Diamante pode ser a chave para o futuro da tecnologia de ressonância magnética nuclear
Huang Xueyu
www.boreway.com
2016-01-07 15:04:00
Departamento de Energia (DOE) Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) e da Universidade da Califórnia (UC) dos Estados Unidos, Berkeley, os pesquisadores demonstraram,DIAMONDPode ser a chave para o futuro da ressonância magnética nuclear (RMN) e tecnologia de imagem por ressonância magnética (MRI).
Alex Pines equipe de pesquisa gravou o primeiro pedaço à temperatura ambiente ea orientação cristalina de qualquer campo, o diamante-situ NMR hyperpolarized carbono-13 núcleos.
Alexander Pines é um professor sênior de ciências dos materiais Divisão de Berkeley Lab e UC Berkeley Glenn T. Seaborg Professor do Instituto de Química da assentos, conduziu um estudo no qual, os investigadores gravaram a primeira peça à temperatura ambiente sob um campo magnético arbitrária ea orientação de cristal de diamante núcleos de carbono-13 RMN in situ hiperpolarizados. Exibição de sinal de Carbono-13 de spin hiperpolarizado sensibilidade do sinal de NMR / MRI obtido com respeito ao íman RMN / RM convencional à temperatura ambiente é geralmente uma pluralidade de sinal possível excede a magnitude do aumento de sensibilidade. Além disso, este hiperpolarização é conseguido usando micro-ondas, em vez de contar com o campo magnético para a transferência de hiperpolarização ser preciso.
Pines foi publicado na "Nature Communications" em um artigo sobre este estudo foi o autor correspondente. O documento é intitulado "temperatura ambiente Rei Shi Zhongguang in situ bombeamento centro vacância de nitrogênio de hiperpolarização spin nuclear." Um membro da equipe de pesquisa JonathanKing Pines é o primeiro autor deste trabalho.
O relatório autores, observou seis por cento do corpo polarização do spin nuclear, que é sobre um grande equilíbrio calor específico 170.000 vezesMRIAumento do sinal. Sinal hiperpolarização rotação pode ser detectado por padrão na sonda NMR situ, a amostra não precisa de ir e vir, ou uma orientação de cristal precisa. O autor acredita que esta nova tecnologia deve permitir sensibilidade hiperpolarização à temperatura ambiente para sólidos e líquidos estudos de RMN na magnitude aumentada.
"Nossos resultados representam um resultado do Weizmann Institute of Science Lucio Frydman e seus colegas obtiveram o seu experimento inovador em um aumento considerável do sinal de RMN, mas é em diamante induzida dinâmicas núcleos hiperpolarizados através do micro-ondas, não requer um controlo preciso do campo magnético e a orientação de cristal ", Pines disse:" A sala hyperpolarized diamante aberto polarização RMN / MRI de um material inerte, não-tóxico, fácil de separar da fonte é transferido para a possibilidade de qualquer amostra, que é a tecnologia de NMR / MRI contemporânea um objetivo há muito procurado ".
Ambas as características químicas específicas e não destrutivos tornar a tecnologia de NMR / MRI em uma ampla gama de áreas, incluindo química, materiais, biologia e medicina tornou-se uma tecnologia indispensável. No entanto, sua sensibilidade continua a ser um desafio constante. Sinal de NMR / MRI baseia-se nas propriedades intrínsecas do quantum de electrões e núcleos é chamado um "spin" de. Elétrons e núcleos pode ser como uma rotação pequena barra magnética é atribuído como um "up" ou "para baixo" estado direção. Os sinais de RMN / MRI numa direcção depende da polarização dos spins nucleares da maioria - isto é, quanto maior for o grau de polarização, a intensidade do sinal. Pinheiros e sua equipe de pesquisa depois de décadas de esforço, tem desenvolvido uma série de métodos para hyperpolarized rotação núcleos. Nos últimos dois anos, eles têm sido focados na cristais de diamante e chamado (NV) impurezas centro-vacância de nitrogênio em um centro de vacância de nitrogênio óptica e girar liberdade são acopladas em conjunto.
"Quando estrutura de cristal de diamante puro, em dois átomos de carbono adjacentes são removidas da estrutura de cristal, deixando dois furos, um dos quais é preenchido com um átomo de azoto, e o outro que prende quando vago para obter uma vaga de azoto (NV) centro ", explicou Pines. Isso faz com que pareça elétrons não ligados entre átomos de nitrogênio e de vagas, produzir uma única e clara estados de polarização de spin de elétrons. "
Em estudos anteriores, Pines e sua equipe descobriram que o campo magnético de baixa intensidade pode ser utilizado para transmitir NV centro de rotação de electrões de polarização para perto de carbono-13 de núcleo, resultando em núcleos hiperpolarizados. A transferência de spin é chamado processo de polarização nuclear dinâmica, no passado, foram utilizados para aumentar o sinal de RMN, mas sempre realizada a campos magnéticos de elevada intensidade e baixas temperaturas. Pinheiros e sua equipe ao lado de diamante, colocando um íman permanente elimina esses requisitos.
"Em nosso novo estudo, usamos o microondas em vez de um campo magnético para coincidir com a energia entre os elétrons e carbono 13 núcleos, eliminando assim algumas das dificuldades das restrições sobre a força do campo magnético e alinhamento, tornando a nossa tecnologia mais fácil de usar, "King disse:" Além disso, em nosso estudo anterior, podemos inferir a existência de polarização nuclear indirecta por uma medição óptica, porque não podemos testar a amostra como um todo, ou apenas muito perto da polarização do centro NV nuclear é polarizada por completamente eliminado. a necessidade de um campo magnético, que agora são capazes de medir diretamente a amostra global por RMN.
Em "Nature Communications" no artigo, Pines, Rei e outros co-autores dizem, pode ser efetivamente integrado em técnicas de fabricação já existentes ea criação de hyperpolarized de diamante de alta área superficial do dispositivo deve ser capaz de fornecer uma transferência comum polarização plataforma.
"Queremos usar as técnicas de transferência de polarização existentes - como a polarização cruzada cross-relaxamento sólido e líquido, ou NV centros diretamente dinâmica polarização nuclear periferia nuclear - para ser altamente líquido e valorização magnética nuclear sólido ressonância ", disse King, deve notar-se que este foi transferido para a equipa de investigação Pines a laser usados polarizado Xe-129 argumentou perante a polarização de superfícies sólidas e transferência de líquidos. "BaseamosÓticaNV centro tecnologia polarização hiperpolarização é mais potente e eficaz, ele deve ser aplicado a qualquer molécula alvo, incluindo a necessidade de se manter em condições ambientes próximos de sistemas biológicos. "
Alex Pines equipe de pesquisa gravou o primeiro pedaço à temperatura ambiente ea orientação cristalina de qualquer campo, o diamante-situ NMR hyperpolarized carbono-13 núcleos.
Alexander Pines é um professor sênior de ciências dos materiais Divisão de Berkeley Lab e UC Berkeley Glenn T. Seaborg Professor do Instituto de Química da assentos, conduziu um estudo no qual, os investigadores gravaram a primeira peça à temperatura ambiente sob um campo magnético arbitrária ea orientação de cristal de diamante núcleos de carbono-13 RMN in situ hiperpolarizados. Exibição de sinal de Carbono-13 de spin hiperpolarizado sensibilidade do sinal de NMR / MRI obtido com respeito ao íman RMN / RM convencional à temperatura ambiente é geralmente uma pluralidade de sinal possível excede a magnitude do aumento de sensibilidade. Além disso, este hiperpolarização é conseguido usando micro-ondas, em vez de contar com o campo magnético para a transferência de hiperpolarização ser preciso.
Pines foi publicado na "Nature Communications" em um artigo sobre este estudo foi o autor correspondente. O documento é intitulado "temperatura ambiente Rei Shi Zhongguang in situ bombeamento centro vacância de nitrogênio de hiperpolarização spin nuclear." Um membro da equipe de pesquisa JonathanKing Pines é o primeiro autor deste trabalho.
O relatório autores, observou seis por cento do corpo polarização do spin nuclear, que é sobre um grande equilíbrio calor específico 170.000 vezesMRIAumento do sinal. Sinal hiperpolarização rotação pode ser detectado por padrão na sonda NMR situ, a amostra não precisa de ir e vir, ou uma orientação de cristal precisa. O autor acredita que esta nova tecnologia deve permitir sensibilidade hiperpolarização à temperatura ambiente para sólidos e líquidos estudos de RMN na magnitude aumentada.
"Nossos resultados representam um resultado do Weizmann Institute of Science Lucio Frydman e seus colegas obtiveram o seu experimento inovador em um aumento considerável do sinal de RMN, mas é em diamante induzida dinâmicas núcleos hiperpolarizados através do micro-ondas, não requer um controlo preciso do campo magnético e a orientação de cristal ", Pines disse:" A sala hyperpolarized diamante aberto polarização RMN / MRI de um material inerte, não-tóxico, fácil de separar da fonte é transferido para a possibilidade de qualquer amostra, que é a tecnologia de NMR / MRI contemporânea um objetivo há muito procurado ".
Ambas as características químicas específicas e não destrutivos tornar a tecnologia de NMR / MRI em uma ampla gama de áreas, incluindo química, materiais, biologia e medicina tornou-se uma tecnologia indispensável. No entanto, sua sensibilidade continua a ser um desafio constante. Sinal de NMR / MRI baseia-se nas propriedades intrínsecas do quantum de electrões e núcleos é chamado um "spin" de. Elétrons e núcleos pode ser como uma rotação pequena barra magnética é atribuído como um "up" ou "para baixo" estado direção. Os sinais de RMN / MRI numa direcção depende da polarização dos spins nucleares da maioria - isto é, quanto maior for o grau de polarização, a intensidade do sinal. Pinheiros e sua equipe de pesquisa depois de décadas de esforço, tem desenvolvido uma série de métodos para hyperpolarized rotação núcleos. Nos últimos dois anos, eles têm sido focados na cristais de diamante e chamado (NV) impurezas centro-vacância de nitrogênio em um centro de vacância de nitrogênio óptica e girar liberdade são acopladas em conjunto.
"Quando estrutura de cristal de diamante puro, em dois átomos de carbono adjacentes são removidas da estrutura de cristal, deixando dois furos, um dos quais é preenchido com um átomo de azoto, e o outro que prende quando vago para obter uma vaga de azoto (NV) centro ", explicou Pines. Isso faz com que pareça elétrons não ligados entre átomos de nitrogênio e de vagas, produzir uma única e clara estados de polarização de spin de elétrons. "
Em estudos anteriores, Pines e sua equipe descobriram que o campo magnético de baixa intensidade pode ser utilizado para transmitir NV centro de rotação de electrões de polarização para perto de carbono-13 de núcleo, resultando em núcleos hiperpolarizados. A transferência de spin é chamado processo de polarização nuclear dinâmica, no passado, foram utilizados para aumentar o sinal de RMN, mas sempre realizada a campos magnéticos de elevada intensidade e baixas temperaturas. Pinheiros e sua equipe ao lado de diamante, colocando um íman permanente elimina esses requisitos.
"Em nosso novo estudo, usamos o microondas em vez de um campo magnético para coincidir com a energia entre os elétrons e carbono 13 núcleos, eliminando assim algumas das dificuldades das restrições sobre a força do campo magnético e alinhamento, tornando a nossa tecnologia mais fácil de usar, "King disse:" Além disso, em nosso estudo anterior, podemos inferir a existência de polarização nuclear indirecta por uma medição óptica, porque não podemos testar a amostra como um todo, ou apenas muito perto da polarização do centro NV nuclear é polarizada por completamente eliminado. a necessidade de um campo magnético, que agora são capazes de medir diretamente a amostra global por RMN.
Em "Nature Communications" no artigo, Pines, Rei e outros co-autores dizem, pode ser efetivamente integrado em técnicas de fabricação já existentes ea criação de hyperpolarized de diamante de alta área superficial do dispositivo deve ser capaz de fornecer uma transferência comum polarização plataforma.
"Queremos usar as técnicas de transferência de polarização existentes - como a polarização cruzada cross-relaxamento sólido e líquido, ou NV centros diretamente dinâmica polarização nuclear periferia nuclear - para ser altamente líquido e valorização magnética nuclear sólido ressonância ", disse King, deve notar-se que este foi transferido para a equipa de investigação Pines a laser usados polarizado Xe-129 argumentou perante a polarização de superfícies sólidas e transferência de líquidos. "BaseamosÓticaNV centro tecnologia polarização hiperpolarização é mais potente e eficaz, ele deve ser aplicado a qualquer molécula alvo, incluindo a necessidade de se manter em condições ambientes próximos de sistemas biológicos. "
