnético arbitraria y la orientación de los cristales de diamante núcleos de carbono-13 NMR in situ hiperpolarizados. Visualización de la señal Carbon-13 espín hiperpolarizado sensibilidad de la señal NMR / MRI obtenido con respecto a la convencional imán NMR / MRI a temperatura ambiente es generalmente una pluralidad de posibles señal excede la magnitud de mejora de la sensibilidad. Además, esta hiperpolarización se consigue utilizando microondas, en lugar de confiar en el campo magnético para ser transferencia hiperpolarización precisa.
Pines fue publicado en "Nature Communications" en un artículo acerca de este estudio fue el autor correspondiente. El documento se titula "temperatura ambiente King Shi Zhongguang in situ bombeo centro de vacantes de nitrógeno de hiperpolarización espín nuclear." Un miembro del equipo de investigación JonathanKing Pines es el primer autor de este trabajo.
El informe autores, observado seis por ciento del cuerpo de polarización de espín nuclear, que se trata de un gran balance de calor específico 170.000 vecesMRIMejora de la señal. Hiperpolarización de la vuelta de la señal puede ser detectada por la sonda estándar en RMN situ, la muestra no necesita moverse hacia atrás y adelante, o una orientación de cristales precisa. El autor cree que esta nueva tecnología debe permitir a la sensibilidad hiperpolarización a temperatura ambiente para sólidos y líquidos estudios de RMN de la magnitud mayor.
"Nuestros hallazgos representan un resultado de Instituto Weizmann de Ciencia Lucio Frydman y sus colegas obtuvieron su experimento pionero en una mejora considerable de la señal de RMN, pero es en inducida diamantes núcleos hiperpolarizados dinámicos a través del horno de microondas, no requiere un control preciso del campo magnético y la orientación de los cristales ", dijo Pines:" La sala de diamante hiperpolarizado abierta NMR / MRI polarización de un material inerte, no tóxico, fácil de separar la fuente se transfiere a la posibilidad de cualquier muestra, que es contemporáneo tecnología NMR / MRI un objetivo buscado por mucho tiempo ".
Ambas características específicas y no destructivos químicas hacen que la tecnología NMR / MRI en una amplia gama de áreas, incluyendo la química, los materiales, la biología y la medicina se ha convertido en una tecnología indispensable. Sin embargo, su sensibilidad sigue siendo un desafío constante. Señal de RMN / MRI se basa en las propiedades cuánticas intrínsecas de electrones y los núcleos que se llama un "giro" de. Los electrones y los núcleos pueden ser como un pequeño giro imán de barra se asigna como "arriba" o "abajo" estado dirección. Señales NMR / MRI en una dirección depende de la polarización de los espines nucleares de la mayoría - es decir, cuanto mayor sea el grado de polarización, más fuerte será la señal. Pinos y su equipo de investigación después de décadas de esfuerzo, ha desarrollado una serie de métodos para hacer girar los núcleos hiperpolarizado. En los últimos dos años, se han centrado en los cristales de diamante y llamó (NV) impurezas centroizquierda vacante de nitrógeno en un centro de vacantes de nitrógeno óptica y girar la libertad están acoplados entre sí.
"Cuando pura red cristalina del diamante en dos átomos de carbono adyacentes se eliminan de la red cristalina, dejando dos agujeros, uno de los cuales se llena con un átomo de nitrógeno, y el otro que sostiene vacante cuando para obtener una vacante de nitrógeno (NV) centro ", explicó Pines. Esto hace que parezca electrones no unidos entre átomos de nitrógeno y las vacantes, producen unas únicas y claras estados de polarización de spin del electrón. "
En estudios previos, Pines y su equipo encontraron que el campo magnético de baja intensidad se puede utilizar para transmitir centro de giro de electrones NV polarización a la cercana de carbono-13 núcleo, dando lugar a núcleos hiperpolarizados. La transferencia de espín se llama proceso de polarización nuclear dinámica en el pasado había sido utilizada para mejorar la señal de RMN, pero siempre se realiza en los campos magnéticos de alta intensidad y bajas temperaturas. Pinos y su equipo al lado de diamante por la colocación de un imán permanente elimina estos requisitos.
"En nuestro nuevo estudio, utilizamos el microondas en lugar de un campo magnético para que coincida con la energía entre los electrones y carbono-13 núcleos, eliminando así algunas de las dificultades de las restricciones a la intensidad del campo magnético y la alineación, por lo que nuestra tecnología más fácil de usar, "El rey dijo:" Además, en nuestro estudio anterior, se infiere la existencia de polarización nuclear indirecta por una medición óptica, porque no podemos probar la muestra en su conjunto o sólo muy cerca de la polarización del centro NV nuclear está polarizado por eliminado completamente. la necesidad de un campo magnético, que ahora son capaces de medir directamente la muestra global por RMN.
En "Nature Communications" en el artículo, Pines, King y otros co-autores, se puede integrar de manera efectiva en las técnicas de fabricación existentes y la creación de diamantes diamantes hiperpolarizado gran área superficial del dispositivo debe ser capaz de proporcionar una transferencia de polarización común plataforma.
"Queremos utilizar las técnicas de transferencia de polarización existentes - como la polarización cruzada cruzada relajación sólidos y líquidos, o NV centros directamente dinámica periferia nuclear polarización nuclear - para ser altamente líquidos y mejora magnética nuclear sólido resonancia ", dijo King, cabe señalar que este ha sido trasladado al equipo de investigación Pines láser utilizados polarizados Xe-129 alegó ante la polarización de las superficies sólidas y transferencia de líquido. "BasamosÓpticaNV centro de tecnología hiperpolarización polarización es más potente y eficaz, debe ser aplicado a cualquier molécula diana, incluyendo la necesidad de mantener en condiciones ambientales cerca de los sistemas biológicos. "
