Summary
自旋交换光抽（燮）通过超极化的氙的制造进行说明。此方法产生的核自旋极化的Xe-129〜10000倍的增强，和核磁共振光谱和成像中的应用程序。气相和溶液状态的实验。
Abstract
核磁共振（NMR）光谱和成像（MRI）遭受从固有的低灵敏度，因为即使是强烈的外部磁场产生只有一个小的可检测的净磁化强度的样品在室温下1〜10 T。因此，大多数NMR和MRI的应用程序依赖于分子的检测，在相对 高浓度（ 例如 ，水生物组织成像）或需要过多的采集时间。这限制了我们的能力，利用NMR信号非常有用的分子特异性的许多生化和医疗应用。然而，新方法，在过去的几年中已经出现：所检测到的自旋物种的操纵之前检测到的NMR / MRI磁体内部，可以显着地增加的磁化，并因此允许在低得多的浓度为2分子的检测。
在这里，我们提出了一个方法了氙气的混合气体（2-5％的氙气，10％的极化N 2，平衡）与CA在一个紧凑的设置。 16000倍的信号增强。现代线变窄的二极管激光器允许高效偏振7和立即使用的气体混合物，即使没有的其它组分分离，稀有气体。解释燮设备和决心展示了所取得的自旋极化性能控制的方法。
超极化气体可用于空隙空间成像，包括气体流成像或扩散的研究，在与其他材料的接口8,9。此外，Xe的NMR信号是极为敏感，其分子环境6。这使得使用它作为一个NMR / MRI造影剂，溶解在水溶液中与官能化的分子主机暂时捕获的气体10,11时的选项。直接检测和高灵敏度的间接检测这样的构造中演示了光谱和成像模式。</ P>
Introduction
超极化剂的NMR / MRI的应用得到越来越多的关注，因为他们可以在某些情况下，解决了敏感的问题2。目前使用三种主要方法（动态核极化，DNP，仲氢诱导极化，PHIP和自旋交换光抽运燮）的实际光谱成像实验前准备人为地增加核磁共振磁体的自旋群体差异外。在这里，我们描述的燮设定的功能和操作进行了优化，在溶液状态的实验中使用的超极化129 Xe的生产。
的一个重要组成部分，是一种强烈的光源，发射红外光子在795 nm处。激光二极管阵列（LDA）是方便的设备，提供高输出功率> 100 W，在合理的成本。在许多设置中，LDA是发射到光纤中，更多或更少的偏振保持的日E激光光。为了保证足够燮过程，这个椭圆偏振必须将其转换成高纯度的圆极化。在图1和图2所示的偏光光学系统的主要组成部分的，和设置系统的补充电影1中示意性说明。
为圆极化光，我们首先将光纤末端，一个主要的光学扩束（ 例如 ，光纤准直器），以减少功率密度。然后，光穿过偏振分束器立方体，产生直线偏振光。我们可以通过旋转这个立方体确定最佳的剩余极化轴用功率计。最大传输对应于多维数据集的快轴的对齐的情况下，与主要的光的偏振轴。立方体的高消光系数（10万：1或更好）的偏振分量产生了良好的分离。这可通过而旋转，而第一个额外的普通光束的最大传输对准作为分析仪使用的第二束分光器立方体。
一旦已被证实的线性偏振的透射光，设计为795 nm的λ/ 4波片被引入额外的普通光束转换成圆偏振的线性。为了这个目的，波片的快轴的是由45°相对于分束器立方体快轴转动。 （如果需要的话，其线性偏振轴垂直于额外的寻常光束反射的普通光束的圆偏振的可以以类似的方式实现的。）
圆偏振的质量可与第二分束器立方体旋转时，应该得到恒定的传输进行测试。一个二次光学扩束（ 例如，两个镜片在伽利略望远镜配置），然后增加的光束直径，完全我lluminate的玻璃烤箱箱内抽水过程中的细胞。 Rb蒸气在单元格中的激光的吸收进行监测，通过泵送小区后面的销孔在底框：准直器收集的减毒的红外光束，用光学光谱仪进行分析（参见图3，用于泵送单元设置）。
泵送小区甲外侧加热机构部分坐在里面的细胞（ 图4a）的Rb液滴蒸发，并因此使激光吸收。的蒸气的密度可以通过调整各自的PID控制器的加热设定点。高温（约190℃），良好的紧凑型设置，氙气在有限的时间来建立极化。含有氙，N 2和He的气体混合物流经泵送的细胞（ 图3）的激光束方向相反。用激光束对准的外部磁场确保第Ë红外光子只抽一个RB过渡的。电子态的放宽是快速和必须以避免非辐射发射红外光子与“错误”偏振。这里，作为骤冷气体的N 2进场。最终，其Rb系统建立人口过剩之一的接地状态次能级的激光（ 图5），而另一种是连续地耗尽。氙气中的铷原子的紧密联系，以体验转移到触发器过程的氙原子核自旋相互作用的电子自旋极化。
泵送小区流出的超极化气体中含有微量的Rb蒸气冷凝液上的管壁内的低温（类似于图4b）的出口，由于几个厘米， 在体内应用，但是，会需要额外的消除碱金属（ 例如，通过冷阱）而在体外 experime，个核苷酸可以安全地执行与气体当它离开hyperpolarizer。聚四氟乙烯管连接偏振器出口与入口的玻璃装置执行NMR实验测试解决方案。使用质量流量控制器的NMR设置流入量进行调整的Xe。他们通过NMR脉冲序列中的命令被触发。检查实现极化增强后，气体可以被用作一个NMR / MRI造影剂，在溶液状态下实验。
氙具有一定的在水中的溶解度（4.5毫摩尔/ ATM）和其他溶剂。因此，它已经可以在其自己的服务作为造影剂显示的分布的一些液体。然而，它也能够连结NMR活性核，以便获得通过其他惰性气体的分子的特定信息的某些分子。通过提供一个分子溶解的Xe主机，它是可能的，赋予分子特异性的Xe NMR信号。这提供了机会，设计官能造影剂-也被称为生物传感器-时，这样的主机结构靶向绑定到特定的分析物的生物医学的兴趣（ 图6）的单元，其被耦合到。
需要进一步的灵敏度增强MR造影剂（<100μM），低浓度的生物传感器时，应当被检测到。通过化学交换饱和转移（CEST），这样就可以实现。此方法检测的生物传感器间接由破坏的笼中的Xe的磁化和观察的信号改变在溶液中的游离的Xe。由于超极化核的不断更换后约10毫秒，100多到1000细胞核转移到检测池的信息，放大信号CA。 10倍（见电影2）。
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Protocol
1。下游燮设置的
铷必须纳入光泵的单元格，以便传递的偏振从激光光的氙气。由于其高反应性的发生这一过程必须不与氧或水进入接触的Rb的情况下，否则它会成为氧化，不会极化的Xe。应该采取额外谨慎，如Rb与水反应剧烈。
- 如果先前所使用的光电池，它会被涂覆与Rb和Rb氧化物的层，可以看出，在图4b。使用前，首先必须是干净的细胞。关闭光学单元的入口和出口管。 ，同时保持它加压，运输细胞的化学遮光罩。引擎盖下使用适当的个人防护装备，打开单元到大气中，并等待约一小时，，允许的Rb表面氧化。
- 纯异丙醇轻轻地吸液管进入细胞内。这将解散Rb的氧化物层，而有光泽的Rb液滴将移动异丙醇类似水滴的表面上方的热板上。倒入的异丙醇（和Rb的，用它来）于烧杯中。重复此步骤，直到所有的Rb被删除。
- 如果这还不会删除所有的Rb，使10％的水和90％异丙醇的解决方案，并重复步骤1.2），增加水的比例（10％）的步骤，直到所有的Rb被删除。
- 一旦所有的Rb被删除，请用丙酮冲洗光学单元。
- 入用氩气气氛下的手套箱中，带来了预先抽空，然后充满氩气的光泵浦细胞。还包括一个安瓿铷，一个工具来打破的安瓿，巴斯德移液管，Kimwipes和热枪。为了保持在干燥气氛的手套箱中，将作为干燥剂的五氧化磷的陪替氏培养皿。不需要的痕量氧气的存在下，可以监测与一个灯泡的玻璃灯泡被打开以暴露灯丝在手套箱气氛。条件都很好，只要没有硝烟的产生与灯打开。
- 打开的填充口抽水细胞，打破RB安瓿和熔融的碱金属，用热枪。浸泡一些液体RB用吸液管，并将它注入到抽水细胞。
- 关闭灌装端口，增大后的氩气压力在手套箱中，在泵送细胞运输偏振片设置保持轻微的过压。手套式操作箱中以细胞满分。
- 细胞连接到偏振器歧管，以确保它对准的激光束线照射细胞在泵送过程中（这是可以做到的可见光瞄准光束， 图7），并检查，热电偶的加热装置，其具有适当的热接触的细胞（如在图4a）。将一个热电偶的细胞的顶部。
- 疏散泵送单元的入口和出口阀的管连接。后达到<30×10 -3毫巴的压力下，具有高纯度氩气（或氮气）吹扫线。重复此步骤三次。
- 随着泵送小区入口开放的Ar箱，缓慢打开的单元格中的入口和出口阀。偏光镜小心地打开出口阀一点点约建立一个氩气流量。 1 SLM通过多方面的。保持该流，持续2分钟。到现在为止，应该基本上消除了氧杂质，以避免铷氧化。关闭的偏振片出口阀和入口连接的Ar箱。
- 打开的加热器的泵送单元（设定温度约180-190℃的加热条安装下方的单元格）。这将蒸发部分的Rb液滴。
- 打开氙气气体混合物连接到偏振片设置。应设置为约稳压罐。 3.5 bar超压。
- 关闭激光，并调整其发射波长约。 794.8 nm处通过调整二极管冷却水的设定温度。监控LA丝氨酸档案中通过的光的光谱仪。
- 连续气化的Rb使激光的吸收增加。确保激光发射的个人资料被吸收对称（如果必要的话）重新调整冷却液温度。一旦细胞的顶部上的温度传感器读取约100°C，你应该观察到显着降低了激光传输（ 见图8）。
- 激光吸收会导致额外的加热，因此，在单元格中的压力增加。监视的单元格条件，并仔细尾气释放一些压力时，该值会接近极限的泵单元的额定（5巴ABS偏光器插座（在正常操作）。在我们的设置）。
- 打开周围的磁场（约2-3 mT）的泵送小区，同时监测激光档案。应立即传输领域造成选择性光抽运（参见图8）。
- 等待所有的温度稳定。偏光镜是现在可以使用了。
2。制备的NMR设置的
- 插入试管中与水成的NMR探针头和执行的无线电频率（RF）电路，用于质子和氙气通道的调谐和匹配。
- 在水面上的信号与常规的MRI的用户界面的自动垫片的垫片。
3。超极化的定量分析
- 偏振器的出口管连接到入口的测试幻像与它的约。 5毛细管注入Xe和排气管与质量流量控制器的连接。
- 确保气体流量控制器设置为'封闭'，偏光镜慢慢打开出口阀加压的幽灵。流速设置到约。 0.5 SLM开始连续流过的幽灵。估计从幻象的体积和气体流量需要多久才能完全取代气体的体积。在我们的设置，这是CA。 2秒。
- 在流降低到0.1的SLM，增加TR到15秒（与步骤3.7），而其它参数不变时，获取的数据集16的FID扫描而超极化的Xe流经样品。下进行傅立叶变换，并测量在频谱的峰值幅度。这是信号强度的超极化的氙气mixt尤尔。此外，请注意以Hz为单位的气体峰值的谐振频率。
- 撤离厚壁核磁管，配备低压密封阀门，并填写它与CA。 2巴的过压纯氙气。
- 疏散气歧管的NMR管的，并填写加利福尼亚州。 0.2巴纯氧的顶部到NMR管中（ 即 ，将O 2压力调整到2.2巴的过压）的Xe。氧气会提高射频激励（它使我们的工作与TR = 15秒的过程，否则需要很长的TR气体不会被替换的激励，像在步骤3.4）的氙磁化后的放松。
- 在核磁共振磁体取代以前使用的气体流量幻象与这低压NMR管和3.4中执行的NMR脉冲序列。这会给你热极化的高浓度氙NMR信号强度。
- 比较热和超极化的Xe的信号强度，并计算信号增强MENT考虑采取不同的浓度和压力。计算的自旋极化如下：
的热的自旋极化的 第P需要被确定的第一，作为参考。它被定义为超过种群的总和， 即人口差的两个自旋态，
在室温下，这由下式给出的高温近似和人口比 R的作为
（k是玻耳兹曼常数，T是绝对温度，和γ的magnetogyric的比）。由于该热能kT的是迄今为止的主导因素，R是接近1， 即 0.999982232，氙在 B 0 = 9.4 T.这会产生的 第P（9.4 T）= 8.9 10 -7。
接着，具有从超极化信号 S的马力 ，从热极化S TH的信号（假设所有的NMR脉冲序列的参数是相同的这两个应用程序）的比值来计算的归一化信号的增强因子ε：
其中 ，c 和 p分别代表在气体混合物中的Xe浓度（％）和两个实验，分别与热和超极化的Xe的气体混合物的压力。所取得的超极化，然后给出由产品εp的 日 。
4。官能氙气溶液状态光谱
- 准备一个50-200μM解决方案，一个（官能）氙主机（ 例如 ，一个目标单位cryptophane-A）。根据笼子共同的疏水性操作指示，添加更多或更少的DMSO中，作为溶剂的水。在我们示范一个cryptophane-A一酸笼，它是最容易使用纯DMSO。以加利福尼亚州。 1.5毫升该溶液中，并填充到气体流幻像，确保5熔融石英毛细管允许足够的Xe气体混合物的溶液与鼓泡。执行起泡试验外核磁共振磁体，0.1 SLM和不必要的过多泡沫。
- NMR探头和调整，将幻象匹配的质子和X-通道和执行的自动化垫片，如步骤2.2。
- 使用从分光计与适当的延迟和触发脉冲的FID收购，以打开和关闭的质量流量控制器。允许CA。 15-20秒冒泡0.1 SLM和随后的5-8秒的等待时延的气泡消失，随后的的RF激励和FID读出。
- 执行重复16或32（取决于上的笼浓度）与SW = 40 kHz时，集中在加利福尼亚州。下降为11 kHz在步骤3.4中确定从气体的共振频率的字段。 FID读数应为500至1000米。傅立叶变换的FID得到的频谱。
- 设置用于最右信号的化学位移值（气相）于0 ppm。写下激烈的解决方案Hz和ppm（最左边的信号）信号的频率。另外，请注意该信号之间的偏移量在δ 溶液和封装的Xe的信号在δ 笼 〜60 - 80以ppm ppm以下。这被称为偏移量Δω（参见还代表性的结果）。
5。超CEST成像的
- 为了测试的氙主机分子造影剂的能力，可以进行一个实验，用二室幻像。要做到这一点，需要约。从第4条的测试溶液和50％，填充到一个5mm NMR管中。将设置从第4到10 mm的鼓泡管。只有溶剂填充的外室和无保持架的内共同的相同的水平mpartment。成的外和2的毛细管插入3发泡毛细血管进入的内室。
- 重新连接管冒泡设置，重复步骤4.2。
- 选择单次EPI快速成像序列。该序列可能需要被修改以包括从分光计的延迟和触发脉冲，以打开和关闭的质量流量控制器。允许CA。 15 - 20秒鼓泡0.1 SLM和其后的5 - 8秒的等待延迟的气泡消失，随后通过MRI编码。
- 设置检测核129在X-信道和发射器/观察员的溶液在步骤4.5的信号频率来确定的值的Xe。使用的RF脉冲计算器工具，转换成脉冲参数（幅度和持续时间）从步骤3.3中用于成像序列的激发。
- 成像几何在我们的例子如下：10 - 20毫米层厚，横向定位; 20×20毫米的争夺领域W;矩阵大小32×32双采样（以避免工件）和局部傅立叶编码系数设置为1.68加速收购（ 即 ，只有19岁的32相位编码步骤实际上是收购）。
- 打开的的CEST模块（修改后的磁化传输模块）的信号准备和预饱和脉冲使CW（参数， 例如 ，2秒持续时间，5μT幅度）。横向取向的2次扫描中执行一次此饱和脉冲的载波频率被设置成δ 笼 =δ 解决方案 - Δω，一旦到δ=δ 溶液控制 +Δω。
- 使用图像后处理工具，产生的Hyper-CEST差分图像减去图像的饱和度δδ 控制和饱和度从一个笼子 。结果应该突出的地方，Xe的主机（见结果也代表）。
6。代表性的成果
激光的吸收，可监测通过切换的单元和关闭的周围的磁场。根据激光功率和电池温度，观察到几乎完全吸收与磁场关闭和ca。发生30％的传输与字段（比较图8中所示）。
对于一个的NMR系统运行在9.4 T（1 H 400兆赫，110兆赫129 XE），信号增强应该是CA。 16000倍时，比较热极化与超极化氙氙气。据到步骤3.8，这对应于约自旋极化。 15％。值> 10％时使用的电话线，应该是可以实现缩小输出> 100 W CW激光二极管
129氙NMR谱的DMSO溶液含有213μM的分子主机应表现出信号与笼氙信号 - 噪声比的CA。 10收购（16）（ 图9，在室温下，使用线展宽为10 Hz）。
在Hyper-CEST MRI数据集示出了完整的信号强度为断开谐振控制的区域内的Xe主机分子在谐振饱和度图像的图像和信号耗尽。专用的差分图像显示的区域的反应的饱和脉冲（ 图10）。
图1为实现圆偏振光的光学部件的侧视图。激光被耦合到系统中，通过光纤在左边。偏振光束分光器立方体（PBC）和λ/ 4波片被安装在旋转安装到调整快斧s为产生圆偏振光（见电影1）。可以改由PBC的普通反射的光束由反射镜，结束了在（未示出）的光束转储。
图2为实现圆偏振光的光学元件的顶视图。该视图包括普通的束束转储。作为一种安全措施，热电偶的温度监测主光束扩展器，光束转储，和偏振光束分光器立方体。
图3。打开烤箱框与侧壁抽水细胞侧视图。在La丝氨酸光进入方块从左边通过平行玻璃板窗口。的右端上的针孔衰减发送的激光功率，以保护光学光谱仪，其接收的光通过准直器和光纤。 Xe气体混合物的激光方向行进相反的：，通过右腿和退出的左侧进入细胞。
图4。）特写视图的Rb液滴内抽水细胞。橙色的硅加热器（由PID调节器控制）被安装在玻璃盒的底部。在上面的热电偶监视电池温度。二）特写视图的气体入口区域的介质中年泵送细胞与增量缓解冷凝水积聚在玻璃墙的。三）余下的Rb的液滴在相同的抽吸细胞作为在b），如看到的从背面照射的细胞，并与短曝光时间来抑制壁的玻璃涂层的可视性。
图5。碱金属蒸气的能量转换。 a）在不外部B-场，没有定义磁性子层级（仅在灰色示出），因此在地面上的状态的任一原子吸收光。二）打开的外部场定义的塞曼泵送只有一种过渡的水平和原因，根据偶极子的选择规则。这会导致原子堆积在一个子级，而在其他地面状态的子级的数目减少了的原子吸收激光光。
图6，用于检测一个特定的生化感兴趣的目标。的官能化cryptophane笼。氙NMR信号会发生变化的具体目标单位后绑定事件。
图7可见瞄准光束（红色光）泵送小区的对准，以确保完全照明泵送体积。
图8。激光公司为不同的汲细胞条件。当没有Rb蒸气是本冷细胞（室温）下，没有观察到吸收。我们观察到我们的激光二极管的发射线（连同一个是在制造商的规格为0.5 nm FWHM）。当细胞达到它的设定温度（180℃）和磁场被关闭，一般D 1激发导致几乎完全吸收的激光光。开关上的磁场诱导选择性只有一种过渡抽水，并增加了透射强度。
图9。129的Xe NMR谱作为氙笼含有cryptophane-A单酸（结构也示出）的DMSO溶液。的气体峰被引用到0ppm。免费Xe在解决方案出现在δ 解决方案 = 2450.7 PPM和笼氙气在δ 笼 = 79.2 ppm的。在Hyper-CEST实验，饱和脉冲一旦设置到δ 笼用于使饱和转移地降低其峰值和一次设置成δ 控制 = 412.2 ppm至收集的参考信号的减法。实验参数：213μM的笼在DMSO中在295 K，16收购与32.3 kHz频带宽度，772毫秒的FID中读出，氙在0.1 SLM鼓泡通入溶液中，持续20秒。
图10。129 Xe的MR图像溶解在DMSO中的氙气。幻象由两个单独的隔室，与只含有cryptophane-A单酸（浓度为50μM）的内隔室。在每个EPI图像拍摄，5μT的连续波saturat的离子脉冲持续时间2秒。 ）的饱和脉冲δ 控制 ， 即关闭与XE @笼峰值共振，我们观察到强烈的信号，从两个隔室。 b）在饱和度上的Xe _AT_笼峰在δ 笼谐振，几乎完全破坏的内隔室的信号。减法图像a） - 二）揭示的Xe主分子的位置。在图像被收购与FOV的20×20毫米，厚度为10毫米，32×32像素的切片。然后将它们进行阈值插值，以256×256像素。
动画1。动画组装设置燮的。由一个主光束扩展器的激光束的第一直径增加，通过偏振分束器立方体（PBC）。这个立方体的旋转改变普通和超乎寻常的光束的相对强度。有关的位置，最大传输，快轴的PBC与多米纳对齐核苷酸的入射光的偏振轴。的线性偏振的透射光 - 这是由质量/消光比的PBC的影响 - 可以使用的第二PBC作为分析仪测试。对齐其快轴与快轴的第一个立方体应该给而进一步转动90°的最大传输应该给零变速器和全反射。的λ/ 4波片的插入的线性转换成圆偏振，如果它的快轴是旋转45°对第一PBC的快轴的。的透射光的强度，现在应该独立于第二个立方体的旋转的。删除的分析组件，取而代之的是一个次要的扩束产生正确的光束直径，照亮抽的细胞。阿铷液滴坐在在此单元格中被部分蒸发，一旦在细胞外的加热器被接通。氙气体混合物流经设置在相反方向的激光束颇ibutes这种蒸气在细胞。没有磁场，这将导致一般D 1 Rb原子激发和吸收的激光光强。打开磁性允许选择性地抽现在定义的磁分层次之间的一个过渡。因此，只有一个原子数量减少吸收激光和发送的再次增加。 点击这里观看电影 。
电影2。的动画解释CEST效果。 Cryptophane笼作为分子捕获氙原子的主机改变其共振频率，在此的结合事件（过渡蓝 - >绿）。的第一NMR采集确定未结合的Xe的量作为基准信号。接下来，选择饱和脉冲受影响的只是笼的原子，破坏了他们的磁化。由于氙绑定是一个可逆的过程，长脉冲取消的许多原子和第二NMR收购的磁化免费XE的参考信号比较，揭示了一个重要的信号降低。 点击这里观看电影 。
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Discussion
超极化的氙的制备中的关键方面是，包括泵送小区和足够的照明的圆偏振光的细胞与氧气的气体歧管中的杂质。上述的灯泡测试是一个简单的方法来检测有害的氧浓度，同时转印铷。的碱金属，可能会失去其表面有光泽的时间的单元被安装在偏振片。然而，非氧化的Rb的足够的汽化可以减少激光传输（加热新鲜细胞的第一次时，它可能是一个附加的温度增加了约20℃需要启动的汽化过程，一旦监测激光吸收开始，应减少设定点）。几乎完整的激光吸收，在磁场的存在下，是表示存在的至少一个区域中的细胞与过量的Rb蒸气密度，可能会导致不均匀的细胞照明和坏的Xe炒作rpolarization。降低温度的加热器，如果发生这种情况，直到约30％的传输通过细胞。
最佳温度，压力，气体混合物和流速都必须在实验确定的每个设置，因为这些将取决于具体的几何形状和热传导的光电池和激光线的宽度和功率个别偏振片。特别是它已被证明，在低压力12自旋交换的Rb的Xe的是最有效的。然而，由于相对大的二极管激光器的线宽度，Rb的偏振通常更有效在大的压力1。必须发挥这两个因素互相抵销，对于一个给定的设置以达到最大极化。
替代光泵，可以实现通过使用的Rb D 2过渡与在780 nm的激光发射，或通过使用Cs（在894纳米）13和D 2与它的D 1过渡14。根据激光系统的可用性，可以选择的四种方法之一的最佳泵送条件。
一个很好的故障排除列表中也可以找到设立和经营燮设置的15。一些更多的元件，用于控制偏振器歧管的真空和超压和疏散站在步骤3.5中所用的设备的表中列出。
要保留的Xe的偏振，它必须保持在一个磁场。的NMR光谱仪的杂散磁场，这是足够的。在气相中的Xe的T 1是许多小时。这可以增加通过冻结样品，这是特别有利的运输。墙相互作用的去极化氙气的主要原因之一。这些可以被减少的材料（ 例如通过涂布玻璃器皿16），通过仔细选择和减少接触面积的逻辑之间EEN的气体和它的容器。
收购NMR数据解决方案可能会受到过度发泡过程中气泡期间或留在液体中的气泡后的等待时延。这会导致严重的领域不均匀性和大量的信号损失。减少在这种情况下，在质量流量控制器的设定点。
这里介绍的偏振设置允许在延长的时间段与超极化氙容易核磁共振研究。因此，信号平均为目标浓度低的条件是很容易的。信号的稳定性是保证通过使用质量流量控制器，由光谱仪的触发。
已报道的官能化的Xe的信号取决于几个方面的微环境，包括参数，如当地温度，pH值和组合物所用溶剂。因此，这种方法具有的各种潜在的应用，无论是在体外将第二体内诊断。
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Disclosures
没有利益冲突的声明。
Acknowledgments
本研究项目已获得欧洲研究委员会的资助下在欧盟的第七框架计划（FP7/2007-2013）赠款协议/ ERC N°242710，并额外支援的人类前沿科学计划和埃米诺特计划的德国研究基金会（SCHR 995/2-1）。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Rb ingot | Sigma-Aldrich | 276332-1G | |
| P4O10 | Sigma-Aldrich | 79610-500G | |
| Ar | Praxair | ||
| Xe | Sigma-Aldrich | 00472-1EA | |
| O2 | Sigma-Aldrich | 00476-1EA | |
| Laser system | QPC Lasers/Laser Operations | Brightlock 50 | |
| Vacuum system | Pfeiffer | HiCube | |
| Thermocouples | Newport Omega | SA2F-KI-3M | |
| Silicon heater | Newport Omega | FMA5514 | |
| Pressure transducer | Newport Omega | PR 33X-V-10 | |
| Process meter | Newport Omega | INFCP-100B | |
| Mass flow controllers | Newport Omega | MFC | |
| PID regulators | Newport Omega | CN7800 | |
| Control Software | Newport Omega | DasyLab | |
| Data acquisition | Newport Omega | Daqboard 3000 | |
| Vacuum sensor | Oerlikon | TTR91 | |
| Vacuum controller | Vacom | MVC-3 | |
| Beam collimator | Thorlabs | F810SMA-780 | |
| Polarizing beam splitter cube | Thorlabs | GL15-B | |
| λ/4 wave plate | Thorlabs | WPQ10M-780 | |
| Beam expansion lenses | Thorlabs | ||
| Optical spectrometer | Ocean Optics | HR4000 | |
| Optical fiber | Ocean Optics | ||
| Low pressure NMR tube | Wilmad | 513-7LPV-7 | |
| 5mm NMR tube | Sigma-Aldrich | HX58.1 | |
| Helmholtz coils | Phywe | 06960-00 | |
| Fused silica capillaries | Polymicro | TSG 250350 |
References
- Schröder, L. Xenon for NMR biosensing - Inert but alert. Phys Med. , (2011).
- Viale, A., Reineri, F., Santelia, D., Cerutti, E., Ellena, S., Gobetto, R., Aime, S. Hyperpolarized agents for advanced MRI investigations. Q J Nucl. Med. Mol. Imaging. 53, 604-617 (2009).
- Walker, T. G., Happer, W. Spin-exchange optical pumping of noble-gas nuclei. Rev. Mod. Phys. 69, 629-642 (1997).
- Albert, M. S., Cates, G. D., Driehuys, B., Happer, W., Saam, B., Springer, C. S. Jr, Wishnia, A. Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe. Nature. 370, 199-201 (1994).
- Cherubini, A., Bifone, A. Hyperpolarised xenon in biology. Progr. NMR Spectrosc. 42, 1-30 (2003).
- Goodson, B. M. Nuclear magnetic resonance of laser-polarized noble gases in molecules, materials, and organisms. J. Magn. Reson. 155, 157-216 (2002).
- Nikolaou, P., Whiting, N., Eschmann, N. A., Chaffee, K. E., Goodson, B. M., Barlow, M. J. Generation of laser-polarized xenon using fiber-coupled laser-diode arrays narrowed with integrated volume holographic gratings. J. Magn. Reson. 197, 249-254 (2009).
- Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Mugler, J. P. III Probing lung physiology with xenon polarization transfer contrast (XTC). Magn. Reson. Med. 44, 349-357 (2000).
- Driehuys, B., Cofer, G. P., Pollaro, J., Mackel, J. B., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. Imaging alveolar-capillary gas transfer using hyperpolarized 129Xe MRI. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 18278-18283 (2006).
- 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. Functionalized xenon as a biosensor. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 10654-10657 (2001).
- Schröder, L., Lowery, T. J., Hilty, C., Wemmer, D. E., Pines, A. Molecular imaging using a targeted magnetic resonance hyperpolarized biosensor. Science. 314, 446-449 (2006).
- Schrank, G., Ma, Z., Schoeck, A., Saam, B. Characterization of a low-pressure high-capacity 129Xe flow-through polarizer. Phys. Rev. A. 80, 063424 (2009).
- 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. Magnetic resonance imaging of hyperpolarized 129Xe produced by spin exchange with diode-laser pumped Cs. Appl. Phys. Lett. 73, 2666 (1998).
- Zhou, X., Sun, X. P., Luo, J., Zeng, X. Z., Liu, M. L., Zhan, M. S. Production of Hyperpolarized 129Xe Gas Without Nitrogen by Optical Pumping at 133Cs D2 Line in Flow System. Chin. Phys. Lett. 21, 1501-1503 (2004).
- Zhou, X. Hyperpolarized noble gases as contrast agents. Methods Mol. Biol. 771, 189-204 (2011).
- 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. Investigation of antirelaxation coatings for alkali-metal vapor cells using surface science techniques. J. Chem. Phys. 133, 144703 (2010).
