Xenón hiperpolarizado para RMN y MRI Aplicaciones

Resumen

La producción de xenón hiperpolarizado por medio de intercambio de espín óptica de bombeo (SEOP) se describe. Este método produce un ~ 10000-veces el aumento de la polarización de espín nuclear de Xe-129 y tiene aplicaciones en espectroscopia de resonancia magnética nuclear y de imagen. Ejemplos de fase gas y los experimentos solución de estado se dan.

Resumen

Resonancia magnética nuclear (RMN) y espectroscopia de resonancia magnética (RM) sufren de baja sensibilidad intrínseca porque incluso fuertes campos magnéticos externos de ~ 10 T generar sólo una pequeña detectable red de magnetización de la muestra a temperatura ambiente ^1. Por lo tanto, la mayoría de las aplicaciones de NMR y MRI se basan en la detección de moléculas en concentración relativamente alta (por ejemplo, agua para la formación de imágenes de tejido biológico), o requieren tiempos excesivos de adquisición. Esto limita nuestra capacidad de explotar la especificidad molecular muy útil de señales de RMN para muchas aplicaciones bioquímicas y médicas. Sin embargo, nuevos enfoques han surgido en los últimos años: La manipulación de las especies de giro detectados antes de la detección en el interior del imán de RMN / MRI puede aumentar drásticamente la magnetización y por lo tanto permite la detección de moléculas a una concentración mucho más baja ^2.

Aquí, se presenta un método para la polarización de una mezcla de gas xenón (2-5% Xe, 10%N _2, El balance) en una configuración compacta con una ca. 16000-fold aumento de la señal. Moderna línea de estrechamiento de láseres de diodo de polarización permitir eficiente ⁷ y el uso inmediato de la mezcla de gas, incluso si el gas noble no se separa de los otros componentes. El aparato SEOP se explica y determinación de la polarización de espín logrado se demuestra para el control de la ejecución del método.

El gas hiperpolarizado se puede utilizar para obtener imágenes de espacio vacío, incluyendo formación de imágenes de flujo de gas o estudios de difusión en las interfaces con otros materiales ^8,9. Además, la señal de RMN Xe es extremadamente sensible a su entorno molecular ^6. Esto permite la opción de usarlo como un agente de contraste de RMN / RM cuando se disuelve en solución acuosa con funcionalizados anfitriones moleculares que temporalmente atrapar el gas de ^10,11. La detección directa y de alta sensibilidad de detección indirecta de tales construcciones se demuestra tanto en modo espectroscópico y de imagen. </ P>

Introducción

Agentes hiperpolarizados están ganando cada vez más atención por NMR / MRI aplicaciones ya que puede resolver el problema de la sensibilidad en determinadas circunstancias ^2. Tres enfoques principales se utilizan actualmente (polarización nuclear dinámica, DNP, para-hidrógeno polarización inducida, PhIP y girar intercambio bombeo óptico, SEOP) que toda preparar una diferencia de giro población aumentó artificialmente fuera un imán RMN antes de la espectroscopia de imagen real o experimento . Aquí se describe la función y operación de una instalación de SEOP que se ha optimizado para la producción de Xe hiperpolarizado ¹²⁹ utilizado en los experi....

Protocolo

1. Preparación de la instalación de SEOP

Rubidio deben ser llevados en la célula de bombeo óptico, para facilitar la transferencia de polarización de la luz láser para xenón. Debido a su alta reactividad Este proceso debe realizarse sin la Rb entrar en contacto con el oxígeno o el agua, de lo contrario, no se oxidan y se polarizará Xe. Precaución adicional debe ser tomado como Rb reacciona violentamente con el agua.

1. Si la célula óptica se ha utilizado anteriormente que se recubre con una capa de óxido de Rb y Rb, como se puede ver en la Figura 4b. La célula primero debe estar limpio antes de su uso. Cerrar la e....

Discusión

Aspectos críticos en la preparación de xenón hiperpolarizado son impurezas de oxígeno en el colector de gas, incluyendo la célula de bombeo y la iluminación suficiente de la célula con luz polarizada circularmente. La prueba de la bombilla mencionado anteriormente es una manera simple de detectar concentraciones perjudiciales de oxígeno durante la transferencia de rubidio. El metal alcalino puede perder su superficie brillante por la vez que se instala en la celda del polarizador. Sin embargo, la vaporización suficiente.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Nombre del reactivo	Empresa	Número de catálogo	Comentarios (opcional)
Rb lingote	Sigma-Aldrich	276332-1G
P 4 O 10	Sigma-Aldrich	79610-500G
Ar	Praxair
Xe	Sigma-Aldrich	00472-1EA
O 2	Sigma-Aldrich	00476-1EA
Sistema láser	Los láseres QPC / Operaciones láser	Brightlock 50
Sistema de vacío	Pfeiffer	HiCube
Termopares	NewportOmega	SA2F-KI-3M
Silicio calentador	Newport Omega	FMA5514
Transductor de presión	Newport Omega	PR 33X-V-10
Proceso de metro	Newport Omega	INFCP-100B
Controladores de flujo másico	Newport Omega	MFC
Controladores PID	Newport Omega	CN7800
Software de Control	Newport Omega	DASYLab
Adquisición de datos	Newport Omega	Daqboard 3000
Sensor de vacío	Oerlikon	TTR91
Controlador de Vacío	Vacom	MVC-3
Colimador de haz	Thorlabs	F810SMA-780
Divisor de haz polarizante cubo	Thorlabs	GL15-B
λ / 4 de onda placa	Thorlabs	WPQ10M-780
Lentes de haz de expansión	Thorlabs
Espectrómetro óptico	Ocean Optics	HR4000
Fibra óptica	Ocean Optics
Baja presión tubo de RMN	Wilmad	513-7LPV-7
Tubo de RMN de 5 mm	Sigma-Aldrich	HX58.1
Bobinas de Helmholtz	Phywe	06960-00
Fused silica capilares	Polymicro	TSG 250350