圖:Danila Barskiy博士正在進行一項實驗
核磁共振(NMR)是一種具有廣泛應用的分析工具，包括磁共振成像，用于醫學診斷目的。然而，核磁共振往往需要產生強大的磁場，這限制了它的使用范圍。美因茨約翰內斯·古騰堡大學(JGU)和美因茨亥姆霍茲研究所(HIM)的研究人員現在發現了減少相應設備尺寸的潛在新方法，并通過消除對強磁場的需求來降低可能的相關風險。這是通過將所謂的零到超低場核磁共振與一種特殊的超極化技術相結合實現的。“這種令人興奮的新方法是基于一個創新的概念。它打開了一系列的機會，克服了以前的劣勢，”索菲亞·科瓦列夫斯卡婭獎得主Danila Barskiy博士說，他自2020年以來一直在JGU和HIM從事相關學科的工作。
無需強磁場的測量新方法
由于磁鐵的存在，目前這一代核磁共振設備非常重，也非常昂貴。另一個復雜的因素是目前用作冷卻劑的液氦的短缺。Barskiy說:“通過我們的新技術，我們正在逐步將ZULF NMR推向完全無磁的狀態，但我們仍有許多挑戰需要克服。”
為了使磁體在這種情況下變得多余，Barskiy提出了將零場到超低場核磁共振(ZULF NMR)與一種特殊技術相結合的想法，這種技術可以使原子核超極化成為可能。ZULF NMR本身是一種最近發展起來的光譜學，它不需要大磁場就能提供豐富的分析結果。與高場核磁共振相比的另一個優勢是，它的信號在導電材料(如金屬)存在的情況下也很容易被探測到。用于ZULF NMR的傳感器，通常是光泵磁強計，高靈敏度，易于使用，它們已經在商業上可用。因此，組裝ZULF核磁共振譜儀相對簡單。
佩劍接力:像接力棒一樣傳遞旋轉指令
然而，產生的核磁共振信號是一個需要處理的問題。迄今為止所使用的產生信號的方法只適用于有限的化學物質的分析，否則成本過高。出于這個原因，Barskiy決定利用超極化技術SABRE，該技術可以在溶液中大量對齊核自旋。有許多這樣的技術可以產生足以在ZULF條件下檢測的信號。其中的SABRE，是可逆交換信號放大的縮寫，已被證明是特別適合的。SABRE技術的核心是一種銥金屬配合物，它介導了自旋順序從對氫到襯底的轉移。Barskiy通過使用SABRE- relay(最近對SABRE技術的改進)，成功地避免了樣品與復合物臨時綁定的缺點。在這種情況下，SABRE被用來誘導極化，然后傳導到二級襯底。
自旋化學是物理和化學的結合
他們的論文題為“零場核磁共振的繼電器超極化”發表在科學的進步丹尼拉·巴爾斯基博士、第一作者埃里克·范·戴克以及他們的合著者報告了他們如何能夠從伏特加樣品中提取甲醇和乙醇的信號。Barskiy總結道:“這個簡單的例子展示了我們如何能夠通過一種廉價、快速和通用的超極化方法擴大ZULF NMR的應用范圍。”“我們希望，我們已經成功地接近了我們的目標，使開發緊湊、便攜的設備成為可行的，可以用于分析液體，如血液和尿液，在未來，可能賦予特定的化學物質，如葡萄糖和氨基酸的區分。”
Danila Barskiy在2020年獲得了亞歷山大·馮·洪堡基金會的Sofja Kovalevskaja獎，并因此從加州大學伯克利分校搬到美因茨，在那里他開始在JGU物理研究所和HIM的Dmitry Budker教授的團隊進行研究。Barskiy活躍在物理化學領域，并領導了一個研究小組，專注于核磁共振在化學、生物和醫學方面的可能應用。
