Name: Xenón hiperpolarizado para RMN y MRI Aplicaciones (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-09-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 20 s
Description: Aprende a producir xenón hiperpolarizado mediante bombeo óptico de intercambio de espín con vapor de rubidio para aplicaciones de RMN y MRI. Este método mejora la sensibilidad y especificidad molecular en espectroscopía e imagen por resonancia magnética.

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Este proyecto de investigación ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación en el Programa de la Comunidad Europea Séptimo Programa Marco (FP7/2007-2013) / ERC acuerdo de subvención n ° 242710 y fue apoyado además por el Human Frontier Science Program y el Programa Emmy Noether del alemán Research Foundation (CDRH 995/2-1).

<ol><li>Schröder, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Xenon+for+NMR+biosensing+-+Inert+but+alert%5BTitle%5D)+AND+%22Phys+Med%22%5BJournal%5D)">Xenon for NMR biosensing - Inert but alert.</a> Phys Med. , (2011).</li>
<li>Viale, A., Reineri, F., Santelia, D., Cerutti, E., Ellena, S., Gobetto, R., Aime, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+agents+for+advanced+MRI+investigations%5BTitle%5D)+AND+%22Q+J+Nucl.+Med.+Mol.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized agents for advanced MRI investigations.</a> Q J Nucl. Med. Mol. Imaging. 53, 604-617 (2009).</li>
<li>Walker, T. G., Happer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spin-exchange+optical+pumping+of+noble-gas+nuclei%5BTitle%5D)+AND+%22Rev.+Mod.+Phys%22%5BJournal%5D)">Spin-exchange optical pumping of noble-gas nuclei.</a> Rev. Mod. Phys. 69, 629-642 (1997).</li>
<li>Albert, M. S., Cates, G. D., Driehuys, B., Happer, W., Saam, B., Springer, C. S. Jr, Wishnia, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Biological+magnetic+resonance+imaging+using+laser-polarized+129Xe%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe.</a> Nature. 370, 199-201 (1994).</li>
<li>Cherubini, A., Bifone, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarised+xenon+in+biology%5BTitle%5D)+AND+%22Progr.+NMR+Spectrosc%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarised xenon in biology.</a> Progr. NMR Spectrosc. 42, 1-30 (2003).</li>
<li>Goodson, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nuclear+magnetic+resonance+of+laser-polarized+noble+gases+in+molecules%2C+materials%2C+and+organisms%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Nuclear magnetic resonance of laser-polarized noble gases in molecules, materials, and organisms.</a> J. Magn. Reson. 155, 157-216 (2002).</li>
<li>Nikolaou, P., Whiting, N., Eschmann, N. A., Chaffee, K. E., Goodson, B. M., Barlow, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Generation+of+laser-polarized+xenon+using+fiber-coupled+laser-diode+arrays+narrowed+with+integrated+volume+holographic+gratings%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Magn.+Reson%22%5BJournal%5D)">Generation of laser-polarized xenon using fiber-coupled laser-diode arrays narrowed with integrated volume holographic gratings.</a> J. Magn. Reson. 197, 249-254 (2009).</li>
<li>Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Mugler, J. P. III <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+lung+physiology+with+xenon+polarization+transfer+contrast+%28XTC%29%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Probing lung physiology with xenon polarization transfer contrast (XTC).</a> Magn. Reson. Med. 44, 349-357 (2000).</li>
<li>Driehuys, B., Cofer, G. P., Pollaro, J., Mackel, J. B., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+alveolar-capillary+gas+transfer+using+hyperpolarized+129Xe+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Imaging alveolar-capillary gas transfer using hyperpolarized 129Xe MRI.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 18278-18283 (2006).</li>
<li>Spence, M. M., Rubin, S. M., Dimitrov, I. E., Ruiz, E. J., Wemmer, D. E., Pines, A., Yao, S. Q., Tian, F., Schultz, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functionalized+xenon+as+a+biosensor%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Functionalized xenon as a biosensor.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 10654-10657 (2001).</li>
<li>Schröder, L., Lowery, T. J., Hilty, C., Wemmer, D. E., Pines, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+imaging+using+a+targeted+magnetic+resonance+hyperpolarized+biosensor%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Molecular imaging using a targeted magnetic resonance hyperpolarized biosensor.</a> Science. 314, 446-449 (2006).</li>
<li>Schrank, G., Ma, Z., Schoeck, A., Saam, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+a+low-pressure+high-capacity+129Xe+flow-through+polarizer%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+A%22%5BJournal%5D)">Characterization of a low-pressure high-capacity 129Xe flow-through polarizer.</a> Phys. Rev. A. 80, 063424(2009).</li>
<li>Levron, D., Walter, D. K., Appelt, S., Fitzgerald, R. J., Kahn, D., Korbly, S. E., Sauer, K. E., Happer, W., Earles, T. L., Mawst, L. J., Botez, D., Harvey, M., DiMarco, L., Connolly, J. C., Möller, H. E., Chen, X. J., Cofer, G. P., Johnson, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Magnetic+resonance+imaging+of+hyperpolarized+129Xe+produced+by+spin+exchange+with+diode-laser+pumped+Cs%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Magnetic resonance imaging of hyperpolarized 129Xe produced by spin exchange with diode-laser pumped Cs.</a> Appl. Phys. Lett. 73, 2666(1998).</li>
<li>Zhou, X., Sun, X. P., Luo, J., Zeng, X. Z., Liu, M. L., Zhan, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+of+Hyperpolarized+129Xe+Gas+Without+Nitrogen+by+Optical+Pumping+at+133Cs+D2+Line+in+Flow+System%5BTitle%5D)+AND+%22Chin.+Phys.+Lett%22%5BJournal%5D)">Production of Hyperpolarized 129Xe Gas Without Nitrogen by Optical Pumping at 133Cs D2 Line in Flow System.</a> Chin. Phys. Lett. 21, 1501-1503 (2004).</li>
<li>Zhou, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hyperpolarized+noble+gases+as+contrast+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Hyperpolarized noble gases as contrast agents.</a> Methods Mol. Biol. 771, 189-204 (2011).</li>
<li>Seltzer, S. J., Michalak, D. J., Donaldson, M. H., Balabas, M. V., Barber, S. K., Bernasek, S. L., Bouchiat, M. A., Hexemer, A., Hibberd, A. M., Kimball, D. F., Jaye, C., Karaulanov, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+antirelaxation+coatings+for+alkali-metal+vapor+cells+using+surface+science+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Chem.+Phys%22%5BJournal%5D)">Investigation of antirelaxation coatings for alkali-metal vapor cells using surface science techniques.</a> J. Chem. Phys. 133, 144703(2010).</li>
</ol>

No hay conflictos de interés declarado.

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...

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 experimentos de estado de solución. Un componente esencial es una intensa fuente de luz que emiten fotones infrarrojos de 795 nm. Matrices de diodos láser (LDA) son dispositivos convenientes que proporcionan salida de alta potencia&gt; 100 W a un costo razonable. En muchas configuraciones, la LDA está emitiendo en una fibra óptica que más o menos conserva la polarización de the de luz láser. Para garantizar un proceso de SEOP suficiente esta polarización elíptica debe ser convertido en polarización circular de alta pureza. Los principales componentes de la óptica de polarización se muestran en las Figuras 1 y 2 y la configuración del sistema se explica esquemáticamente en la película suplementario 1. Para polarizar la luz circularmente que sujetar primero el extremo de la fibra óptica a una expansión primaria de haz (por ejemplo, un colimador de fibra) para reducir la densidad de potencia. La luz pasa a través de un divisor de haz polarizante cubo, la generación de luz linealmente polarizada. Mediante la rotación de este cubo se puede determinar el eje preferido de la polarización remanente con un medidor de potencia. Máxima de transmisión corresponde a la situación en la que se alinea el eje rápido del cubo con el eje de polarización de luz principal. Cubos con altos coeficientes de extinción (100.000: 1 o mejor) proporcionar una buena separación de los componentes de polarización. Esto se puede comprobarutilizando un cubo divisor de haz segundos como un analizador que es girado mientras que el primero está alineado para la transmisión máxima de la viga extra-ordinario. Una vez que la polarización lineal de la luz transmitida ha sido confirmada, una placa en onda λ / 4 diseñado para 795 nm se introduce en el haz extraordinaria para convertir lineal en polarización circular. Para este propósito, el eje rápido de la placa de onda es girado por 45 ° con relación al eje del cubo divisor de haz rápido. (Si se desea, la polarización circular del haz reflejado ordinaria con su eje de polarización lineal perpendicular a la viga extra-ordinaria se puede lograr de una manera similar.) La calidad de la polarización circular se puede probar con un cubo divisor de haz segundos que debería suministrar la transmisión constante después de la rotación. Una óptica de haz secundario de expansión (por ejemplo, dos lentes en una configuración de telescopio de Galileo), entonces aumenta el diámetro del haz a completamente illuminate la celda de vidrio para el proceso de bombeo en el interior de una caja de horno. La absorción de la luz láser por Rb vapor en la celda se controla a través de un agujero de pasador detrás de la célula de bombeo en el extremo de la caja: un colimador recoge una atenuado haz IR a analizar con un espectrómetro óptico (ver Figura 3 para el bombeo de configuración celular ). Un mecanismo de calentamiento fuera de la célula de bombeo parcialmente vaporiza una gotita Rb sentado dentro de la célula (Figura 4a) y por lo tanto hace que la absorción de luz láser. Densidad del vapor que se puede ajustar a través del punto de consigna de calefacción del controlador PID respectivo. Las altas temperaturas (aprox. 190 ° C) son buenas para instalaciones compactas en las que el xenón tiene una cantidad limitada de tiempo para construir la polarización. La mezcla de gas que contiene Xe, N 2 y El fluye a través de la célula de bombeo opuesto a la dirección del haz láser (Figura 3). Un campo magnético externo alineado con el haz láser asegura que the fotones infrarrojos están bombeando sólo una transición Rb. La relajación de los estados electrónicos es rápido y debe ser no radiativa para evitar la emisión de fotones IR con &quot;equivocado&quot; polarización. Aquí, el 2 N entra en juego como un gas de enfriamiento rápido. Eventualmente, el sistema Rb se acumula un exceso de población de uno de los subniveles del estado fundamental, mientras que el otro está continuamente agotado por el láser (Figura 5). Xenon ponerse en estrecho contacto con los átomos de Rb experimenta interacciones spin-spin y la polarización de espín de electrones se transfiere a núcleos de Xe en los flip-flops procesos. El gas hiperpolarizado que fluye hacia fuera de la célula de bombeo contiene trazas de vapor de Rb que el condensado en la pared del tubo dentro de unos pocos cm de la salida debido a la baja temperatura (similar a la Figura 4b). En aplicaciones in vivo, sin embargo, requeriría la eliminación adicional del metal alcalino (por ejemplo, a través de una trampa de frío), mientras que in vitro experimeNTS puede realizarse con seguridad con el gas cuando sale del hiperpolarizador. Tubo de Teflon conecta la salida polarizador con la entrada de un aparato de vidrio para llevar a cabo experimentos de RMN en soluciones de prueba. Controladores de flujo másico se utilizan para ajustar la cantidad de Xe que fluye en la configuración de la RMN. Son provocados por comandos en la secuencia de pulsos de RMN. Después de comprobar la mejora de la polarización alcanzada, el gas puede ser usado como un agente de contraste de RMN / RM experimentos en estado de solución. Xe tiene una cierta solubilidad en agua (4,5 mM / atm) y otros disolventes. Por lo tanto, ya puede servir por sí mismo como un agente de contraste para visualizar la distribución de algunos líquidos. Sin embargo, también es posible unir los núcleos de RMN-activo a ciertas moléculas con el fin de adquirir molecular específico de información a través del gas inerte lo contrario. Al proporcionar un anfitrión molecular para el Xe disuelto, es posible conferir la especificidad molecular para la señal de Xe NMR. Esto proporciona la oportunidad deagentes de contraste diseño funcionalizadas - también llamado biosensores - cuando dicha estructura de acogida está acoplado a una unidad de dirección que se une a los analitos específicos de interés biomédico (Figura 6). Mejora de la sensibilidad se requiere más cuando el biosensor debe ser detectado en concentraciones que son bajos para los agentes de contraste de RM (&lt;100 mM). Esto se puede conseguir por intercambio químico de transferencia de saturación (CET). Este método detecta el biosensor indirectamente mediante la destrucción de la magnetización de la jaula Xe y observando el cambio de la señal de Xe libre en solución. Puesto que los núcleos hiperpolarizado se reemplazan continuamente después de algunos 10 ms, la transferencia de muchos núcleos de 100 hasta 1000 la información a la piscina detectado y amplificar la señal de ca. 10 3-veces (ver película 2).

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

xenón hiperpolarizado para rmn y mri aplicaciones

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

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. &lt;/ P&gt;

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.

Xenón hiperpolarizado para RMN y MRI Aplicaciones

La espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN) y las imágenes por resonancia magnética (IRM) adolecen de una baja sensibilidad intrínseca debido a que incluso los campos magnéticos externos intensos de ~10...

El objetivo general del siguiente experimento es producir xenón hiperpolarizado y realizar mediciones de RMN y MRI con sensibilidad mejorada. Esto se logra mediante un proceso denominado bombeo óptico por intercambio de espín con vapor de rubidio para alcanzar una alta polarización del espín nuclear del xenón. Como segundo paso, se comparan las señales de RMN adquiridas con las de una muestra de xenón polarizada térmicamente, lo que permite cuantificar la polarización alcanzada.A continuación, se realizan experimentos de espectroscopia e imagen por resonancia magnética nuclear para demostrar una alta sensibilidad y especificidad molecular. Se obtienen resultados que muestran que el xenón puede utilizarse como agente de contraste en resonancia magnética nuclear, tanto en fase gaseosa como disuelto en estado de solución, basándose en esquemas de detección novedosos como el efecto hiperpolarizado. La principal ventaja de esta técnica frente a métodos existentes como la imagen por resonancia magnética de protones es que el xenón puede detectarse a concentraciones mucho más bajas y con alta especificidad respecto a su entorno molecular, gracias a la posibilidad de diseñar agentes de contraste funcionalizados que se unen a una molécula diana específica.Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el diagnóstico de diversas enfermedades. Por lo tanto, esta técnica puede proporcionar información sobre la imagenología en fase gaseosa de R. También puede aplicarse a experimentos en estado de solución para la detección de ciertos analitos.Por lo general, las personas nuevas en esta técnica tendrán dificultades porque no existe documentación detallada de muchos pasos de preparación. Evitar la oxidación del rubidio durante el procedimiento de carga y durante la operación del hipercalentador es fundamental en este procedimiento para mantener el rubidio bajo una atmósfera inerte. El procedimiento de carga se realiza en una cabina de gas inerte y el conjunto del gas hipercalentizador se mantiene bajo una atmósfera protectora de argón.Para comenzar este protocolo, prepare una celda de bombeo óptico en una caja de guantes como se describe en el procedimiento escrito. Junto con este video, verifique la presencia de oxígeno no deseado en la caja de guantes encendiendo una bombilla con un filamento expuesto a la atmósfera; debe ser seguro manipular el rubidio si no se observa humo procedente del filamento incandescente. Rompa una ampolla de rubidio y derrita el metal alcalino con una pistola de calor.Absorba un poco de rubidio líquido con una punta de pipeta e inyéctelo en la celda de bombeo antes de retirar la celda de la cabina con guantes. Tal como se indica en el texto, conecte el dispositivo de calentamiento a la base de la celda y verifique que el dispositivo de calentamiento, junto con su termopar, tenga un buen contacto térmico con ella. Utilizando un haz visible de alineación, conecte la celda al conjunto del polarizador, asegurándose de que quede alineada con la trayectoria del haz láser que ilumina la celda durante el proceso de bombeo.Finalmente, conecte un termopar a la parte superior de la celda. Evacúe las conexiones del tubo hasta las válvulas de entrada y salida de la celda de bombeo. Después de alcanzar una presión inferior a 30 × 10⁻³ mbar.Purgue las líneas con evacuación repetida de argón y purga tres veces con el tanque de argón abierto a la entrada de la celda de bombeo. Abra lentamente la válvula de entrada y salida de la celda. Abra cuidadosamente la válvula de salida del polarizador un poco para establecer un flujo de argón de aproximadamente un litro estándar por minuto a través del colector, y mantenga este flujo durante dos minutos.Después de cerrar la válvula de salida del polarizador y la conexión de entrada al tanque de Argonne, encienda el calentador de la celda de bombeo para vaporizar la gota de rubidio. A continuación, abra la conexión de la mezcla de gas xenón al montaje del polarizador. El regulador del tanque debe ajustarse a aproximadamente 3,5 bar de presión sobrante.Encienda el láser y luego sintonice su longitud de onda emitida a aproximadamente 794,8 nanómetros ajustando la temperatura establecida del refrigerante del diodo. Monitoree el perfil del láser mediante un espectrómetro óptico. Encienda el campo magnético alrededor de la celda de bombeo mientras monitorea el perfil del láser; la transmisión debe aumentar inmediatamente, ya que el campo provoca un bombeo óptico selectivo; espere a que todas las temperaturas se estabilicen.El polarizador ya está listo para usarse. Esta animación resume la configuración general para la bomba óptica por intercambio de espín. El haz láser se amplía primero en diámetro mediante un expandidor de haz primario y atraviesa un cubo divisor de haz polarizante o PBC; la rotación de este cubo cambia las intensidades relativas de los haces ordinario y extraordinario para la posición con transmisión máxima.El eje rápido del PBC está alineado con el eje de polarización dominante de la luz entrante. La polarización lineal de la luz transmitida puede comprobarse utilizando un segundo PVC como analizador. La inserción de una placa de cuarto de onda convierte la polarización lineal en polarización circular.Si su eje rápido está girado 45 grados con respecto al eje rápido del primer PBC, la intensidad de la luz transmitida ahora debería ser independiente de la rotación del segundo cubo. Al eliminar los componentes analizadores y reemplazarlos por un expansor de haz secundario, se obtiene el diámetro de haz adecuado para iluminar la celda de bombeo.Una gota de rubidio colocada en esta celda se vaporiza parcialmente. Una vez que se enciende un calentador externo a la celda, la mezcla de gas xenón que fluye a través del sistema en dirección opuesta al haz láser distribuye este vapor por toda la celda sin la presencia de un campo magnético. Esto provoca una excitación general D uno de los átomos de rubidio y una fuerte absorción de la luz láser.Activar el campo magnético permite la bombeo selectivo de solo una transición entre los subniveles magnéticos ahora definidos. Para prepararse para una medición de RMN, introduzca un tubo de ensayo con agua en la sonda de RMN. Realice el ajuste y la adaptación del circuito de radiofrecuencia o circuito RF para el canal del protón y del xenón, utilizando la señal del agua.Con la rutina automatizada de ajuste del nivel del interfaz de usuario de RM, sustituya la muestra de agua por el fantasma de flujo de gas. Conecte el tubo de salida del polarizador a la entrada del fantasma de prueba con sus cinco capilares para inyectar el xenón, y el tubo de ventilación de gas a la conexión con el controlador de flujo másico. Asegúrese de que los controladores de flujo de gas estén configurados en posición de cierre y abra lentamente la válvula de salida del polarizador para presurizar el fantasma.Establezca el caudal en aproximadamente 0,5 litros estándar por minuto. Para iniciar un flujo continuo a través del fantasma y determinar la longitud requerida del pulso de excitación, adquiera una serie de señales de decaimiento por inducción libre o FID con el espectrómetro de RMN. Utilice un pulso duro que sea aproximadamente el 50 % de la potencia máxima nominal para la sonda y diversas longitudes de excitación; en este caso, se utiliza un pulso duro con una atenuación de 10 decibelios.Introduzca los parámetros del experimento según se indican en el protocolo escrito que acompaña a este video. Después de reducir el flujo a 0,1 litros estándar por minuto, aumente el tiempo de repetición a 15 segundos y deje los demás parámetros sin cambios. Adquiera un conjunto de datos con 16 escaneos de FID mientras el xenón hiperpolarizado fluye a través de la muestra.Realice la transformada de Fourier y mida la integral del pico en el espectro. Anote la frecuencia de resonancia del pico del gas en hercios. A continuación, evacúe un tubo NMR de pared gruesa equipado con una válvula para presión baja y llénelo con aproximadamente dos bares de presión superior de xenón puro.Vacíe el sistema de gas que contiene el tubo de RMN y llene aproximadamente 0,2 bar de oxígeno puro sobre el xenón dentro del tubo de RMN. Sustituya el fantasma de flujo de gas previamente utilizado en el imán de RMN por este tubo de RMN de baja presión y repita la misma medición realizada con el fantasma de flujo de gas. Esto proporcionará la intensidad de referencia de la señal de RMN para el Xon altamente concentrado polarizado térmicamente.Para realizar la solución de xenón, primero prepare una muestra de 50 a 200 micromolares de Khan, como se describe en el protocolo escrito. Tome aproximadamente 1,5 mililitros de esta solución y llene con ella el fantasma de flujo de gas, asegurándose de que las cinco capilares de sílice fundida permitan una burbujeo suficiente de la solución con la mezcla de gas xenón. Después de preparar el fantasma en la sonda de RMN, utilice una adquisición FID con el retardo adecuado.Impulsos de activación desde el espectrómetro para abrir y cerrar los controladores de flujo másico. Realice 16 o 32 repeticiones con un ancho espectral de 40 kilohercios centrado aproximadamente a 11 kilohercios hacia el campo descendente respecto a la frecuencia de resonancia del gas determinada previamente; la lectura de FID debe ser de 500 a 1000 milisegundos. Transforme mediante transformada de Fourier el FID para obtener el conjunto de espectros.El valor de desplazamiento químico para la fase gaseosa, que es la señal más a la derecha respecto a cero PPM. Anote la frecuencia de la señal intensa de la solución, que es la señal más a la izquierda, en hercios y PPM. También anote el desplazamiento entre esta señal en delta solución y la señal del xenón encapsulado en delta jaula.La animación mostrada aquí explica el efecto sess. Las jaulas K Khan actúan como huéspedes moleculares para atrapar átomos de xenón, los cuales cambian su frecuencia de resonancia tras este evento de unión. Representado aquí como una transición del azul al verde, una primera adquisición de RMN determina la cantidad de xenón no unido como señal de referencia.A continuación, un pulso de saturación selectivo que afecta únicamente al xenón atrapado destruye su magnetización. Dado que la unión del xenón es un proceso reversible, un pulso prolongado anula la magnetización de muchos átomos, y una segunda adquisición de RMN revela una disminución significativa de la señal procedente del xenón libre en comparación con la señal de referencia. Después de preparar la muestra de RMN según se describe en el protocolo escrito, seleccione una secuencia de imagen por eco de plano de disparo único para obtener imágenes rápidas.Es posible que sea necesario modificar esta secuencia para incluir retrasos y pulsos de disparo del espectrómetro para abrir y cerrar. Los controladores de flujo másico permiten aproximadamente de 15 a 20 segundos de burbujeo con 0,1 litro estándar por minuto y un retraso de espera subsiguiente de cinco a ocho segundos para que las burbujas desaparezcan, seguido de la resonancia magnética y el recubrimiento. Establezca el núcleo de detección en xenón 1 29 en el canal X y la frecuencia del transmisor observador al valor determinado para la señal de la solución.Utilizando la herramienta de cálculo de pulsos de RF, convierta los parámetros de pulso empleados en las mediciones de espectroscopía en la excitación utilizada en la secuencia de imagen. Abra el módulo de preparación CST, un módulo modificado de transferencia de magnetización para la preparación de la señal, y active un pulso pre-SAT de onda continua. Realice dos escaneos en orientación transversal, estableciendo la frecuencia portadora de este pulso de saturación una vez en delta cage igual a delta solución menos delta omega y otra vez en delta control igual a delta solución más delta omega.Mediante una herramienta de postprocesamiento de imágenes, genere la imagen de diferencia hiper-CET restando la imagen con saturación en la jaula delta de la imagen con saturación en el control delta. El resultado debe resaltar únicamente las áreas donde estuvo presente el huésped de xenón.La calidad del proceso de bombeo óptico se puede monitorear activando y desactivando el campo magnético alrededor de la celda. Dependiendo de la potencia del láser y de la temperatura de la celda, se observa una absorción casi completa con el campo magnético desactivado y ocurre aproximadamente una transmisión del 30 % con el campo activado. Para un sistema de RMN que opera a 9,4 Tesla.La mejora de la señal debería ser aproximadamente 16 000 veces al comparar xenón térmicamente polarizado con xenón hiperpolarizado, lo que corresponde a una polarización de espín de aproximadamente el 15 %. El espectro de RMN de 129Xe de una solución de A-D-M-S-O que contiene 213 micromolares de un huésped molecular debe exhibir una señal de xenón atrapado con una relación señal-ruido de aproximadamente 10 para 16 adquisiciones. El conjunto de datos de MRI hyper zest muestra intensidad de señal completa en la imagen de control fuera de resonancia y disminución de señal en las áreas que contienen la molécula huésped de xenón. En la imagen de saturación en resonancia, la imagen de diferencia muestra exclusivamente las áreas que respondieron al pulso de saturación.Al intentar este procedimiento, es importante recordar garantizar una iluminación láser adecuada de la celda de bombeo. Esta técnica puede allanar el camino para que los investigadores en el campo de la imagenología por RMN exploren la detección de alta sensibilidad de analitos bioquímicos y soluciones de prueba, cultivos celulares y potencialmente animales vivos. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo producir xenón hiperpolarizado para experimentos de RMN.No olvide que trabajar con rubidio puede ser extremadamente peligroso y que siempre se deben tomar precauciones, como la protección contra la oxidación descontrolada, durante todo este procedimiento.

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