Hypergepolariseerde Xenon NMR en MRI toepassingen

Samenvatting

De productie van gehyperpolariseerde xenon door middel van spin-uitwisseling optisch pompen (SEOP) beschreven. Deze methode levert een ~ 10.000-voudige versterking van de kernspin polarisatie van Xe-129 en heeft toepassingen in nucleaire magnetische resonantie spectroscopie en imaging. Voorbeelden van gasfase en oplossingstoestand proeven zijn.

Samenvatting

Nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie en imaging (MRI) lijden intrinsieke lage gevoeligheid omdat zelfs sterk extern magnetisch veld van ~ 10 T genereren slechts een klein detecteerbaar netto-magnetisatie van het monster bij kamertemperatuur ^1. Vandaar dat de meeste NMR en MRI applicaties op de detectie van moleculen in relatief hoge concentratie (bijv. water voor beeldvorming van biologisch weefsel) of al te veel Zoektijden. Dit beperkt ons vermogen om de zeer nuttige moleculaire specificiteit van NMR signalen voor vele biochemische en medische applicaties. Echter, nieuwe benaderingen zijn ontstaan ​​in de afgelopen jaren: Manipulatie van de gedetecteerde rotatie species voor detectie in de NMR / MRI magneet belangrijke verhoging van de magnetisatie en dus kan de aanwezigheid van moleculen bij veel lagere concentratie ^2.

Hier geven we een werkwijze voor polarisatie van een gasmengsel xenon (Xe 2-5%, 10%_N2, He balans) in een compacte opstelling met een ca. 16000-voudige verbetering van het signaal. Modern line-versmald diodelasers een efficiënte polarisatie ⁷ en onmiddellijk gebruik van gasmengsel, zelfs als het edelgas is niet gescheiden van de andere componenten. De SEOP inrichting wordt uitgelegd en bepaling van de bereikte spinpolarisatie is aangetoond voor controlefuncties van de werkwijze.

Het gehyperpolariseerde gas kan worden gebruikt voor lege ruimte beeldvorming, met inbegrip gasstroom imaging of diffusie studies van de interfaces met andere materialen ^8,9. Bovendien is de Xe NMR signaal uiterst gevoelig voor de moleculaire omgeving ^6. Hierdoor kan de optie om het te gebruiken als een NMR / MRI contrastmiddel wanneer opgelost in waterige oplossing met gefunctionaliseerde moleculaire hosts die tijdelijk de val gas ^10,11. Directe detectie en hoge gevoeligheid indirecte detectie van dergelijke constructen is aangetoond in zowel spectroscopische en imaging mode. </ P>

Inleiding

Hypergepolariseerde agents steeds meer aandacht voor NMR / MRI toepassingen omdat ze de gevoeligheid oplossen onder bepaalde omstandigheden ^2. Drie belangrijke benaderingen worden momenteel gebruikt (dynamische nucleaire polarisatie, DNP, para-waterstof geïnduceerde polarisatie PhIP en spinuitwisseling optisch pompen, SEOP) dat een kunstmatig toegenomen spin Verschil populatie buiten een NMR magneet bereiden voorafgaand aan de eigenlijke spectroscopie of imagingexperiment . Hier beschrijven we de functie en werking van een SEOP setup dat is geoptimaliseerd voor de productie van hypergepolariseerd ¹²⁹ Xe gebruikt in oplossing staat experimenten. ....

Protocol

1. Voorbereiding van de SEOP Setup

Rubidium moet worden gebracht de optische pompcel, de overdracht van polarisatie van het laserlicht xenon vergemakkelijken. Vanwege de hoge reactiviteit dit proces moet plaatsvinden zonder Rb in contact met zuurstof of water, anders wordt geoxideerd en niet polariseren Xe. Extra voorzichtigheid is geboden als Rb reageert heftig met water.

1. Indien de optische cel eerder gebruikt wordt bekleed met een laag van Rb en Rb oxide, zoals te zien in figuur 4b. De cel moet eerst schoon voor gebruik. Sluit de inlaat-en uitlaatbuizen van de optische cel. Terwijl het druk, transporteren de ....

Discussie

Kritische aspecten in de bereiding van gehyperpolariseerde xenon zuurstof onzuiverheden in de gasspruitstuk inclusief de pompcel en voldoende verlichting van de cel met circulair gepolariseerd licht. De bovengenoemde gloeilamp test is een eenvoudige manier om schadelijke zuurstofconcentraties te detecteren tijdens het overbrengen van rubidium. Het alkalimetaal kan verliezen het glimmende oppervlak van de tijd de cel wordt in de polarisator. Echter, voldoende verdamping van niet-geoxideerde Rb gecontroleerd door verlaagd.......

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
Naam van het reagens	Vennootschap	Catalogusnummer	Opmerkingen (optioneel)
Rb ingots	Sigma-Aldrich	276.332-1G
P 4 O 10	Sigma-Aldrich	79610-500G
Ar	Praxair
Xe	Sigma-Aldrich	00472-1EA
O 2	Sigma-Aldrich	00476-1EA
Laser systeem	QPC Lasers / Laser Operations	Brightlock 50
Vacuümsysteem	Pfeiffer	HiCube
Thermokoppels	NewportOmega	SA2F-KI-3M
Silicon verwarming	Newport Omega	FMA5514
Drukopnemer	Newport Omega	PR 33X-V-10
Procesmeter	Newport Omega	INFCP-100B
Mass flow controllers	Newport Omega	MFC
PID regelaars	Newport Omega	CN7800
Control Software	Newport Omega	DASYLab
Data acquisitie	Newport Omega	Daqboard 3000
Vacuümsensor	Oerlikon	TTR91
Vacuüm-controller	Vacom	MVC-3
Spreidstraalcollimator	Thorlabs	F810SMA-780
Polariserende bundelsplitser kubus	Thorlabs	GL15-B
λ / 4 golf plaat	Thorlabs	WPQ10M-780
Beam uitbreiding lenzen	Thorlabs
Optische spectrometer	Ocean Optics	HR4000
Glasvezel	Ocean Optics
Lage druk NMR buis	Wilmad	513-7LPV-7
5mm NMR buis	Sigma-Aldrich	HX58.1
Helmholtz-spoelen	Phywe	06.960-00
Fused silica haarvaten	Polymicro	TSG 250350