Алмазы могут стать ключом к будущим технологиям ЯМР / МРТ: исследователи повышают чувствительность ЯМР / МРТ за счет гиперполяризации ядер в алмазе.

В исследовании, проведенном Александром Пайнсом, старшим научным сотрудником Отделения материаловедения лаборатории Беркли и профессором химии Гленна Т. Сиборга из Калифорнийского университета в Беркли, исследователи зарегистрировали первую объемную гиперполяризацию ядер углерода-13 в алмазе при комнатной температуре на месте при произвольной магнитные поля и ориентации кристаллов. Сигнал гиперполяризованных спинов углерода-13 показал увеличение чувствительности сигнала ЯМР / МРТ на много порядков по сравнению с тем, что обычно возможно с обычными магнитами ЯМР / МРТ при комнатной температуре. Более того, эта гиперполяризация была достигнута с помощью микроволн, вместо того, чтобы полагаться на точные магнитные поля для передачи гиперполяризации.Пайнс — автор статьи в Nature Communications, в которой описывается это исследование.

Статья называется «Гиперполяризация спина ядра in situ при комнатной температуре из центров вакансий азота в алмазе с оптической накачкой».Джонатан Кинг, член исследовательской группы Пайнса, является ведущим автором. Другими соавторами являются Кынхонг Чжон, Христофорос Василиу, Чанг Шин, Ральф Пейдж, Клаудиа Авалос и Хай-Цзин Ван.Авторы сообщают о наблюдении объемной шестипроцентной поляризации ядерных спинов, что является усилением сигнала ЯМР примерно в 170 000 раз по сравнению с тепловым равновесием.

Сигнал гиперполяризованных спинов был обнаружен in situ с помощью стандартного ЯМР-зонда без необходимости перемещения образца или точной ориентации кристаллов. Авторы считают, что этот новый метод гиперполяризации должен позволить на несколько порядков повысить чувствительность для ЯМР-исследований твердых тел и жидкостей в условиях окружающей среды.

"Наши результаты в этом исследовании представляют собой усиление сигнала ЯМР, эквивалентное тому, что было достигнуто в новаторских экспериментах Люцио Фридмана и его коллег из Научного института Вейцмана, но с использованием индуцированной микроволновым излучением динамической ядерной гиперполяризации в алмазах без необходимости точного контроля магнитного поля. и выравнивание кристаллов ", — говорит Пайнс. «Гиперполяризованные при комнатной температуре алмазы открывают возможность переноса поляризации ЯМР / МРТ на произвольные образцы из инертного, нетоксичного и легко разделяемого источника, что является долгожданной целью современных технологий ЯМР / МРТ».Сочетание химической специфичности и неразрушающего характера сделало ЯМР и МРТ незаменимыми технологиями для широкого спектра областей, включая химию, материалы, биологию и медицину. Однако вопросы чувствительности остаются постоянной проблемой.

Сигналы ЯМР / МРТ основаны на внутреннем квантовом свойстве электронов и атомных ядер, называемом «спином». Электроны и ядра могут действовать как крошечные стержневые магниты со спином, которому приписано направленное состояние «вверх» или «вниз».

Сигналы ЯМР / МРТ зависят от того, что большинство ядерных спинов поляризованы в одном направлении — чем больше поляризация, тем сильнее сигнал. За несколько десятилетий Пайнс и члены его исследовательской группы разработали множество способов гиперполяризации спинов атомных ядер. В последние два года они сосредоточили свое внимание на кристаллах алмаза и примеси, называемой азотно-вакансионным (NV) центром, в которой связаны оптические и спиновые степени свободы.«NV-центр создается, когда два соседних атома углерода в решетке чистого кристалла алмаза удаляются из решетки, оставляя два промежутка, один из которых заполнен атомом азота, а один остается свободным», — объясняет Пайнс. «Это оставляет несвязанные электроны в центре между атомом азота и вакансией, что дает начало уникальным и четко определенным состояниям спиновой поляризации электронов».

В более ранних исследованиях Пайнс и его группа продемонстрировали, что слабое магнитное поле может быть использовано для передачи поляризации спина электронов NV-центра на близлежащие ядра углерода-13, что приводит к гиперполяризованным ядрам. Этот процесс переноса спина, называемый динамической ядерной поляризацией, раньше использовался для усиления сигналов ЯМР, но всегда в присутствии сильных магнитных полей и криогенных температур. Пайнс и его группа устранили эти требования, поместив постоянный магнит рядом с алмазом.«В нашем новом исследовании мы используем микроволны для согласования энергии между электронами и ядрами углерода-13, а не магнитное поле, что снимает некоторые сложные ограничения на силу и ориентацию магнитного поля и делает нашу технику более простой в использовании, — говорит Кинг. «Кроме того, в наших предыдущих исследованиях мы косвенно сделали вывод о наличии ядерной поляризации посредством оптических измерений, потому что мы не могли проверить, был ли объемный образец поляризован или это были только ядра, которые находились очень близко к NV-центрам.

Устраняя необходимость даже при слабом магнитном поле теперь мы можем проводить прямые измерения объемного образца с помощью ЯМР ».В своей статье Nature Communications Пайнс, Кинг и другие соавторы говорят, что гиперполяризованные алмазы, которые можно эффективно интегрировать в существующие технологии производства для создания алмазных устройств с большой площадью поверхности, должны обеспечить общую платформу для передачи поляризации.

«Мы предполагаем сильно улучшенный ЯМР жидкостей и твердых тел с использованием существующих методов передачи поляризации, таких как кросс-поляризация в твердых телах и кросс-релаксация в жидкостях, или прямая динамическая ядерная поляризация на внешние ядра из NV-центров», — говорит Кинг, отмечая, что такой перенос Поляризация к твердой поверхности и жидкостям ранее была продемонстрирована группой Pines с использованием поляризованного лазером Xe-129. «Наша методика гиперполяризации, основанная на оптически поляризованных NV-центрах, намного более надежна и эффективна и должна быть применима к произвольным целевым молекулам, включая биологические системы, которые должны поддерживаться в условиях, близких к окружающим».

10 комментариев к “Алмазы могут стать ключом к будущим технологиям ЯМР / МРТ: исследователи повышают чувствительность ЯМР / МРТ за счет гиперполяризации ядер в алмазе.”

  1. Я за Украину, не зависимую и Европейскую! За эти семь суток можно уже отвоевать свою территорию, ведь &;;Их там нет&;;!?!?!?!?!

  2. за год еще в два раза уменьшим потребление газа. Переходим на альтернативные источники.

  3. Шаврина Эльвира

    Для этого нужен ПД 35, когда он будет создан, тогда можно будет думать над созданием нового транспортника. Заодно ремоторизировать ИЛ 76 и Руслана. Никто не насмехается, зачем, это действительно разработка советских времён.

  4. Как попадает Томагавк все видели, как попадает Калибр тоже, как работает эта куйня ни в США, ни в России, ни на Украине, не видел никто)))))).

  5. Рамазан Ипполит Кондратиевич

    Так это смотря как жить и работать в Москве))). Если брат бомж, то и мнение соответствующие)).

  6. В принципе, вступление нормальной России в НАТО могло бы решить много мировых проблем. Но время показало, что Россия при правлении Путина неадекватная, агрессивная, коррумпированная диктатура.

  7. Давление на Пхеньян, это конечно разумная политика, но Трампу нужно также обратить внимание ООН на ситуацию, что народ в Северной Корее голодает, фактически там ситуация вялотекущего геноцида собственного народа.

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.