Diamante può essere la chiave per il futuro della tecnologia di risonanza magnetica nucleare
Huang Xueyu
www.boreway.com
2016-01-07 15:04:00
US Department of Energy (DOE) Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) e l'Università di California (UC), Berkeley, i ricercatori hanno dimostrato,DIAMONDPotrebbe essere la chiave per il futuro della risonanza magnetica nucleare (NMR) e tecnologia di imaging a risonanza magnetica (MRI).
Gruppo di ricerca Alex Pines registrato il primo pezzo a temperatura ambiente e l'orientamento del cristallo qualsiasi campo, il diamante-situ NMR hyperpolarized carbonio-13 nuclei.
Alexander Pines è un professore senior presso Materials Sciences Division Berkeley Lab e UC Berkeley Glenn T. Seaborg Professore di Chimica dell'Istituto di posti a sedere, ha condotto uno studio in cui, i ricercatori hanno registrato il primo pezzo a temperatura ambiente in un campo magnetico arbitrario e l'orientamento di cristallo di diamante nuclei di carbonio-13 NMR in situ hyperpolarized. Esposizione del segnale di carbonio-13 rotazione hyperpolarized sensibilità del segnale NMR / MRI ottenuto rispetto al magnete NMR / MRI convenzionale a temperatura ambiente è di solito una pluralità di possibili segnale supera la grandezza di miglioramento della sensibilità. Inoltre, questo iperpolarizzazione avviene mediante microonde, piuttosto che basarsi su campo magnetico per essere precisi trasferimento iperpolarizzazione.
Pini è stato pubblicato nel "Nature Communications" a un articolo su questo studio è stato l'autore corrispondente. Il documento è intitolato "Re Shi Zhongguang temperatura ambiente in situ pompaggio centro vacante azoto di rotazione iperpolarizzazione nucleare". Un membro del team di ricerca JonathanKing Pines è il primo autore di questo articolo.
Gli autori di relazione, ha osservato il sei per cento del corpo polarizzazione di spin nucleare, che è circa un grande equilibrio calore specifico 170.000 volteMRIAmplificazione dei segnali. Segnale iperpolarizzazione Spin può essere rilevato dalla norma in situ sonda NMR, il campione non deve muoversi avanti e indietro, o un orientamento di cristallo precisa. L'autore ritiene che questa nuova tecnologia dovrebbe consentire sensibilità iperpolarizzazione a temperatura ambiente per solidi e liquidi studi NMR sulla grandezza maggiore.
"I nostri risultati rappresentano un risultato di Istituto Weizmann Lucio Frydman ed i suoi colleghi ottenuto il loro esperimento innovativo in un notevole miglioramento del segnale NMR, ma è in diamanti indotta nuclei hyperpolarized dinamiche attraverso il forno a microonde, non richiede un controllo preciso del campo magnetico e l'orientamento di cristallo "Pines detto:" La camera diamante iperpolarizzato aperta polarizzazione NMR / MRI da un materiale inerte, non tossico, facile da separare viene trasferita la sorgente alla possibilità di qualsiasi campione, che è la tecnologia NMR / MRI contemporanea un obiettivo a lungo cercato. "
Entrambi caratteristiche chimiche specifiche e non distruttive rendono la tecnologia NMR / MRI in una vasta gamma di settori, tra cui la chimica, i materiali, la biologia e la medicina è diventata una tecnologia indispensabile. Tuttavia, la sua sensibilità rimane una sfida costante. Segnale NMR / MRI è basata sulle proprietà quantistiche intrinseche di elettroni e nuclei è chiamata "spin" di. Elettroni e nuclei possono essere come una piccola rotazione barra magnetica viene assegnato come "up" o lo stato in direzione "verso il basso". Segnali NMR / MRI in una direzione dipende dalla polarizzazione degli spin nucleari della maggioranza - che è, maggiore è il grado di polarizzazione, l'intensità del segnale. Pini e il suo team di ricerca, dopo decenni di sforzi, ha sviluppato una serie di metodi per iperpolarizzato rotazione nuclei. Negli ultimi due anni, sono stati concentrati su cristalli di diamante e chiamato azoto-vacanza (NV) impurità centro in un centro di posto vacante di azoto ottico e far girare la libertà sono accoppiati insieme.
"Se puro reticolo cristallino diamantata con due atomi di carbonio adiacenti vengono rimossi dal reticolo cristallino, lasciando due fori, uno dei quali è riempito con un atomo di azoto, e l'altro in possesso vacante quando ottenere un vacante azoto (NV) centro ", ha spiegato Pini. Ciò fa apparire gli elettroni non legati tra atomi di azoto e offerte di lavoro, producono un unico e chiaro di spin dell'elettrone stati di polarizzazione. "
In studi precedenti, Pini e il suo team ha scoperto che il campo magnetico a bassa intensità può essere utilizzata per trasmettere centro NV spin elettronico polarizzazione nella vicina carbonio-13 nucleo, con conseguente nuclei hyperpolarized. Il trasferimento di spin è chiamato dinamico processo di polarizzazione nucleare in passato era stato usato per migliorare il segnale NMR, ma sempre effettuata ad alta intensità campi magnetici e basse temperature. Pini e la sua squadra vicino al diamante posizionando un magnete permanente elimina questi requisiti.
"Nel nostro nuovo studio, usiamo il microonde invece di un campo magnetico per abbinare l'energia tra elettroni e carbonio-13 nuclei, eliminando alcune delle difficoltà delle restrizioni alla forza del campo magnetico e l'allineamento, rendendo la tecnologia più facile da usare, "King ha detto:" Inoltre, nel nostro studio precedente, si deduce l'esistenza di polarizzazione nucleare indiretta da una misurazione ottica, perché non siamo in grado di testare il campione nel suo complesso o solo molto vicino alla polarizzazione del centro NV nucleare viene polarizzata da completamente eliminato. la necessità di un campo magnetico, che è ora in grado di misurare direttamente il campione globale mediante NMR.
In "Nature Communications" in questo articolo, Pini, il re e altri co-autori dicono, può essere efficacemente integrato in tecniche di produzione esistenti e la creazione di diamanti iperpolarizzato elevata superficie del dispositivo dovrebbe essere in grado di fornire un trasferimento di polarizzazione comune piattaforma.
"Vogliamo utilizzare le tecniche di trasferimento polarizzazione esistenti - come solido e liquido cross-polarizzazione cross-relax, o NV alla centratura direttamente dinamico polarizzazione nucleare periferia nucleare - di essere altamente liquidi e solidi valorizzazione magnetica nucleare risonanza "re detto, va notato che questo è stato trasferito al gruppo di ricerca Pines laser utilizzati polarizzati Xe-129 sostenuto prima la polarizzazione di superfici solide e trasferimento di liquido. "Abbiamo basatoOtticaNV centro tecnologico polarizzazione iperpolarizzazione è più potente ed efficace, deve essere applicato a qualsiasi molecola bersaglio, tra cui la necessità di mantenere in condizioni ambientali vicino di sistemi biologici. "
Gruppo di ricerca Alex Pines registrato il primo pezzo a temperatura ambiente e l'orientamento del cristallo qualsiasi campo, il diamante-situ NMR hyperpolarized carbonio-13 nuclei.
Alexander Pines è un professore senior presso Materials Sciences Division Berkeley Lab e UC Berkeley Glenn T. Seaborg Professore di Chimica dell'Istituto di posti a sedere, ha condotto uno studio in cui, i ricercatori hanno registrato il primo pezzo a temperatura ambiente in un campo magnetico arbitrario e l'orientamento di cristallo di diamante nuclei di carbonio-13 NMR in situ hyperpolarized. Esposizione del segnale di carbonio-13 rotazione hyperpolarized sensibilità del segnale NMR / MRI ottenuto rispetto al magnete NMR / MRI convenzionale a temperatura ambiente è di solito una pluralità di possibili segnale supera la grandezza di miglioramento della sensibilità. Inoltre, questo iperpolarizzazione avviene mediante microonde, piuttosto che basarsi su campo magnetico per essere precisi trasferimento iperpolarizzazione.
Pini è stato pubblicato nel "Nature Communications" a un articolo su questo studio è stato l'autore corrispondente. Il documento è intitolato "Re Shi Zhongguang temperatura ambiente in situ pompaggio centro vacante azoto di rotazione iperpolarizzazione nucleare". Un membro del team di ricerca JonathanKing Pines è il primo autore di questo articolo.
Gli autori di relazione, ha osservato il sei per cento del corpo polarizzazione di spin nucleare, che è circa un grande equilibrio calore specifico 170.000 volteMRIAmplificazione dei segnali. Segnale iperpolarizzazione Spin può essere rilevato dalla norma in situ sonda NMR, il campione non deve muoversi avanti e indietro, o un orientamento di cristallo precisa. L'autore ritiene che questa nuova tecnologia dovrebbe consentire sensibilità iperpolarizzazione a temperatura ambiente per solidi e liquidi studi NMR sulla grandezza maggiore.
"I nostri risultati rappresentano un risultato di Istituto Weizmann Lucio Frydman ed i suoi colleghi ottenuto il loro esperimento innovativo in un notevole miglioramento del segnale NMR, ma è in diamanti indotta nuclei hyperpolarized dinamiche attraverso il forno a microonde, non richiede un controllo preciso del campo magnetico e l'orientamento di cristallo "Pines detto:" La camera diamante iperpolarizzato aperta polarizzazione NMR / MRI da un materiale inerte, non tossico, facile da separare viene trasferita la sorgente alla possibilità di qualsiasi campione, che è la tecnologia NMR / MRI contemporanea un obiettivo a lungo cercato. "
Entrambi caratteristiche chimiche specifiche e non distruttive rendono la tecnologia NMR / MRI in una vasta gamma di settori, tra cui la chimica, i materiali, la biologia e la medicina è diventata una tecnologia indispensabile. Tuttavia, la sua sensibilità rimane una sfida costante. Segnale NMR / MRI è basata sulle proprietà quantistiche intrinseche di elettroni e nuclei è chiamata "spin" di. Elettroni e nuclei possono essere come una piccola rotazione barra magnetica viene assegnato come "up" o lo stato in direzione "verso il basso". Segnali NMR / MRI in una direzione dipende dalla polarizzazione degli spin nucleari della maggioranza - che è, maggiore è il grado di polarizzazione, l'intensità del segnale. Pini e il suo team di ricerca, dopo decenni di sforzi, ha sviluppato una serie di metodi per iperpolarizzato rotazione nuclei. Negli ultimi due anni, sono stati concentrati su cristalli di diamante e chiamato azoto-vacanza (NV) impurità centro in un centro di posto vacante di azoto ottico e far girare la libertà sono accoppiati insieme.
"Se puro reticolo cristallino diamantata con due atomi di carbonio adiacenti vengono rimossi dal reticolo cristallino, lasciando due fori, uno dei quali è riempito con un atomo di azoto, e l'altro in possesso vacante quando ottenere un vacante azoto (NV) centro ", ha spiegato Pini. Ciò fa apparire gli elettroni non legati tra atomi di azoto e offerte di lavoro, producono un unico e chiaro di spin dell'elettrone stati di polarizzazione. "
In studi precedenti, Pini e il suo team ha scoperto che il campo magnetico a bassa intensità può essere utilizzata per trasmettere centro NV spin elettronico polarizzazione nella vicina carbonio-13 nucleo, con conseguente nuclei hyperpolarized. Il trasferimento di spin è chiamato dinamico processo di polarizzazione nucleare in passato era stato usato per migliorare il segnale NMR, ma sempre effettuata ad alta intensità campi magnetici e basse temperature. Pini e la sua squadra vicino al diamante posizionando un magnete permanente elimina questi requisiti.
"Nel nostro nuovo studio, usiamo il microonde invece di un campo magnetico per abbinare l'energia tra elettroni e carbonio-13 nuclei, eliminando alcune delle difficoltà delle restrizioni alla forza del campo magnetico e l'allineamento, rendendo la tecnologia più facile da usare, "King ha detto:" Inoltre, nel nostro studio precedente, si deduce l'esistenza di polarizzazione nucleare indiretta da una misurazione ottica, perché non siamo in grado di testare il campione nel suo complesso o solo molto vicino alla polarizzazione del centro NV nucleare viene polarizzata da completamente eliminato. la necessità di un campo magnetico, che è ora in grado di misurare direttamente il campione globale mediante NMR.
In "Nature Communications" in questo articolo, Pini, il re e altri co-autori dicono, può essere efficacemente integrato in tecniche di produzione esistenti e la creazione di diamanti iperpolarizzato elevata superficie del dispositivo dovrebbe essere in grado di fornire un trasferimento di polarizzazione comune piattaforma.
"Vogliamo utilizzare le tecniche di trasferimento polarizzazione esistenti - come solido e liquido cross-polarizzazione cross-relax, o NV alla centratura direttamente dinamico polarizzazione nucleare periferia nucleare - di essere altamente liquidi e solidi valorizzazione magnetica nucleare risonanza "re detto, va notato che questo è stato trasferito al gruppo di ricerca Pines laser utilizzati polarizzati Xe-129 sostenuto prima la polarizzazione di superfici solide e trasferimento di liquido. "Abbiamo basatoOtticaNV centro tecnologico polarizzazione iperpolarizzazione è più potente ed efficace, deve essere applicato a qualsiasi molecola bersaglio, tra cui la necessità di mantenere in condizioni ambientali vicino di sistemi biologici. "
