Xenon hiperpolarizada para RMN e Aplicações de ressonância magnética

Resumo

A produção de xénon hiperpolarizado através da troca de spin bombeamento óptico (Seop) é descrita. Este método produz um realce ~ 10000 vezes da polarização do spin nuclear do Xe-129 e tem aplicações em espectroscopia de ressonância magnética nuclear e de imagem. Exemplos de fase gasosa e em solução são as experiências de estado dado.

Resumo

Ressonância magnética nuclear (RMN) e de imagem (MRI) sofrem de baixa sensibilidade intrínseca, porque mesmo fortes campos magnéticos externos de ~ 10 T gerar apenas uma pequena detectável líquido magnetização da amostra à temperatura ambiente ^1. Assim, a maioria das aplicações de RMN e RM se baseiam na detecção de moléculas com uma concentração relativamente alta (por exemplo, água para a imagiologia de tecido biológico) ou requerem tempos de aquisição excessivos. Isto limita a capacidade de explorar a especificidade molecular muito útil de sinais de RMN para muitas aplicações bioquímicos e médicos. No entanto, novas abordagens têm surgido nos últimos anos: Manipulação da espécie de spin detectadas antes da detecção dentro do magneto RMN / RM pode aumentar dramaticamente a magnetização e, portanto, permite a detecção de moléculas com uma concentração muito mais baixa ^2.

A seguir, apresentamos um processo para a polarização de uma mistura de gás de xénon (Xe 2-5%, 10%N _2, Ele equilíbrio) em uma configuração compacta com um ca. 16.000 vezes o aumento do sinal. Modern lasers de diodo-linha estreitadas permitir polarização ⁷ e eficiente utilização imediata da mistura de gás, mesmo que o gás nobre não é separado dos outros componentes. O aparelho de Seop é explicado e determinação da polarização do spin alcançado é demonstrada pelo controlo do desempenho do método.

O gás hiperpolarizado pode ser usado para imagiologia de espaço vazio, incluindo imagiologia de fluxo de gás ou de estudos de difusão nas interfaces com outros materiais ^8,9. Além disso, o sinal de RMN de Xe é extremamente sensível ao seu ambiente molecular ^6. Isto permite a opção de utilizar como um agente de contraste de RMN / RM quando dissolvido numa solução aquosa com funcionalizados hospedeiros moleculares que aprisionam o gás temporariamente ^10,11. A detecção directa e de alta sensibilidade de detecção indirecta de tais construções é demonstrada tanto em modo de espectroscopia e de imagem. </ P>

Introdução

Hiperpolarizados agentes estão ganhando cada vez mais atenção por RMN / RM aplicações, uma vez que pode resolver o problema de sensibilidade em certas circunstâncias ^2. Três principais abordagens são usados ​​atualmente (polarização nuclear dinâmica, DNP, para-hidrogênio polarização induzida, PHIP e troca de spin bombeamento óptico, Seop) que todas as preparar uma diferença de população aumentada artificialmente rodada fora de um ímã RMN antes da espectroscopia real ou experiência de imagem . Aqui descreve-se a função e operação de uma instalação de Seop que foi optimizada para a produção de ^129Xe hiperpolarizado utilizado em experiências de est....

Protocolo

1. Preparação do Setup Seop

Rubídio deve ser trazido para dentro da célula óptica de bombagem, a fim de facilitar a transferência de polarização da luz laser de xenon. Devido à sua elevada reactividade este processo deve ser realizado sem o Rb que entram em contacto com oxigénio ou água, ou poderá tornar-se oxidado e não vai polarizar Xe. Cuidado extra deve ser tomado como Rb reage violentamente com água.

1. Se a célula óptica tenha sido previamente utilizado, que será revestida com uma camada de óxido de Rb e Rb, como pode ser visto na Figura 4b. A célula deve primeiro ser limpa antes da utilização. Fechar a entr....

Discussão

Aspectos críticos na preparação de xénon hiperpolarizado são impurezas de oxigénio no colector de gás, incluindo a célula de bombagem e iluminação suficiente da célula com luz polarizada circularmente. O teste de lâmpada de luz acima mencionada é uma maneira simples para detectar concentrações de oxigénio deletérios durante a transferência de rubídio. O metal alcalino pode perder a sua superfície brilhante quando a célula está instalado no polarizador. No entanto, a vaporização suficiente de Rb não oxidado pode ser moni.......

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
Nome do reagente	Companhia	Número de catálogo	Comentários (opcional)
Lingote Rb	Sigma-Aldrich	276332-1G
P 4 O 10	Sigma-Aldrich	79610-500G
Ar	Praxair
Xe	Sigma-Aldrich	00.472-1EA
O 2	Sigma-Aldrich	00.476-1EA
Sistema laser	Lasers QPC / Operações Laser	Brightlock 50
Sistema de vácuo	Pfeiffer	HiCube
Termopares	NewportÓmega	SA2F-KI-3M
Aquecedor de silício	Newport Omega	FMA5514
O transdutor de pressão	Newport Omega	PR 33X-V-10
Medidor de processo	Newport Omega	INFCP-100B
Fluxo de controladores de massa	Newport Omega	MFC
Reguladores PID	Newport Omega	CN7800
Software de controle	Newport Omega	DasyLab
A aquisição de dados	Newport Omega	Daqboard 3000
Sensor de vácuo	Oerlikon	TTR91
Controlador de vácuo	Vacom	MVC-3
Feixe colimador	Thorlabs	F810SMA-780
Divisor de feixe de polarização cubo	Thorlabs	GL15-B
λ placa / 4 onda	Thorlabs	WPQ10M-780
Expansão lentes de feixe	Thorlabs
Espectrômetro óptico	Ocean Optics	HR4000
Fibra ótica	Ocean Optics
Tubo de RMN a baixa pressão	Wilmad	513-7LPV-7
Tubo NMR 5 milímetros	Sigma-Aldrich	HX58.1
Bobinas de Helmholtz	Phywe	06960-00
Sili Fusedca capilares	Polymicro	TSG 250350