Name: NMR과 MRI 응용 프로그램 용 Hyperpolarized 지논 (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-09-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 20 s
Description: 배우세요 SEOP 기법을 이용해 고분극화 제논을 제조하고 NMR 및 MRI 측정을 수행하는 방법을. 루비듐 증기를 활용해 핵자기 분극을 극대화하여 고감도 분자 영상 분석이 가능합니다.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

이 연구 프로젝트는 유럽 공동체의 7 번째 프레임 워크 프로그램 (FP7/2007-2013) / ERC 보조금 협정 N ° 242710 아래에있는 유럽 연구위원회의 자금 지원을 받아했으며 추가로 인간 프론티어 과학 프로그램과 독일의 에미 Noether 프로그램에 의해 지원되었다 연구 재단 (SCHR 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>

관심 없음 충돌이 선언 없습니다.

hyperpolarized 크세논의 준비에 중요한 측면은 펌핑 셀 및 circularly 편광과 세포의 충분한 조명을 포함한 가스 매니 폴드에 산소 불순물 수 있습니다. 위에서 언급 한 전구 검사 루비듐를 전송하는 동안 해로운 산소 농도를 감지하는 간단한 방법입니다. 알칼리 금속은 셀이 편광판에 설치되어있는 시간까지의 반짝이는 표면을 상실 할 수 있습니다. . 한 번, 그러나, 비 산화 RB의 충분한 기화가 감소 레이저 전송 (처음으로 신선한 셀을 가열 때, 그 CA의 추가 온도 상승 20 ° C는 기화 과정을 시작하는 데 필요한 될 수에 의해 모니터링 할 수 있습니다 레이저 흡수)는 세트 포인트가 감소해야 시작합니다. 자기장의 존재에 거의 완벽한 레이저 흡수 inhomogeneous 세포 조명과 나쁜 XE의 과대을 일으킬 수 초과 RB 증기 밀도와 셀에 하나 이상의 지역을가 있다는 것을 나타냅니다rpolarization. 셀을 통해 약 30 %의 전송이 될 때까지 이러한 상황이 발생할 경우 히터의 온도를 줄입니다. <...

사람들이 특정 상황에서 2 감도 문제를 해결할 수 있기 때문에 Hyperpolarized 요원이 NMR / MRI 응용 프로그램 증가 관심을 받고있다. 모두가 전에 실제 분광이나 이미징 실험 NMR 자석 밖에서 인위적으로 증가 스핀 인구 차이를 준비하는 세 가지 주요 방법은 현재 (및 교환 광학 펌핑, SEOP를 돌리다; 파라 수소 유도 분극, PHIP 동적 핵 분극, DNP) 사용 . 여기 솔루션 상태 실험에 사용 hyperpolarized 129 XE의 생산에 최적화 된 SEOP 설정의 기능과 작동에 대해 설명합니다. 필수 구성 요소는 795 nm의에서 적외선 광자를 방출 강렬한 광원입니다. 레이저 다이오드 어레이 (LDA)는 높은 전력 출력을 저렴한 비용으로&gt; 100 W를 제공 편리한 장치입니다. 많은 설정에서 LDA는 더 많거나 적은이 일의 편광을 유지하는 광학 섬유로 배출된다전자 레이저 빛. 충분한 SEOP 과정을 보장하는 방법이 타원형 양극화는 고순도의 원형 편광으로 변환해야합니다. 편광 광학의 주요 구성 요소는 그림 1과 2에 표시된 시스템을 설정하는 것은 보충 영화 1 개략적으로 설명되어 있습니다. circularly 빛을 극성을하기 위해 먼저 전력 밀도를 줄이기위한 기본 빔 확장 광학 (예를 들어, 섬유 콜리메이터)에 섬유 끝을 연결합니다. 빛는 선형 편광을 생성, 편광 빔 스플리터 큐브를 통과한다. 이 큐브를 회전함으로써 우리는 파워 미터와 나머지 양극화의 기본 축을 결정할 수 있습니다. 최대 전송 큐브의 빠른 축이 주요 빛의 편광 축과 정렬되어있는 상황에 해당합니다. 높은 흡광 계수 (100,000 : 1 이상)의 조각은 편광 구성 요소의 좋은 분리를 얻을 수 있습니다. 이것은 테스트 할 수 있습니다첫 번째는 특별히 일반 빔의 최대 전송을 위해 정렬하는 동안 회전 분석기로 두 번째 빔 스플리터 큐브를 사용합니다. 전송 빛의 선형 편광이 확정되면, 795 nm의 설계 λ / 4 파장 판은 원형 편광으로 선형 변환 할 수있는 매우 일반적인 빔에 소개되어 있습니다. 이러한 목적을 위해, 파장 판의 빠른 축이 45 ° 빔 스플리터 큐브 빠른 축에 상대적으로 회전합니다. (원하는 경우, 추가 - 일반 빔에의 선형 편광 축 수직으로 반영 일반 빔의 원형 편광은 비슷한 방식으로 달성 될 수있다.) 원형 편광의 품질은 회전시 일정한 전송을 얻을 수 있어야 두 번째 빔 스플리터 큐브로 테스트 할 수 있습니다. 보조 빔 확장 광학 (갈릴리 망원경 구성의 예를 들어 두 렌즈는) 다음 완전히 전으로 빔 직경을 증가오븐 상자 안에 펌핑 프로세스의 유리 셀을 lluminate. 셀에 RB 증기에 의한 레이저 빛의 흡수는 상자의 끝에있는 펌핑 셀 뒤에 핀 구멍을 통해 모니터링됩니다 콜리메이터는 (셀 설치를 펌핑을위한 그림 3 참조 광학 분석기로 분석 할 수있는 감쇠 IR 빔을 수집 ). 펌핑 셀 외부 가열 메커니즘은 부분적으로 세포 (그림 4A) 안에 앉아 RB 비말을 증발하기 때문에 레이저 광 흡수가 발생합니다. 증기의 밀도는 각각의 PID 컨트롤러의 가열 세트 포인트를 통해 조정할 수 있습니다. 높은 온도 (ca. 190 ° C) 크세논가 양극화를 구축 할 시간을 제한 금액이 작은 설정을위한 좋은 수 있습니다. XE, N 2, 그는이 포함 된 가스 혼합물은 레이저 빔 방향에 반대 펌핑 셀 (그림 3)을 통해 흐른다. 레이저 빔으로 정렬 외부 자기장은 그 일을 보장합니다전자 IR의 광자는 하나 RB의 전환을 펌핑하고 있습니다. 전자 상태의 휴식은 빠른과 &#39;잘못된&#39;양극화와 IR 광자의 방출을 피하기 위해 비 발광해야합니다. 여기서, N 2는 잃게 가스로서 플레이에 있습니다. 다른 하나가 지속적으로 레이저 (그림 5)에 의해 소모되는 동안 결국, RB 시스템은 지상 상태 sublevels 중 하나의 인구 과잉을 구축합니다. RB 원자에 가까운 접촉 점점 크세논은 스핀 - 스핀 상호 작용을 경험과 전자 스핀 분극은 플립 플롭 과정에서 XE의 핵에 전송됩니다. 펌핑 감방에서 흐르는 hyperpolarized 가스. 생체 응용 프로그램에서는 그러나, 추가 제거를 낮은 온도 (4B 파악하기 위해 이와 유사한 것)으로 인해 콘센트 몇 cm 내에서 튜브 벽에 응축이 필요한 것을 RB 증기의 흔적 금액이 포함되어 알칼리 금속 (감기에 트랩을 통해 예를 들어)의 체외 experime의 반면이 hyperpolarizer를 떠나는 즉시 국세청은 가스와 안전하게 수행 할 수 있습니다. 테플론 튜브 테스트 솔루션에 NMR 실험을 수행 할 수있는 유리 장치의 입구와 편광판 콘센트를 연결합니다. 질량 유량 컨트롤러는 NMR 설치에 흐르는 XE의 양을 조정하는 데 사용됩니다. 그들은 NMR 펄스 시퀀스 명령을에 의해 실행됩니다. 달성 편광 향상을 확인 후, 가스 솔루션 상태 실험에서 NMR / MRI 대비 에이전트로 사용할 수 있습니다. XE는 물에 특정 용해도 (4.5 MM / ATM) 및 기타 용제가 있습니다. 따라서 이미 액체의 분포를 표시 할 수 대비 요원으로 자체 검색 할 수 있습니다. 그러나, 다른 불활성 가스를 통해 분자 특정 정보를 취득하기 위해 특정 분자에 NMR-활성 핵을 연결하는 것도 가능합니다. 용해 XE에 대한 분자 호스트를 제공함으로써, XE NMR 신호에 분자 특이성을 부여 할 수 있습니다. 이 할 수있는 기회를 제공디자인 작용 대비 에이전트 - 또한, 바이오 센서라고 - 같은 호스트 구조가 생명 관심의 특정 analytes (그림 6)에 바인딩 대상 장치에 연결된다. 바이오 센서는 MR 대비 에이전트 (&lt;100 μM)에 대한 낮은 농도에서 감지해야 할 때 추가로 감도를 향상이 필요합니다. 이것은 화학 교환 포화 전송 (중부 유럽 표준시)에 의해 달성 될 수있다. 이 방법은 갇힌 XE의 자화를 파괴 및 솔루션에서 무료로 XE의 신호 변화를 관찰하여 간접적으로 바이오 센서를 감지합니다. hyperpolarized 핵은 지속적으로 감지 수영장로 일부 10 밀리, 많은 100-1000 핵 전송 정보를 한 후 교체 및 신호 CA를 증폭되기 때문입니다. 10 3 배 (영화 2 참조).

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 코멘트 (선택 사항) </td></tr><tr><td> RB의 주괴 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 276332-1G </td><td></td></tr><tr><td> P 4 O 10 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 79610-500G </td><td></td></tr><tr><td> 아르곤 </td><td> Praxair </td><td></td><td></td></tr><tr><td> XE </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 00472 - 1EA </td><td></td></tr><tr><td> O이 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> 00476 - 1EA </td><td></td></tr><tr><td> 레이저 시스템 </td><td> QPC 레이저 / 레이저 운영 </td><td> Brightlock 50 </td><td></td></tr><tr><td> 진공 시스템 </td><td> 파이퍼 </td><td> HiCube </td><td></td></tr><tr><td> 열전대 </td><td> 뉴 포트 (Newport)오메가 </td><td> SA2F-KI-300 </td><td></td></tr><tr><td> 실리콘 히터 </td><td> 뉴 포트 오메가 </td><td> FMA5514 </td><td></td></tr><tr><td> 압력 변환기 </td><td> 뉴 포트 오메가 </td><td> PR 33X-V-10 </td><td></td></tr><tr><td> 프로세스 미터 </td><td> 뉴 포트 오메가 </td><td> INFCP-100B </td><td></td></tr><tr><td> 질량 유량 컨트롤러 </td><td> 뉴 포트 오메가 </td><td> MFC </td><td></td></tr><tr><td> PID 조절기 </td><td> 뉴 포트 오메가 </td><td> CN7800 </td><td></td></tr><tr><td> 제어 소프트웨어 </td><td> 뉴 포트 오메가 </td><td> DasyLab </td><td></td></tr><tr><td> 데이터 수집 </td><td> 뉴 포트 오메가 </td><td> Daqboard 3000 </td><td></td></tr><tr><td> 진공 센서 </td><td> Oerlikon </td><td> TTR91 </td><td></td></tr><tr><td> 진공 컨트롤러 </td><td> VACOM </td><td> MVC-3 </td><td></td></tr><tr><td> 빔 콜리메이터 </td><td> Thorlabs </td><td> F810SMA-780 </td><td></td></tr><tr><td> 편광 빔 스플리터 큐브 </td><td> Thorlabs </td><td> GL15-B </td><td></td></tr><tr><td> λ / 4 파장 판 </td><td> Thorlabs </td><td> WPQ10M-780 </td><td></td></tr><tr><td> 빔 확장 렌즈 </td><td> Thorlabs </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 광학 분광계 </td><td> 바다 광학 </td><td> HR4000 </td><td></td></tr><tr><td> 광학 섬유 </td><td> 바다 광학 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 낮은 압력 NMR 관 </td><td> Wilmad </td><td> 513 - 7LPV-7 </td><td></td></tr><tr><td> 5mm NMR 관 </td><td> 시그마 - 알드리치 </td><td> HX58.1 </td><td></td></tr><tr><td> Helmholtz 코일 </td><td> Phywe </td><td> 06960-00 </td><td></td></tr><tr><td> 융합 siliCA 모세 혈관 </td><td> Polymicro </td><td> TSG 250,350 </td><td></td></tr></tbody></table>

nmr과 mri 응용 프로그램 용 hyperpolarized 지논

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

~ 10 T의 강한 외부 자기장은 실내 온도 1의 샘플 만 작은 감지 그물 자화를 생성하기 때문에 핵 자기 공명 (NMR) 분광법 및 이미징 (MRI)는 고유 낮은 감도로 고통 받고 있습니다. 따라서, 대부분의 NMR과 MRI 응용 프로그램은 상대적으로 높은 농도 (예를 들면, 물 생물 조직의 이미징을위한)에서 분자의 검출에 의존하거나 과도한 수집 시간을 필요로합니다. 이것은 많은 생화학 및 의료 응용 프로그램에 대한 NMR 신호의 매우 유용한 분자 특이성을 악용 할 수있는 능력을 제한한다. 그러나 소설의 접근 방식은 지난 몇 년간에 부상 : 감지 스핀 종의 조작을 사전에 NMR / MRI 자석 내부의 검출에 크게 자화를 증가하기 때문에 훨씬 낮은 농도 2 분자의 검출을 허용 할 수 있습니다. 여기, 우리는 크세논 가스 혼합물 (2-5% XE, 10 %의 편광하기위한 방법을 제시N 2, CA와 컴팩트 설정에서 그는 균형). 16,000 배 신호 강화. 고귀한 가스가 다른 구성 요소에서 분리되지 않은 경우에도 현대적인 라인 좁혀 다이오드 레이저는 효율적인 편광 7 가스 혼합물의 즉시 사용 할 수 있습니다. SEOP 장치가 설명되어 있으며 달성 스핀 분극의 결정은 방법의 성능 제어 시연합니다. hyperpolarized 가스는 가스 유량 영상 또는 기타 자료 8,9와 인터페이스의 확산 연구 등의 무효 공간 영상에 사용할 수 있습니다. 또한, XE NMR 신호는 분자 환경 6 매우 민감합니다. 이 일시적으로 가스에게 10,11 함정에 작용 분자 호스트와 수용액에 용해 할 때 NMR / MRI 대비 에이전트로 사용 할 수있는 옵션이 있습니다. 직접 감지 및 구조의 높은 감도 간접적으로 감지 spectroscopic 및 이미징 모두 모드에서 증명된다. &lt;/ P&gt;

광학 스핀 교환 (SEOP) 펌프에 의해 hyperpolarized 크세논의 생산 설명되어 있습니다. 이 방법은 XE-129의 핵 스핀 분극의 ~ 10,000 배 향상을 산출하고 핵 자기 공명 분광법 및 이미징에 응용 프로그램이 있습니다. 기상 및 솔루션 상태 실험의 예는 주어집니다.

NMR과 MRI 응용 프로그램 용 Hyperpolarized 지논

핵자기공명(NMR) 분광법과 영상법(MRI)은 약 10... 정도의 강한 외부 자기장에서도 내재적인 낮은 민감도로 인해 어려움을 겪습니다.

다음 실험의 전체적인 목표는 과분극된 xenon을 생성하고 민감도가 향상된 NMR 및 MRI 측정을 수행하는 것입니다. 이는 루비듐 증기를 이용한 스핀 교환 광펌핑(spin exchange optical pumping)이라는 과정을 통해 xenon 핵 스핀의 높은 분극도를 달성함으로써 이루어집니다. 두 번째 단계로, 획득한 NMR 신호를 열분극된 xenon 샘플의 신호와 비교하여 달성된 분극도를 정량화합니다.다음으로 높은 민감도와 분자 특이성을 입증하기 위해 NMR 분광법 및 영상 실험을 수행합니다. hyper zest와 같은 새로운 검출 방식을 기반으로, Xenon이 기체 상태와 용액 내 용해 상태 모두에서 NMR 조영제로 사용될 수 있음을 보여주는 결과가 도출되었습니다. 양성자 MR 영상과 같은 기존 방법과 비교하여 이 기술의 주요 장점은, Xenon을 훨씬 더 낮은 농도에서 검출할 수 있으며 분자 환경에 대해 높은 특이성을 가진다는 점입니다. 또한 특정 표적 분자에 결합하는 기능화된 조영제를 설계할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다.이 기술의 영향은 다양한 질환의 진단으로 확장됩니다. 따라서 이 기술은 기상 R 이미징에 대한 통찰을 제공할 수 있습니다. 또한 특정 분석물을 검출하기 위한 용액 상태 실험에도 적용될 수 있습니다.일반적으로 이 기술을 처음 접하는 사람들은 많은 준비 단계에 대한 상세한 문서가 제공되지 않기 때문에 어려움을 겪을 수 있습니다. 루비듐의 산화를 방지하기 위해 로딩 과정 및 하이퍼폴라라이징 작동 중에 루비듐을 불활성 분위기 속에 유지하는 것이 이 절차의 핵심 단계입니다. 로딩 절차는 글로브 박스 내에서 수행되며, 하이퍼폴라라이징 가스 단일 폴드는 보호 아르곤 분위기 하에 유지됩니다.이 프로토콜을 시작하려면, 서면 절차에 기술된 대로 글로브 박스 내에서 광 펌핑 셀을 준비하십시오. 이 비디오와 병행하여, 대기에 필라멘트가 노출된 전구를 켜서 글로브 박스 내에 원치 않는 산소가 있는지 확인하십시오. 달궈진 필라멘트에서 연기가 관찰되지 않는다면 루비듐을 취급해도 안전합니다. 루비듐 앰플을 깨뜨리고 히트건으로 알칼리 금속을 녹이십시오.파이프 헤드로 액체 루비듐을 흡입한 후, 글로브 박스에서 셀을 꺼내기 전에 펌핑 셀에 주입하십시오. 본문의 안내에 따라 셀 바닥에 가열 장치를 부착하고, 열전대(thermocouple)가 포함된 가열 장치가 셀과 적절한 열 접촉을 유지하고 있는지 확인하십시오. 가시광선 조준 빔을 사용하여 셀을 편광기 매니폴드에 연결하고, 펌핑 과정 동안 셀을 비추는 레이저 빔 라인과 정렬되었는지 확인하십시오.마지막으로, 셀 상단에 열전대를 부착합니다. 펌핑 셀의 유입 및 유출 밸브까지 튜브 연결부를 진공 배기합니다. 압력이 30 × 10⁻³ mbar 미만에 도달한 후 수행합니다.Argonne 반복 배기 및 퍼지를 수행하고, Argonne 탱크를 펌핑 셀 입구에 개방한 상태로 세 번 퍼지하십시오. 셀의 입구 및 출구 밸브를 천천히 여십시오. 폴라라이저 출구 밸브를 아주 조금만 조심스럽게 열어 매니폴드를 통해 분당 약 1 표준 리터의 Argonne 흐름이 형성되도록 하고, 이 흐름을 2분 동안 유지하십시오.편광기 배출 밸브와 Argonne 탱크로 연결되는 입구 연결부를 닫은 후, 펌핑 셀의 히터를 켜서 루비듐 액적을 기화시킵니다. 다음으로, 편광기 장치로 들어가는 제논 가스 혼합물 연결부를 엽니다. 탱크 레귤레이터는 약 3.5 bar의 과압으로 설정해야 합니다.레이저를 켜고 다이오드 냉각기의 설정 온도를 조절하여 방출 파장을 약 794.8 nanometers로 조정하십시오. 광학 스펙트로미터를 통해 레이저 프로파일을 모니터링하십시오. 펌핑 셀 주변의 자기장을 켜면서 레이저 프로파일 투과도를 모니터링하십시오. 자기장이 선택적 광펌핑을 유발함에 따라 투과도가 즉시 상승해야 하며, 모든 온도가 안정화될 때까지 기다리십시오.이제 편광판을 사용할 준비가 되었습니다. 이 애니메이션은 스핀 교환 광펌핑을 위한 전체 설정을 요약하여 보여줍니다. 레이저 빔은 먼저 1차 빔 확장기를 통해 직경이 확대된 후, 편광 빔 분할 큐브(PBS)를 통과합니다. 이 큐브를 회전시키면 최대 투과 위치에 따라 상광선과 이상광선의 상대적 강도가 변경됩니다.PBC의 fast axis를 입사광의 주 편광축과 일치시킵니다. 투과광의 선편광 여부는 두 번째 PVC를 분석기로 사용하여 테스트할 수 있습니다. 사분파장판을 삽입하면 선편광이 원편광으로 변환됩니다.만약 그것의 속축(fast axis)이 첫 번째 PBC의 속축에 대해 45도 회전되어 있다면, 투과광의 강도는 이제 두 번째 큐브의 회전과 무관해야 합니다. 분석 성분들을 제거하고 이를 보조 빔 확장기로 교체하면 펌핑 셀을 조사하기에 적절한 빔 직경을 얻을 수 있습니다.이 셀 안에 들어 있는 루비듐 액적의 일부가 기화됩니다. 셀 외부의 히터를 켜면, 레이저 빔과 반대 방향으로 장치 내에 흐르는 제논 가스 혼합물이 자기장 없이 이 증기를 셀 전체로 분산시킵니다. 이는 루비듐 원자의 전반적인 D1 들뜸과 강한 레이저 광 흡수를 유발합니다.자기장을 인가하면 이제 정의된 자기 부준위 사이의 단일 전이만을 선택적으로 펌핑할 수 있습니다. NMR 측정을 준비하려면 물이 담긴 시험관을 NMR 프로브 헤드에 삽입하십시오. 물 신호를 이용하여 양성자와 제논 채널에 대해 무선 주파수 또는 RF 회로의 튜닝 및 매칭을 수행하고 심(shim)을 조정하십시오.MRI 사용자 인터페이스의 자동 심(shim) 루틴을 사용하여, 물 샘플을 가스 흐름 팬텀으로 교체합니다. 제논을 주입하기 위해 폴라라이저 배출 튜브를 5개의 모세관이 있는 테스트 팬텀의 입구에 연결하고, 가스 배기 튜브를 질량 유량 제어기 연결부에 연결합니다. 가스 유량 제어기가 닫힘 상태로 설정되었는지 확인한 후, 폴라라이저 배출 밸브를 천천히 열어 팬텀에 가압합니다.유량을 분당 약 0.5 표준 리터로 설정하십시오. 필요한 여기 펄스 길이를 결정하기 위해 팬텀을 통한 연속 흐름을 시작하려면, NMR 분광기로 일련의 자유 유도 감쇠(FID) 신호를 획득하십시오. 프로브의 최대 정격 출력의 약 50%에 해당하는 하드 펄스와 다양한 여기 길이를 사용하며, 이 경우에는 10데시벨 감쇠의 하드 펄스가 사용되었습니다.이 비디오와 함께 제공되는 서면 프로토콜에 나열된 대로 실험 파라미터를 입력하십시오. 유량을 0.1 standard liters per minute로 낮추고 반복 시간을 15 seconds로 늘린 후, 나머지 파라미터는 변경하지 않고 그대로 둡니다. 과분극된 xenon이 샘플을 통해 흐르는 동안 16회의 FID 스캔으로 데이터 세트를 획득하십시오.푸리에 변환을 수행하고 스펙트럼의 피크 적분값을 측정하십시오. 가스 피크의 공명 주파수를 헤르츠(Hertz) 단위로 기록하십시오. 다음으로, 저압 밀폐를 위한 밸브가 장착된 두꺼운 벽의 NMR 튜브를 진공 상태로 만든 후, 약 2 bar의 과압으로 순수 제논을 충전하십시오.NMR 튜브를 고정하고 있는 가스 매니폴드를 진공 상태로 만들고, NMR 튜브 내의 제논 위에 약 0.2 bar의 순수 산소를 채웁니다. NMR 자석에 이전에 사용했던 가스 흐름 팬텀을 이 저압 NMR 튜브로 교체하고, 가스 흐름 팬텀으로 수행했던 측정과 동일한 측정을 반복합니다. 이를 통해 열적으로 편극된 고농도 Xon의 기준 NMR 신호 강도를 얻을 수 있습니다.제논 용액 상태 분광법을 수행하기 위해, 먼저 서면 프로토콜에 기술된 대로 50 내지 200 µM 농도의 제논 샘플을 준비합니다. 이 용액을 약 1.5 mL 취해 가스 흐름 팬텀에 채우며, 이때 5개의 용융 실리카 모세관을 통해 제논 가스 혼합물이 용액 내에서 충분히 버블링될 수 있도록 합니다. 팬텀을 NMR 프로브에 장착한 후, 적절한 지연 시간을 설정하여 FID 획득을 수행합니다.분광계에서 트리거 펄스를 보내 질량 유량 제어기를 열고 닫습니다. 이전에 결정한 가스 공명 주파수로부터 다운필드 방향으로 약 11 kHz 중심에 40 kHz의 스펙트럼 폭으로 16회 또는 32회 반복 수행하며, FID 판독 시간은 500에서 1000 ms로 설정해야 합니다. FID를 푸리에 변환하여 스펙트럼 세트를 얻습니다.0 PPM에서 가장 오른쪽에 있는 신호인 기상(gas phase)의 화학적 이동 값을 측정하십시오. 가장 왼쪽에 있는 강한 용액 신호의 주파수를 Hertz와 PPM 단위로 기록하십시오. 또한, delta solution에서의 이 신호와 delta cage에서의 캡슐화된 xenon 신호 사이의 오프셋을 기록하십시오.여기에 제시된 애니메이션은 sess 효과를 설명합니다. K Khan 케이지는 제논 원자를 포집하는 분자 호스트 역할을 하며, 이 결합 이벤트가 발생하면 제논 원자의 공명 주파수가 변경됩니다. 여기서는 파란색에서 초록색으로의 전이로 묘사되었으며, 첫 번째 NMR 획득을 통해 결합되지 않은 제논의 양을 기준 신호로 결정합니다.다음으로, 케이지드(caged) 상태에만 영향을 주는 선택적 포화 펄스를 가해 그들의 자화를 소멸시킵니다. 제논 결합은 가역적인 과정이므로, 긴 펄스는 많은 원자의 자화를 취소시키며, 두 번째 NMR 획득 결과에서는 기준 신호와 비교했을 때 유리 제논(free xenon)의 신호가 현저히 감소한 것이 나타납니다. 서면 프로토콜에서 설명한 대로 NMR 시료를 준비한 후, 빠른 영상화를 위해 싱글 샷 에코 평면 영상 시퀀스(single shot echo planer imaging sequence)를 선택하십시오.이 시퀀스는 분광계의 개폐를 위한 지연 시간과 트리거 펄스를 포함하도록 수정해야 할 수도 있습니다. 질량 유량 제어기를 통해 0.1 standard liter per minute로 약 15~20초 동안 버블링을 수행하고, 이후 기포가 사라질 때까지 5~8초 동안 대기한 다음, MRI 및 코팅을 진행합니다. 검출 핵을 X 채널의 xenon 129로 설정하고, 송신기 관찰 주파수를 용액 신호에 대해 결정된 값으로 설정하십시오.RF 펄스 계산기 도구를 사용하여 분광 측정에 사용된 펄스 파라미터를 영상 시퀀스에서 사용되는 여기(excitation) 값으로 변환하십시오. 신호 준비를 위해 수정된 자화 전이 모듈인 CST 준비 모듈을 열고 연속파 pre-SAT 펄스를 활성화하십시오. 이 포화 펄스의 반송 주파수를 한 번은 delta cage equals delta solution minus delta omega로, 다른 한 번은 delta control equals delta solution plus delta omega로 설정하여 가로 방향으로 두 번의 스캔을 수행하십시오.이미지 후처리 도구를 사용하여, delta control에서 포화된 이미지에서 delta cage에서 포화된 이미지를 감산함으로써 hyper CET 차이 이미지를 생성합니다. 결과물에는 제논 호스트가 존재했던 영역만 강조되어야 합니다.광펌핑 과정의 품질은 셀 주변의 자기장을 켜거나 꺼서 모니터링할 수 있습니다. 레이저 출력과 셀 온도에 따라, 자기장을 껐을 때는 거의 완전한 흡수가 관찰되고 자기장을 켰을 때는 약 30%의 투과율이 나타납니다. 이는 9.4 Tesla에서 작동하는 NMR 시스템의 경우입니다.열 분극 제논과 과분극 제논을 비교했을 때 신호 증폭은 약 16,000배여야 하며, 이는 약 15%의 스핀 분극도에 해당합니다. 213 micromolar의 분자 호스트를 포함하는 A-D-M-S-O 용액의 XENON 1 29 NMR 스펙트럼은 16회 획득 시 약 10의 신호 대 잡음비를 갖는 가둠 제논 신호를 나타내야 합니다. hyper zest MRI 데이터셋은 비공명 대조 이미지에서는 전체 신호 강도를 보여주며, 제논 호스트 분자를 포함하는 영역에서는 신호 감소를 보여줍니다. 공명 포화 이미지의 경우, 차이 이미지(difference image)는 포화 펄스에 반응한 영역만을 배타적으로 표시합니다.이 절차를 수행할 때, 펌핑 셀에 레이저 조사가 적절히 이루어지도록 확인하는 것이 중요합니다. 이 기술은 NMR 이미징 분야의 연구자들이 생화학적 분석물과 테스트 용액, 세포 배양물, 그리고 잠재적으로 살아있는 동물에 대한 고감도 검출을 탐구할 수 있는 길을 열어줄 수 있습니다. 이 영상을 시청한 후에는 NMR 실험을 위한 hyperpolarized xon을 생성하는 방법에 대해 충분히 이해하게 될 것입니다.루비듐을 다루는 것은 매우 위험할 수 있으므로, 이 실험 과정 전반에 걸쳐 제어되지 않은 산화를 방지하는 것과 같은 예방 조치를 항상 취해야 함을 잊지 마십시오.

hyperpolarized-xenon-for-nmr-and-mri-applications

Research

연구

JoVE Journal

Engineering

공학

다중 구획 동적 팬텀은 hyperpolarized magnet resonance agents를 사용하여 대사 연구를 위한 일부 관심 생물학을 시뮬레이션하는 데 사용됩니다.

과분극 자기 공명 에이전트의 연구 다중 구획 동적 단일 효소 팬텀의 사용

여기에서는 하드웨어, 소프트웨어, 데이터 수집, 시퀀스 선택, 데이터 관리, k-공간 활용 및 노이즈 분석을 다루는 고품질 과분극 크세논-129 자기 공명 이미지를 얻기 위한 프로토콜을 제시합니다.

Troubleshooting and Quality Assurance in Hyperpolarized Xenon Magnetic Resonance Imaging: Tools for High-Quality Image Acquisition(과분극 제논 자기 공명 영상의 문제 해결 및 품질 보증: 고품질 이미지 획득을 위한 도구)

과분극 129Xe 자기 공명 영상(MRI)은 폐 기능의 국소적으로 해결된 측면을 연구하는 방법입니다. 이 작업은 펄스 시퀀스 설계, 129Xe 선량 준비, 스캔 워크플로우 및 피험자 안전 모니터링을 위한 모범 사례에 특히 주의를 기울여 폐 환기의 과분극 129Xe MRI에 대한 엔드 투 엔드 표준화된 워크플로우를 제시합니다.

폐 환기의 과분극 129Xe 자기 공명 이미지 획득

이 원고는 과분극 Xenon-129 화학적 이동 포화 회복(CSSR)을 사용하여 폐 가스 교환을 추적하고, 겉보기 폐포 중격 벽 두께를 평가하고, 표면 대 부피 비율을 측정하기 위한 자세한 프로토콜을 제시합니다. 이 방법은 폐 질환을 진단하고 모니터링할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

Quantitative Measure of Lung Structure and Function Obtained from Hyperpolarized Xenon Spectroscopy(과분극 크세논 분광법에서 얻은 폐 구조 및 기능의 정량적 측정)

리튬 이온 배터리는 주위 온도 응용 프로그램에 적합 가연성 및 휘발성 유기 전해질을 사용합니다. 유기 전해질에 대한 안전한 대안은 솔리드 폴리머 배터리입니다. 고체 고분자 전지 따라서 이러한 깊은 석유 시추 및 하이브리드 전기 자동차와 같은 고온 응용 프로그램들을 적용하고, 높은 온도 (&gt; 120 ° C)에서 안전하게 작동합니다. 이 문서는 (a) 고분자 합성, (B) 고분자 전도 메커니즘, 그리고 (c) 고체 고분자 유기 전해질 모두 온도 사이클을 제공에 대해 설명합니다.

리튬 배터리 애플리케이션을위한 고체 그래프트 공중 합체 전해질

하얀 빛 현미경 간섭 측정법은 표면의 지형을 측정하기위한 광학, noncontact 빠르고 방법입니다. 과 재료 과학에 이온 빔 스퍼터링 또는 레이저 박리 볼륨과 깊이를 결정하기 위해, 그것은 방법은 마찰 테스트 샘플에 상처가 분석 착용 기계적 마모 분석,으로 적용 할 수있는 방법을 표시합니다.

이온 스퍼터링에 응용 프로그램, 레이저 절제하고, Tribology 실험 : 화이트 빛 간섭 측정법에 의한 표면 수정의 특성

때문에 팔라듐, 금, 코발트의 중요성과 광범위한 사용   첨단 기술 장비 금속은, 자신의 회수 및 재활용은 중요한 산업 문제를 구성한다. 본원에 기재된 금속 회수 시스템은 간단하고, 저비용 도시 내에서 이러한 금속의 유효 검출, 제거 및 복구를위한 수단이다.

감지 및 팔라듐의 복구, 도시 광산에서 금과 코발트 금속은 나노 수레 바퀴 모양의 기공 지정 소설 센서 / 흡착제를 사용하여

네 도면 스플리터 고속 카메라 기반 입체 입자 추적 속도계 (3D-PTV) 시스템은 여기에 설명된다. 기술 하류 ≈ 7000 다시 레이놀즈 수에서 열 지름 근방 원형 파이프에서 제트류에인가된다.

난류 애플리케이션을위한 세 가지 차원 입자 추적 유속계 : 제트 흐름의 사례

실버 나노 큐브와 하위 10 나노 갭 플라즈몬 나노 크기의 패치 안테나의 제조의 콜로이드 합성을위한 프로토콜을 제시한다.

플라즈몬과 나노 포토닉스의 응용 프로그램에 대한 Nanopatch 안테나의 콜로이드 합성

폴리머로부터 마이크로 스피어 합성, 마이크로 스피어 조작 및 마이크로 포토 루미 네 슨 측정을위한 프로토콜이 제시됩니다.

광 공진기 및 레이저 응용을위한 고분자 미소 구의 제조

배우세요 SEOP 기법을 이용해 고분극화 제논을 제조하고 NMR 및 MRI 측정을 수행하는 방법을. 루비듐 증기를 활용해 핵자기 분극을 극대화하여 고감도 분자 영상 분석이 가능합니다.

NMR과 MRI 응용 프로그램 용 Hyperpolarized 지논

더 많은 동영상 탐색