Diamant peut être la clé de l'avenir de la technologie de résonance magnétique nucléaire
Huang Xueyu
www.boreway.com
2016-01-07 15:04:00
US Department of Energy (DOE) Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) et l'Université de Californie (UC), Berkeley, les chercheurs ont démontré,DIAMONDIl peut être la clé de l'avenir de la résonance magnétique nucléaire (RMN) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM).
Équipe de recherche Alex Pines enregistré la première pièce à la température ambiante et de l'orientation cristalline d'un champ, le diamant situ RMN hyperpolarisé carbone-13 noyaux.
Alexander Pines est un professeur senior chez Matériaux Division des sciences de Berkeley Lab et UC Berkeley Glenn T. Seaborg professeur de chimie Institut de sièges, a mené une étude dans laquelle, les chercheurs ont enregistré la première pièce à la température ambiante sous un champ magnétique arbitraire et l'orientation cristalline du diamant les noyaux de RMN du carbone-13 in situ hyperpolarisés. Affichage du signal carbone-13 de spin hyperpolarisé RMN / IRM sensibilité du signal obtenu par rapport à l'aimant classique RMN / IRM à la température ambiante est généralement une pluralité de signaux possible dépasse l'ampleur de l'amélioration de la sensibilité. En outre, cette hyperpolarisation est réalisée en utilisant micro-ondes, plutôt que de compter sur le champ magnétique soit le transfert d'hyperpolarisation précise.
Pines a été publié dans "Nature Communications" sur un article à propos de cette étude était l'auteur correspondant. Le document est intitulé "King Shi Zhongguang température ambiante in situ pompage centre de vacance d'azote du spin hyperpolarisation nucléaire." Un membre de l'équipe de recherche JonathanKing Pines est le premier auteur de cette étude.
Les auteurs du rapport, observé six pour cent des corps nucléaires polarisation de spin, qui est d'environ un grand équilibre thermique spécifique 170.000 foisIRML'amélioration du signal. Signal de hyperpolarisation Spin peut être détectée par la norme sonde RMN in situ, l'échantillon n'a pas besoin de se déplacer d'avant en arrière, ou une orientation cristalline précise. L'auteur estime que cette nouvelle technologie devrait permettre d'hyperpolarisation sensibilité à la température ambiante pendant solides et des liquides études RMN sur l'ampleur accrue.
"Nos résultats représentent un résultat de l'Institut Weizmann des sciences Lucio Frydman et ses collègues ont obtenu leur expérience révolutionnaire dans une amélioration considérable du signal RMN, mais il est dans le diamant induite noyaux hyperpolarisés dynamiques à travers le micro-ondes, pas nécessite un contrôle précis du champ magnétique et de l'orientation cristalline, "Pines a dit:" La chambre diamant hyperpolarisé ouverte de polarisation RMN / IRM d'un inerte, non toxique, facile à séparer la source est transférée à la possibilité de tout échantillon, qui est la technologie RMN / IRM contemporaine un objectif longtemps recherché ".
Les deux caractéristiques spécifiques et non destructives chimiques rendent la technologie RMN / IRM dans un large éventail de domaines, y compris la chimie, les matériaux, la biologie et la médecine est devenue une technologie indispensable. Cependant, sa sensibilité demeure un défi constant. Signal de RMN / IRM est basée sur les propriétés quantiques intrinsèques des électrons et des noyaux est appelé un «spin» de. Électrons et les noyaux peuvent être comme une petite rotation barre aimantée est affecté comme un "up" ou l'état de direction "bas". Les signaux RMN / IRM dans une direction dépend de la polarisation des spins nucléaires de la majorité - qui est élevé, plus le degré de polarisation, le signal le plus fort. Pins et son équipe de recherche après des décennies d'efforts, a développé un certain nombre de méthodes à hyperpolarisé noyaux de spin. Dans les deux dernières années, ils se sont concentrés sur des cristaux de diamant et a appelé l'azote vacance (NV) impuretés du centre dans un centre de vacance d'azote optique et tourner la liberté sont couplées ensemble.
"Lorsque pur réseau cristallin du diamant en deux atomes de carbone adjacents sont retirés du réseau cristallin, laissant deux trous, dont l'un est rempli d'un atome d'azote, et l'autre de maintien lorsque vacant pour obtenir une vacance d'azote (NV) centre ", a expliqué Pines. Ce fait apparaître électrons non liés entre atomes d'azote et les postes vacants, produise un son unique et claires états de polarisation de spin électronique. "
Dans des études antérieures, Pines et son équipe ont découvert que le champ magnétique de faible intensité peut être utilisé pour transmettre des électrons central NV polarisation de spin à proximité de carbone-13 noyau, résultant dans les noyaux hyperpolarisés. Le transfert de spin est appelé processus de polarisation nucléaire dynamique dans le passé avait été utilisée pour améliorer le signal de RMN, mais toujours effectuée à des champs magnétiques de haute intensité et des températures basses. Pins et son équipe à côté du diamant en plaçant un aimant permanent élimine ces exigences.
"Dans notre nouvelle étude, nous utilisons le micro-ondes à la place d'un champ magnétique pour correspondre à l'énergie entre les électrons et carbone-13 noyaux, éliminant ainsi certaines des difficultés des restrictions sur l'intensité du champ magnétique et de l'alignement, ce qui rend notre technologie plus facile à utiliser, "King a dit:" En outre, dans notre étude précédente, nous en déduisons l'existence de polarisation nucléaire indirecte par une mesure optique, parce que nous ne pouvons pas tester l'échantillon dans son ensemble ou seulement très proche de la polarisation du centre NV nucléaire est polarisée par complètement éliminé. la nécessité d'un champ magnétique, nous sommes maintenant en mesure de mesurer directement l'échantillon en vrac par RMN.
Dans «Nature Communications» dans l'article, Pines, King et d'autres co-auteurs disent, il peut être efficacement intégrée dans les techniques de fabrication existantes et la création de diamant de diamant hyperpolarisé grande surface de l'appareil devrait être en mesure de fournir un transfert de polarisation commune plate-forme.
"Nous voulons utiliser les techniques de transfert de polarisation existants - tels que la polarisation croisée cross-relaxation solides et liquides, ou NV centres périphérie du noyau de polarisation nucléaire directement dynamique - être très liquides et à l'amélioration magnétique nucléaire solide résonance, "King a dit, il convient de noter que cela a été transféré à l'équipe de recherche Pines laser utilisés polarisés Xe-129 a fait valoir devant la polarisation des surfaces solides et transfert de liquide. "Nous avons fondéOptiqueNV centre de technologie de polarisation d'hyperpolarisation est plus puissant et efficace, elle doit être appliquée à toute molécule cible, y compris la nécessité de maintenir des conditions de systèmes biologiques ambiantes proches. "
Équipe de recherche Alex Pines enregistré la première pièce à la température ambiante et de l'orientation cristalline d'un champ, le diamant situ RMN hyperpolarisé carbone-13 noyaux.
Alexander Pines est un professeur senior chez Matériaux Division des sciences de Berkeley Lab et UC Berkeley Glenn T. Seaborg professeur de chimie Institut de sièges, a mené une étude dans laquelle, les chercheurs ont enregistré la première pièce à la température ambiante sous un champ magnétique arbitraire et l'orientation cristalline du diamant les noyaux de RMN du carbone-13 in situ hyperpolarisés. Affichage du signal carbone-13 de spin hyperpolarisé RMN / IRM sensibilité du signal obtenu par rapport à l'aimant classique RMN / IRM à la température ambiante est généralement une pluralité de signaux possible dépasse l'ampleur de l'amélioration de la sensibilité. En outre, cette hyperpolarisation est réalisée en utilisant micro-ondes, plutôt que de compter sur le champ magnétique soit le transfert d'hyperpolarisation précise.
Pines a été publié dans "Nature Communications" sur un article à propos de cette étude était l'auteur correspondant. Le document est intitulé "King Shi Zhongguang température ambiante in situ pompage centre de vacance d'azote du spin hyperpolarisation nucléaire." Un membre de l'équipe de recherche JonathanKing Pines est le premier auteur de cette étude.
Les auteurs du rapport, observé six pour cent des corps nucléaires polarisation de spin, qui est d'environ un grand équilibre thermique spécifique 170.000 foisIRML'amélioration du signal. Signal de hyperpolarisation Spin peut être détectée par la norme sonde RMN in situ, l'échantillon n'a pas besoin de se déplacer d'avant en arrière, ou une orientation cristalline précise. L'auteur estime que cette nouvelle technologie devrait permettre d'hyperpolarisation sensibilité à la température ambiante pendant solides et des liquides études RMN sur l'ampleur accrue.
"Nos résultats représentent un résultat de l'Institut Weizmann des sciences Lucio Frydman et ses collègues ont obtenu leur expérience révolutionnaire dans une amélioration considérable du signal RMN, mais il est dans le diamant induite noyaux hyperpolarisés dynamiques à travers le micro-ondes, pas nécessite un contrôle précis du champ magnétique et de l'orientation cristalline, "Pines a dit:" La chambre diamant hyperpolarisé ouverte de polarisation RMN / IRM d'un inerte, non toxique, facile à séparer la source est transférée à la possibilité de tout échantillon, qui est la technologie RMN / IRM contemporaine un objectif longtemps recherché ".
Les deux caractéristiques spécifiques et non destructives chimiques rendent la technologie RMN / IRM dans un large éventail de domaines, y compris la chimie, les matériaux, la biologie et la médecine est devenue une technologie indispensable. Cependant, sa sensibilité demeure un défi constant. Signal de RMN / IRM est basée sur les propriétés quantiques intrinsèques des électrons et des noyaux est appelé un «spin» de. Électrons et les noyaux peuvent être comme une petite rotation barre aimantée est affecté comme un "up" ou l'état de direction "bas". Les signaux RMN / IRM dans une direction dépend de la polarisation des spins nucléaires de la majorité - qui est élevé, plus le degré de polarisation, le signal le plus fort. Pins et son équipe de recherche après des décennies d'efforts, a développé un certain nombre de méthodes à hyperpolarisé noyaux de spin. Dans les deux dernières années, ils se sont concentrés sur des cristaux de diamant et a appelé l'azote vacance (NV) impuretés du centre dans un centre de vacance d'azote optique et tourner la liberté sont couplées ensemble.
"Lorsque pur réseau cristallin du diamant en deux atomes de carbone adjacents sont retirés du réseau cristallin, laissant deux trous, dont l'un est rempli d'un atome d'azote, et l'autre de maintien lorsque vacant pour obtenir une vacance d'azote (NV) centre ", a expliqué Pines. Ce fait apparaître électrons non liés entre atomes d'azote et les postes vacants, produise un son unique et claires états de polarisation de spin électronique. "
Dans des études antérieures, Pines et son équipe ont découvert que le champ magnétique de faible intensité peut être utilisé pour transmettre des électrons central NV polarisation de spin à proximité de carbone-13 noyau, résultant dans les noyaux hyperpolarisés. Le transfert de spin est appelé processus de polarisation nucléaire dynamique dans le passé avait été utilisée pour améliorer le signal de RMN, mais toujours effectuée à des champs magnétiques de haute intensité et des températures basses. Pins et son équipe à côté du diamant en plaçant un aimant permanent élimine ces exigences.
"Dans notre nouvelle étude, nous utilisons le micro-ondes à la place d'un champ magnétique pour correspondre à l'énergie entre les électrons et carbone-13 noyaux, éliminant ainsi certaines des difficultés des restrictions sur l'intensité du champ magnétique et de l'alignement, ce qui rend notre technologie plus facile à utiliser, "King a dit:" En outre, dans notre étude précédente, nous en déduisons l'existence de polarisation nucléaire indirecte par une mesure optique, parce que nous ne pouvons pas tester l'échantillon dans son ensemble ou seulement très proche de la polarisation du centre NV nucléaire est polarisée par complètement éliminé. la nécessité d'un champ magnétique, nous sommes maintenant en mesure de mesurer directement l'échantillon en vrac par RMN.
Dans «Nature Communications» dans l'article, Pines, King et d'autres co-auteurs disent, il peut être efficacement intégrée dans les techniques de fabrication existantes et la création de diamant de diamant hyperpolarisé grande surface de l'appareil devrait être en mesure de fournir un transfert de polarisation commune plate-forme.
"Nous voulons utiliser les techniques de transfert de polarisation existants - tels que la polarisation croisée cross-relaxation solides et liquides, ou NV centres périphérie du noyau de polarisation nucléaire directement dynamique - être très liquides et à l'amélioration magnétique nucléaire solide résonance, "King a dit, il convient de noter que cela a été transféré à l'équipe de recherche Pines laser utilisés polarisés Xe-129 a fait valoir devant la polarisation des surfaces solides et transfert de liquide. "Nous avons fondéOptiqueNV centre de technologie de polarisation d'hyperpolarisation est plus puissant et efficace, elle doit être appliquée à toute molécule cible, y compris la nécessité de maintenir des conditions de systèmes biologiques ambiantes proches. "
