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Engineering

एनएमआर और एमआरआई अनुप्रयोगों के लिए hyperpolarized क्सीनन

doi: 10.3791/4268 Published: September 6, 2012

Summary

hyperpolarized क्सीनन की स्पिन ऑप्टिकल विनिमय पम्पिंग (SEOP) के माध्यम से उत्पादन में वर्णित है. इस विधि पैदावार XE-129 के परमाणु स्पिन ध्रुवीकरण के एक ~ 10000-गुना वृद्धि और परमाणु चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी और इमेजिंग में आवेदन किया है. गैस चरण और समाधान राज्य प्रयोगों का उदाहरण दिया जाता है.

Abstract

परमाणु चुंबकीय अनुनाद (एनएमआर) स्पेक्ट्रोस्कोपी और इमेजिंग (एमआरआई) आंतरिक कम संवेदनशीलता से ग्रस्त है क्योंकि ~ 10 टी की भी मजबूत बाह्य चुंबकीय क्षेत्र केवल एक छोटा सा detectable कमरे के तापमान पर 1 नमूना शुद्ध आकर्षण संस्कार उत्पन्न. इसलिए, सबसे एनएमआर और एमआरआई अनुप्रयोगों के अणुओं का पता लगाने पर रिश्तेदार उच्च एकाग्रता (जैसे, पानी जैविक ऊतक के इमेजिंग के लिए) पर भरोसा करते हैं या अत्यधिक अधिग्रहण समय की आवश्यकता होती है. यह हमारे लिए कई जैव रासायनिक और चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए बहुत उपयोगी एनएमआर संकेतों के आणविक विशिष्टता का दोहन करने की क्षमता की सीमा. हालांकि, पिछले कुछ वर्षों में उपन्यास दृष्टिकोण में उभरा है: एनएमआर / एमआरआई चुंबक के अंदर का पता लगाने के लिए पता लगाया स्पिन प्रजातियों के हेरफेर से पहले नाटकीय रूप से आकर्षण संस्कार बढ़ाने के लिए और कर सकते हैं इसलिए बहुत कम 2 एकाग्रता में अणुओं का पता लगाने की अनुमति देता है.

यहाँ, हम एक क्सीनन गैस मिश्रण (2-5% Xe, 10% के ध्रुवीकरण के लिए एक विधि उपस्थितएन 2, संतुलन में एक कैरियर के साथ एक कॉम्पैक्ट सेटअप में) वह. १६,००० गुना बढ़ाने के संकेत. संकुचित डायोड लेज़रों आधुनिक लाइन 7 कुशल ध्रुवीकरण और गैस मिश्रण के तत्काल उपयोग की अनुमति भी अगर महान गैस अन्य घटकों से अलग नहीं है. SEOP तंत्र समझाया और स्पिन ध्रुवीकरण हासिल की दृढ़ संकल्प विधि का प्रदर्शन नियंत्रण के लिए प्रदर्शन किया है.

hyperpolarized गैस शून्य अंतरिक्ष इमेजिंग के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, गैस प्रवाह इमेजिंग या 8,9 अन्य सामग्री के साथ इंटरफेस में प्रसार अध्ययन सहित,. इसके अलावा, Xe एनएमआर संकेत अत्यंत अपनी आणविक 6 पर्यावरण के प्रति संवेदनशील है. यह यह एक / एनएमआर एमआरआई इसके विपरीत एजेंट के रूप में उपयोग करने के लिए जब functionalized आणविक मेजबान है कि अस्थायी तौर पर गैस 10,11 जानवरऋं कऋ पकड़ने के लिये कल के साथ जलीय घोल में भंग करने का विकल्प सक्षम बनाता है. प्रत्यक्ष पता लगाने और उच्च संवेदनशीलता ऐसी संरचनाओं के अप्रत्यक्ष दोनों स्पेक्ट्रोस्कोपी और इमेजिंग मोड का पता लगाने में प्रदर्शन किया है. </ P>

Introduction

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Hyperpolarized एजेंटों / एनएमआर एमआरआई अनुप्रयोगों के लिए बढ़ती ध्यान प्राप्त कर रहे हैं, क्योंकि वे कुछ निश्चित परिस्थितियों में संवेदनशीलता की समस्या को हल कर सकते हैं 2. वर्तमान में तीन प्रमुख दृष्टिकोण (पैरा हाइड्रोजन प्रेरित ध्रुवीकरण PHIP, गतिशील परमाणु ध्रुवीकरण, DNP और विनिमय ऑप्टिकल पम्पिंग SEOP, स्पिन) का इस्तेमाल कर रहे हैं कि सभी एक एनएमआर चुंबक के बाहर एक कृत्रिम रूप से वृद्धि हुई स्पिन आबादी अंतर वास्तविक स्पेक्ट्रोस्कोपी या इमेजिंग का प्रयोग करने के लिए पहले तैयार . यहाँ हम और एक SEOP सेटअप है कि hyperpolarized 129 Xe के उत्पादन समाधान राज्य के प्रयोगों में इस्तेमाल के लिए अनुकूलित किया गया है की समारोह के संचालन का वर्णन करता है.

एक आवश्यक घटक एक तीव्र प्रकाश स्रोत 795 एनएम पर अवरक्त फोटॉनों उत्सर्जन है. लेजर डायोड सरणियों (LDA) सुविधाजनक उपकरणों है कि उच्च बिजली उत्पादन> 100 डब्ल्यू उचित कीमत पर उपलब्ध कराने हैं. कई setups में, LDA एक ऑप्टिकल फाइबर में आ रही है कि कम या ज्यादा वें के ध्रुवीकरण को बरकरार रखे हुए हैई लेजर प्रकाश. एक पर्याप्त SEOP प्रक्रिया की गारंटी इस अण्डाकार ध्रुवीकरण उच्च शुद्धता के परिपत्र ध्रुवीकरण में परिवर्तित किया जाना चाहिए. ध्रुवीकरण प्रकाशिकी के प्रमुख घटकों आंकड़े 1 और 2 में दिखाया जाता है और प्रणाली स्थापित schematically अनुपूरक 1 फिल्म के बारे में विस्तार से बताया है.

Circularly प्रकाश फूट डालना हम पहली बार शक्ति घनत्व को कम करने के लिए एक प्राथमिक बीम विस्तार प्रकाशिकी (जैसे, एक फाइबर collimator) फाइबर अंत देते हैं. प्रकाश तो एक polarizing बीम फाड़नेवाला घन के माध्यम से गुजरता है, रैखिक polarized प्रकाश. इस घन को घुमाया करके हम एक बिजली मीटर के साथ शेष ध्रुवीकरण के पसंदीदा अक्ष का निर्धारण कर सकते हैं. अधिकतम संचरण जहां घन के तेजी अक्ष प्रिंसिपल प्रकाश ध्रुवीकरण अक्ष के साथ गठबंधन किया है स्थिति से मेल खाती है. उच्च विलुप्त होने coefficients (100,000: 1 या बेहतर) के साथ Cubes ध्रुवीकरण घटकों के एक अच्छा जुदाई उपज. यह परीक्षण किया जा सकता हैएक विश्लेषक है कि घुमाया जा रहा है, जबकि पहले एक असाधारण बीम की अधिकतम संचरण के लिए गठबंधन किया है के रूप में एक 2 बीम फाड़नेवाला घन का उपयोग.

प्रेषित प्रकाश की रैखिक ध्रुवीकरण पुष्टि की गई है, एक λ / 4 लहर प्लेट 795 एनएम के लिए तैयार असाधारण परिपत्र ध्रुवीकरण में रैखिक परिवर्तित बीम में शुरू की है. इस प्रयोजन के लिए, 45 ° बीम फाड़नेवाला घन तेजी अक्ष के सापेक्ष लहर थाली के तेजी से अक्ष घुमाया जा रहा है. (यदि वांछित, अपने रैखिक ध्रुवीकरण अक्ष बीम असाधारण सीधा के साथ परिलक्षित साधारण बीम के परिपत्र ध्रुवीकरण एक समान तरीके से हासिल किया जा सकता है.)

परिपत्र ध्रुवीकरण की गुणवत्ता कि रोटेशन पर निरंतर संचरण उपज चाहिए एक दूसरे बीम फाड़नेवाला घन के साथ परीक्षण किया जा सकता है. एक माध्यमिक बीम विस्तार प्रकाशिकी (गलीली दूरबीन विन्यास में जैसे दो लेंस) तो मैं पूरी तरह से बीम व्यास बढ़ जाती हैएक ओवन बॉक्स के अंदर पंप की प्रक्रिया के लिए कांच के सेल lluminate. आरबी वाष्प द्वारा सेल में लेज़र प्रकाश का अवशोषण बॉक्स के अंत में पम्पिंग सेल के पीछे एक पिन छेद के माध्यम से नजर रखी है: एक collimator एक तनु IR बीम एक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर के साथ विश्लेषण किया जा (सेल सेटअप पम्पिंग के लिए देखें चित्रा 3 एकत्र ).

पम्पिंग कक्ष के बाहर एक हीटिंग तंत्र आंशिक रूप से एक आरबी सेल (4a चित्रा) के अंदर बैठे छोटी बूंद vaporizes और इसलिए लेजर प्रकाश अवशोषण का कारण बनता है. वाष्प का घनत्व संबंधित पीआईडी ​​नियंत्रक के हीटिंग सेट बिंदु के माध्यम से समायोजित किया जा सकता है. उच्च तापमान (ca. 190 डिग्री सेल्सियस) कॉम्पैक्ट setups जहां क्सीनन समय की एक सीमित मात्रा में करने के लिए ध्रुवीकरण का निर्माण के लिए अच्छे हैं. गैस के मिश्रण युक्त Xe, 2 एन वह और पम्पिंग लेजर बीम की दिशा के विपरीत सेल (3 चित्रा) के माध्यम से बहती है. एक बाह्य चुंबकीय क्षेत्र लेजर बीम के साथ गठबंधन है कि वें सुनिश्चित करता हैई IR फोटॉनों केवल एक आरबी संक्रमण पम्पिंग कर रहे हैं. राज्यों के इलेक्ट्रॉन छूट तेज है और गैर विकिरणवाला 'गलत' ध्रुवीकरण के साथ IR फोटॉनों के उत्सर्जन से बचना चाहिए. यहाँ, एन 2 एक बुझाना गैस के रूप में खेलने में आता है. आखिरकार, आरबी प्रणाली जमीन राज्य sublevels के एक जनसंख्या बनाता है, जबकि अन्य एक लगातार लेजर (5 चित्रा) से समाप्त हो गया है. आरबी परमाणुओं के निकट संपर्क में हो रही क्सीनन स्पिन स्पिन बातचीत अनुभव और इलेक्ट्रॉन स्पिन ध्रुवीकरण फ्लिप फ्लॉप प्रक्रियाओं में Xe नाभिक पर स्थानांतरित किया है.

hyperpolarized पम्पिंग सेल के बाहर गैस बह आरबी वाष्प की मात्रा का पता लगाने है कि आउटलेट की कुछ कम तापमान (4b चित्रा के समान) के कारण सेमी भीतर टयूबिंग दीवार पर घनीभूत vivo अनुप्रयोगों में, तथापि, अतिरिक्त उन्मूलन की आवश्यकता होगी शामिल क्षार धातु (एक ठंड जाल के माध्यम से उदाहरण के लिए) के की इन विट्रो experime में जबकिएनटीएस गैस के साथ सुरक्षित रूप से प्रदर्शन कर सकते हैं क्योंकि यह hyperpolarizer पत्ते. Teflon टयूबिंग परीक्षण समाधान पर एनएमआर प्रयोगों प्रदर्शन के लिए एक गिलास तंत्र के इनलेट के साथ polarizer आउटलेट जोड़ता है. जन प्रवाह नियंत्रकों Xe एनएमआर सेटअप में बहने की राशि को समायोजित करने के लिए किया जाता है. वे एनएमआर पल्स अनुक्रम में आदेश द्वारा ट्रिगर कर रहे हैं. ध्रुवीकरण वृद्धि हासिल की जाँच करने के बाद, गैस एक एनएमआर / एमआरआई समाधान राज्य प्रयोगों में विपरीत एजेंट के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है.

Xe पानी में एक निश्चित विलेयता (4.5 मिमी / एटीएम) और अन्य सॉल्वैंट्स है. इसलिए यह पहले से ही अपने दम पर एक विपरीत एजेंट के रूप में सेवा कर सकते हैं कुछ तरल पदार्थ के वितरण प्रदर्शित करने के लिए. हालांकि, यह भी संभव है कुछ अणुओं के नाभिक एनएमआर सक्रिय लिंक क्रम में अन्यथा अक्रिय गैस के माध्यम से आणविक विशिष्ट जानकारी प्राप्त. भंग Xe के लिए आणविक मेजबान प्रदान करके, यह संभव है Xe एनएमआर संकेत आणविक विशिष्टता मन्त्रणा करना. यह करने के लिए अवसर प्रदान करता हैभी कहा जाता है biosensors - डिजाइन functionalized विपरीत एजेंटों जब इस तरह के एक मेजबान संरचना लक्ष्यीकरण इकाई कि बायोमेडिकल ब्याज की विशिष्ट analytes (6 चित्रा) बांध के लिए युग्मित है.

इसके अलावा संवेदनशीलता वृद्धि जब biosensor सांद्रता कि एमआर विपरीत एजेंटों (<100 सुक्ष्ममापी) के लिए कम कर रहे हैं पर पता लगाया जाना चाहिए की आवश्यकता है. यह रासायनिक विनिमय संतृप्ति हस्तांतरण (CEST) द्वारा प्राप्त किया जा सकता है. इस विधि biosensor परोक्ष रूप से पता लगाता है बंदी Xe के आकर्षण संस्कार को नष्ट करने और मुक्त Xe के समाधान में संकेत परिवर्तन देखने. Hyperpolarized नाभिक के बाद से लगातार कुछ एमएस 10, कई 100 से 1000 का पता चला पूल पर नाभिक स्थानांतरण जानकारी के बाद प्रतिस्थापित कर रहे हैं और संकेत ca बढ़ाना. 10 3 गुना (फिल्म 2 देखें).

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Protocol

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1. SEOP सेटअप की तैयारी

रूबिडीयाम ऑप्टिकल पम्पिंग सेल में लाया जाना चाहिए, लेजर प्रकाश से ध्रुवीकरण की क्सीनन को हस्तांतरण की सुविधा. अपनी उच्च जेट के कारण इस प्रक्रिया आरबी ऑक्सीजन या पानी के साथ संपर्क में आने के बिना होने चाहिए, अन्यथा यह ऑक्सीकरण हो जाता है बन गया है और Xe फूट डालना नहीं जाएगा. अतिरिक्त सावधानी के रूप में आरबी पानी के साथ हिंसक प्रतिक्रिया करता है लिया जाना चाहिए.

  1. यदि ऑप्टिकल सेल पहले से इस्तेमाल किया गया यह आरबी और आरबी ऑक्साइड की एक परत के साथ लेपित किया जाएगा, के रूप में चित्रा 4b में देखा जा सकता है. सेल पहली बार उपयोग करने से पहले साफ होना चाहिए. इनलेट और ऑप्टिकल सेल के आउटलेट ट्यूबों बंद. जबकि इसे रखने दबाव, एक रासायनिक हुड के लिए सेल परिवहन. हुड के अंतर्गत उपयुक्त व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण का उपयोग वातावरण के लिए सेल खुला और लगभग एक घंटा इंतजार करने के लिए आरबी सतह oxidize करने के लिए अनुमति देते हैं.
  2. धीरे से सेल में विंदुक शुद्ध isopropanol. यह भंग करेंगेएक गर्म थाली पर पानी की बूंदों तरह isopropanol की सतह पर आरबी ऑक्साइड परत, और चमकदार आरबी बूंदों कदम होगा. एक बीकर में (और किसी भी आरबी है कि इसके साथ आता है) isopropanol डालो. दोहराएँ जब तक सभी आरबी निकाल दिया जाता है.
  3. यदि यह अभी भी सभी आरबी निकाल नहीं है, 10% पानी और 90% की एक समाधान isopropanol और 1.2 कदम) दोहराने सभी आरबी निकाल दिया जाता है जब तक पानी का प्रतिशत (10% की चरणों में) बढ़ रही है.
  4. एक बार सभी आरबी निकाल दिया जाता है, एसीटोन के साथ ऑप्टिकल सेल कुल्ला.
  5. Argon वातावरण के साथ एक दस्ताना बॉक्स में एक खाली है और पहले तो argon भरा ऑप्टिकल पम्पिंग सेल लाओ. इसके अलावा रूबिडीयाम, ampoule, पाश्चर pipettes, Kimwipes, और एक गर्मी बंदूक को तोड़ने के लिए एक उपकरण के एक ampoule शामिल हैं. आदेश में दस्ताना बॉक्स में एक शुष्क वातावरण बनाए रखने के लिए, एक desiccant के रूप में फॉस्फोरस pentoxide साथ एक पेट्री डिश जगह है. ऑक्सीजन की अवांछित निशान की उपस्थिति जहां कांच बल्ब दस्ताना बॉक्स वातावरण के लिए रेशा का पर्दाफाश करने के लिए खोला है एक प्रकाश बल्ब के साथ नजर रखी जा सकती है.स्थितियां लंबे समय के रूप में ठीक कर रहे हैं के रूप में कोई धुआं उठता रोशनी पर बदल गया.
  6. पम्पिंग सेल के भरने के बंदरगाह खोलें, आरबी ampoule तोड़ने और गर्मी बंदूक के साथ क्षार धातु पिघला. एक विंदुक के साथ कुछ तरल आरबी लेना और यह पम्पिंग सेल में इंजेक्षन.
  7. Argon दस्ताना बॉक्स में दबाव बढ़ाने के लिए polarizer सेटअप करने के लिए परिवहन के लिए पंप की सेल में एक मामूली overpressure बनाए रखने के बाद भरने बंदरगाह. सेल दस्ताना बॉक्स के बाहर ले जाओ.
  8. Polarizer कई गुना करने के लिए सेल से कनेक्ट करें, यह सुनिश्चित करना है कि यह पम्पिंग प्रक्रिया के दौरान लेजर बीम लाइन सेल रोशन के साथ गठबंधन किया है (इस दृश्य प्रकाश लक्ष्य बीम, 7 चित्रा के साथ किया जा सकता है) और जांच कि अपने thermocouple के साथ हीटिंग उपकरण है सेल (4a चित्र के रूप में) के साथ उचित थर्मल से संपर्क करें. सेल के शीर्ष पर एक thermocouple संलग्न.
  9. इनलेट और पम्पिंग सेल के आउटलेट वाल्व ट्यूब कनेक्शन खाली. के बाद<30x10 -3 एम्बार के दबाव पर पहुँचने के बाद, उच्च शुद्धता Ar (या नाइट्रोजन) के साथ लाइनों शुद्ध. इस क्रिया को तीन बार दोहराएँ.
  10. Ar पम्पिंग सेल इनलेट खुला टैंक के साथ, धीरे धीरे Inlet और सेल के आउटलेट वाल्व खोलने. ध्यान polarizer आउटलेट वाल्व खोलने के लिए एक छोटे से थोड़ा क्षमताओं की एक Ar प्रवाह स्थापित. के माध्यम से कई गुना 1 SLM. 2 मिनट के लिए इस प्रवाह को बनाए रखने. अब तक, ऑक्सीजन अशुद्धियों काफी आरबी oxidization से बचने का सफाया करना चाहिए. Polarizer आउटलेट वाल्व और Ar टैंक इनलेट कनेक्शन.
  11. पम्पिंग सेल के हीटर पर मुड़ें (सेट तापमान ca 180-190 ° C एक हीटिंग सेल नीचे घुड़सवार पट्टी के लिए). यह आरबी छोटी बूंद का हिस्सा भाप बनकर जाएगा.
  12. Polarizer सेटअप में Xe गैस मिश्रण कनेक्शन खोलें. टैंक नियामक सीए करने के लिए स्थापित किया जाना चाहिए. 3.5 बार overpressure.
  13. पर लेजर मुड़ें और CA के लिए अपने उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य धुन. डायोड शीतलक के सेट तापमान समायोजन करके 794.8 एनएम. ला मॉनिटरएक ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर के माध्यम से सेवाओं प्रोफ़ाइल.
  14. आरबी की सतत वाष्पीकरण लेजर अवशोषण बढ़ाने का कारण बनता है. सुनिश्चित करें कि लेजर उत्सर्जन प्रोफाइल symmetrically अवशोषित हो जाती है (यदि आवश्यक रद्दोबदल शीतलक तापमान). सेल के शीर्ष पर एक बार तापमान संवेदक ca पढ़ता है. 100 डिग्री सेल्सियस, आप एक काफी कम लेजर संचरण का निरीक्षण (चित्रा 8 देखें) चाहिए.
  15. लेजर अवशोषण भी अतिरिक्त हीटिंग का कारण बनता है, इसलिए सेल में दबाव बढ़ रही है. सेल की स्थितियों की निगरानी और ध्यान (हमारे सेटअप में 5 बार पेट) polarizer (सामान्य ऑपरेशन में) आउटलेट के लिए कुछ दबाव जारी जब भी मूल्य सीमा पम्पिंग सेल के लिए मूल्यांकन किया गया है दृष्टिकोण से गैस वायु आदि निकलने का मार्ग.
  16. पम्पिंग सेल के आसपास चुंबकीय क्षेत्र (ca. 2-3 मीट्रिक टन) पर बारी जबकि लेजर प्रोफाइल निगरानी. पारेषण तुरंत जाना चाहिए के रूप में क्षेत्र चयनात्मक पम्पिंग (चित्रा 8 देखें) ऑप्टिकल का कारण बनता है.
  17. के लिए सभी तापमान को स्थिर करने के लिए रुको.polarizer का उपयोग करने के लिए तैयार है.

2. एनएमआर सेटअप की तैयारी

  1. एनएमआर जांच सिर में पानी के साथ एक टेस्ट ट्यूब और सम्मिलित करें और रेडियो आवृत्ति (आरएफ) प्रोटॉन और क्सीनन चैनल के लिए सर्किट की ट्यूनिंग मिलान करते हैं.
  2. एमआरआई उपयोगकर्ता इंटरफ़ेस का स्वचालित शिम दिनचर्या के साथ पानी के संकेत पर शिम.

3. Hyperpolarization मात्रा

  1. अपनी क्षमताओं के साथ परीक्षण प्रेत के इनलेट polarizer दुकान ट्यूब कनेक्ट. 5 capillaries Xe और गैस वेंट ट्यूब जन प्रवाह नियंत्रक के साथ संबंध इंजेक्षन करने के लिए.
  2. सुनिश्चित करें कि गैस प्रवाह नियंत्रकों 'बंद' करने के लिए सेट कर रहे हैं और धीरे धीरे polarizer आउटलेट वाल्व खोलने के लिए प्रेत वायुयान आदि को ऐसा बनाना कि वायुचाप, तापमान आदि इस प्रकार नियंत्रित हों कि बिना असुविधा और ऑक्सीजन के यथेष्ट उड़ान ले सके. Ca प्रवाह दर सेट. 0.5 SLM प्रेत के माध्यम से एक सतत प्रवाह शुरू. प्रेत मात्रा और गैस प्रवाह दर कितनी देर तक यह पूरी तरह से गैस की मात्रा की जगह लेता से अनुमान है. हमारे सेटअप में, यह ca है. 2 सेकंड.
  3. (जैसे μsec 5-100) के एक कठिन नाड़ी का उपयोग की एक श्रृंखला प्राप्त. दप के वर्णक्रमीय चौड़ाई = 10 kHz, अधिग्रहण समय = 1 सेकंड टा और एक पुनरावृत्ति समय टी.आर. है कि प्रतिस्थापन 3.2 चरण में गणना के समय की तुलना में अब है: इसके अलावा मानकों हैं. Xe गैस के लिए 9.4 टी में उत्तेजना नाड़ी की आवृत्ति ca है. 110.683 मेगाहर्ट्ज. मजबूत संकेत के साथ खूंटी आप अधिकतम संकेत के लिए नाड़ी शक्ति और लंबाई के सही संयोजन दे देंगे.
  4. 0.1 SLM प्रवाह को कम, 15 सेकंड (3.7 कदम के साथ बराबर हो) टी.आर. बढ़ती है, और अन्य मानकों को अपरिवर्तित छोड़ने के बाद, 16 खूंटी स्कैन के साथ एक डाटासेट प्राप्त जबकि hyperpolarized Xe नमूने के माध्यम से बह रहा है. फूरियर परिवर्तन प्रदर्शन और स्पेक्ट्रम में चोटी आयाम को मापने. यह hyperpolarized क्सीनन गैस MIXT के लिए संकेत तीव्रता हैure. इसके अलावा, हर्ट्ज में गैस चोटी के अनुनाद आवृत्ति नोट.
  5. एक भारी दीवार एनएमआर कम दबाव सील के लिए एक वाल्व के साथ सुसज्जित ट्यूब खाली और क्षमताओं के साथ इसे भरने. 2 शुद्ध क्सीनन बार overpressure.
  6. खाली गैस एनएमआर ट्यूब पकड़े कई गुना और क्षमताओं को भरने के. 0.2 शुद्ध ऑक्सीजन के बार Xe एनएमआर ट्यूब (यानी, 2.2 बार overpressure ओ 2 दबाव को समायोजित) में शीर्ष पर. आरएफ उत्तेजना (प्रक्रिया अन्यथा बहुत लंबे समय टी.आर. की आवश्यकता है अगर गैस 3.4 चरण में की तरह अगले उत्तेजना के लिए जगह नहीं है यह हमें टी.आर. = 15 सेकंड के साथ काम करने की अनुमति देता है) के बाद ऑक्सीजन Xe आकर्षण संस्कार की छूट में वृद्धि होगी.
  7. बदलें एनएमआर चुंबक में इस कम दबाव एनएमआर ट्यूब के साथ पहले से इस्तेमाल किया गैस प्रवाह प्रेत और 3.4 के रूप में एनएमआर पल्स अनुक्रम प्रदर्शन. यह आपको एनएमआर संकेत तीव्रता Xe thermally polarized उच्च एकाग्रता के लिए दे देंगे.
  8. Thermally और hyperpolarized Xe के संकेत तीव्रता की तुलना और गणना संकेत बढ़ाने केजाहिर खाते में अलग सांद्रता और दबाव लेने. के रूप में स्पिन ध्रुवीकरण की गणना:

थर्मल स्पिन ध्रुवीकरण पी वें करने के लिए पहली बार एक संदर्भ के रूप में निर्धारित किया जाना चाहिए. यह दो स्पिन राज्यों की आबादी, यानी की राशि से अधिक की आबादी के अंतर के रूप में परिभाषित किया गया है,

1 समीकरण
कमरे के तापमान पर, यह उच्च तापमान सन्निकटन और आबादी के अनुपात में आर के रूप में दिया जाता है

2 समीकरण
(कश्मीर बोल्ट्जमान निरंतर है, टी पूर्ण तापमान, और γ magnetogyric अनुपात). चूंकि तापीय ऊर्जा के.टी. द्वारा अब तक का प्रमुख कारक है, आर 1 के करीब है, Xe के लिए बी पी = 9.4 टी. इस पैदावार वें (9.4 टी) = 10 -7 8.9 0 यानी .९९९९८२२३२.

अगला, सामान्यीकृत संकेत वृद्धि कारक ε hyperpolarized संकेत अश्वशक्ति और थर्मल एस ध्रुवीकरण वें (यह सोचते हैं कि सभी एनएमआर पल्स अनुक्रम मापदंडों दोनों अनुप्रयोगों के लिए समान थे) से संकेत के अनुपात से गणना की जा:

3 समीकरण
जहां सी और पी गैस मिश्रण में Xe (%) की एकाग्रता और thermally और hyperpolarized Xe के साथ दोनों प्रयोगों, क्रमशः के लिए गैस मिश्रण के दबाव का प्रतिनिधित्व करते हैं. हासिल hyperpolarization तो उत्पाद εP वें द्वारा दिया जाता है.

4. Functionalized क्सीनन समाधान राज्य स्पेक्ट्रोस्कोपी

  1. (Functionalized) क्सीनन मेजबान (जैसे, cryptophane एक एक लक्षित यूनिट के साथ) के एक 50-200 सुक्ष्ममापी समाधान तैयार करें. पिंजरे सह के hydrophobicity पर निर्भर करता हैnstruct, अधिक या कम एक विलायक के रूप में पानी के लिए DMSO जोड़. एक cryptophane एक monoacid पिंजरे के साथ हमारे प्रदर्शन में, यह आसान है शुद्ध DMSO का उपयोग. Ca ले लो. इस समाधान का 1.5 मिलीग्राम और यह गैस प्रवाह प्रेत में भरने के लिए, यह सुनिश्चित करना है कि 5 जुड़े सिलिका capillaries Xe गैस मिश्रण के साथ समाधान की पर्याप्त बुदबुदाती की अनुमति. 0.1 SLM साथ एनएमआर चुंबक बाहर बुदबुदाती परीक्षण प्रदर्शन और अवांछित अत्यधिक foaming के लिए जाँच करें.
  2. एनएमआर जांच और धुन में प्रेत डालें, और दोनों प्रोटॉन और एक्स चैनलों पर मैच और 2.2 चरण में की तरह एक स्वचालित शिम प्रदर्शन.
  3. स्पेक्ट्रोमीटर से उपयुक्त और देरी ट्रिगर दालों के साथ एक खूंटी अधिग्रहण प्रयोग के लिए खुला है और जन प्रवाह नियंत्रकों बंद. कैरियर के लिए अनुमति दें. 15-20 0.1 SLM और बाद के लिए गायब हो बुलबुले, आरएफ उत्तेजना और खूंटी readout द्वारा पीछा 5-8 सेकंड के लिए इंतज़ार कर रही देरी के साथ सेकंड बुदबुदाती.
  4. Sw = 40 kHz के साथ 16 या 32 (अपने पिंजरे एकाग्रता पर निर्भर करता है) repetitions, ca पर केन्द्रित प्रदर्शन. 11 kHz नीचेगैस गूंज 3.4 चरण में निर्धारित आवृत्ति से क्षेत्र. खूंटी readout 500-1,000 मीटर होना चाहिए. फूरियर स्पेक्ट्रम पाने के लिए खूंटी को बदलने के लिए.
  5. सबसे सही संकेत के लिए रासायनिक बदलाव मूल्य (गैस चरण) 0 पीपीएम सेट. हर्ट्ज और पीपीएम में तीव्र समाधान संकेत (सबसे बाईं संकेत) की आवृत्ति नीचे लिखें. यह भी ध्यान रखें δ समाधान में यह संकेत है और δ 60 ~ पिंजरे में समझाया Xe के संकेत के बीच ऑफसेट पीपीएम में 80 पीपीएम. इस ऑफसेट Δω (भी प्रतिनिधि परिणाम देखें) कहा जाता है.

5. हाइपर-CEST इमेजिंग

  1. आदेश में एक क्सीनन मेजबान अणु के विपरीत एजेंट क्षमता का परीक्षण करने के लिए, एक दो डिब्बे प्रेत के साथ एक प्रयोग किया जा सकता है. ऐसा करने के लिए, ca ले. 4 अनुभाग से परीक्षण समाधान के 50% और यह एक 5mm एनएमआर ट्यूब में भरना. 4 अनुभाग से 10 मिमी बुदबुदाती सेटअप में इस ट्यूब डालें. विलायक के साथ ही बाहरी डिब्बे और कोई पिंजरे आंतरिक सह के रूप में एक ही स्तर के लिए भरेंmpartment. बाहरी और 2 capillaries में भीतरी डिब्बे में बुदबुदाती capillaries के 3 डालें.
  2. बुदबुदाती सेटअप करने के लिए टयूबिंग फिरसेजुड़ें और 4.2 चरण दोहराएँ.
  3. तेजी से इमेजिंग के लिए एक एकल शॉट महामारी अनुक्रम का चयन करें. इस क्रम संभवतः स्पेक्ट्रोमीटर से और देरी ट्रिगर दालों को शामिल करने के लिए खोलने के लिए और जन प्रवाह नियंत्रकों को बंद करने के लिए संशोधित करने की आवश्यकता है. कैरियर के लिए अनुमति दें. 15 - 20 0.1 और 5 SLM बाद के साथ सेकंड बुदबुदाती - बुलबुले के लिए गायब हो जाते हैं, बाद एमआरआई एन्कोडिंग के लिए 8 सेकंड इंतज़ार कर रही देरी.
  4. एक्स चैनल और आवृत्ति / ट्रांसमीटर पर्यवेक्षक पर 4.5 चरण में समाधान संकेत के लिए निर्धारित मूल्य 129 Xe पता लगाने नाभिक सेट. आरएफ नाड़ी कैलकुलेटर उपकरण का उपयोग, नाड़ी मानकों परिवर्तित (आयाम और अवधि) अपने इमेजिंग अनुक्रम में इस्तेमाल उत्तेजना में 3.3 कदम से.
  5. हमारे उदाहरण में इमेजिंग ज्यामिति के रूप में इस प्रकार है: 10 - 20 मिमी टुकड़ा मोटाई, अनुप्रस्थ अभिविन्यास, 20 x 20 मिमी होड़ के क्षेत्रमैट्रिक्स आकार 32x32, w डबल नमूने (कलाकृतियों से बचने के लिए) और आंशिक फूरियर एन्कोडिंग कारक त्वरित अधिग्रहण के लिए 1.68 करने के लिए सेट (यानी, 32 चरण कूटबन्धन कदम के केवल 19 वास्तव में अर्जित कर रहे हैं).
  6. संकेत तैयारी के लिए CEST मॉड्यूल (एक संशोधित आकर्षण संस्कार स्थानांतरण मॉड्यूल) खोलें और एक स.ग. presaturation नाड़ी (पैरामीटर, उदाहरण के लिए, 2 सेकंड की अवधि, 5 μT आयाम) सक्षम. Δω और δ नियंत्रण के लिए एक बार = δ समाधान + Δω - इस संतृप्ति नाड़ी का वाहक आवृत्ति एक बार δ पिंजरे स्थापित किया जा रहा है = δ समाधान के साथ अनुप्रस्थ अभिविन्यास में 2 स्कैन प्रदर्शन
  7. एक छवि पोस्ट प्रसंस्करण उपकरण का उपयोग, संतृप्ति साथ δ पिंजरे में δ नियंत्रण में संतृप्ति के साथ एक से छवि subtracting द्वारा हाइपर-CEST अंतर छवि उत्पन्न करते हैं. परिणाम केवल उन क्षेत्रों में जहाँ Xe मेजबान उपस्थित थे (भी प्रतिनिधि परिणाम देखें) को उजागर करना चाहिए.

6. प्रतिनिधि परिणाम

लेजर अवशोषण पर सेल और बंद के चारों ओर चुंबकीय क्षेत्र स्विचन द्वारा नजर रखी जा सकती है. लेजर शक्ति और सेल के तापमान पर निर्भर करता है, लगभग पूरा अवशोषण चुंबकीय क्षेत्र के साथ मनाया जाता है बंद और क्षमताओं. 30% प्रसारण क्षेत्र पर (एक तुलना 8 चित्र में दिखाया गया है) के साथ होता है.

9.4 टी (एच 1 के लिए 400 मेगाहर्ट्ज, 129 Xe के लिए 110 मेगाहर्ट्ज) पर एक एनएमआर ऑपरेटिंग सिस्टम के लिए बढ़ाने के संकेत ca होना चाहिए. १६,००० गुना जब hyperpolarized क्सीनन के साथ thermally polarized क्सीनन तुलना. 3.8 कदम के अनुसार, इस क्षमताओं की एक स्पिन ध्रुवीकरण से मेल खाती है. 15%. > मान 10% प्राप्त हो सकता है जब एक लाइन का उपयोग करना चाहिए स.ग.> डब्ल्यू 100 के उत्पादन के साथ लेजर डायोड संकुचित

129 Xe एनएमआर स्पेक्ट्रम एक DMSO एक आणविक मेजबान के 213 सुक्ष्ममापी युक्त समाधान एक साथ बंदी क्सीनन का एक संकेत एक्ज़िबिट चाहिएसंकेत करने वाली शोर क्षमताओं का अनुपात. (16 अधिग्रहण के लिए कमरे के तापमान पर 10 हर्ट्ज के विस्तार लाइन का इस्तेमाल किया 9 चित्रा) 10.

हाइपर-CEST एमआरआई डेटा सेट बंद गुंजयमान नियंत्रण और संतृप्ति पर गुंजयमान छवि में Xe मेजबान अणु युक्त क्षेत्रों में सिग्नल की रिक्तीकरण छवि के लिए पूर्ण संकेत तीव्रता से पता चलता है. अंतर छवि विशेष रूप से क्षेत्रों है कि संतृप्ति नाड़ी (10 चित्रा) जवाब प्रदर्शित करता है.

चित्रा 1
चित्रा 1 circularly polarized प्रकाश को प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल घटकों की ओर देखें. लेजर प्रकाश व्यवस्था में बाईं तरफ ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से युग्मित है. दोनों ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला (PBC) घन और लहर λ / 4 प्लेट mounts घूर्णन के लिए तेजी से कुल्हाड़ी समायोजित पर स्थापित कर रहे हैंcircularly polarized प्रकाश (1 फिल्म को देखने के) के उत्पादन के लिए है. साधारण PBC से परिलक्षित बीम एक बीम डंप में अंत में () नहीं दिखाया दर्पण द्वारा मोड़ा जा सकता है.

चित्रा 2
चित्रा 2 circularly polarized प्रकाश को प्राप्त करने के लिए ऑप्टिकल घटकों के शीर्ष दृश्य. यह दृश्य साधारण बीम के लिए बीम डंप शामिल हैं. एक सुरक्षा उपाय के रूप में, और thermocouples प्राथमिक किरण विस्तारक, बीम डंप, और ध्रुवीकरण बीम फाड़नेवाला घन के तापमान की निगरानी कर रहे हैं.

चित्रा 3
चित्रा 3. ओवन बॉक्स की ओर की दीवार के साथ सेल की पम्पिंग साइड दृश्य खोला. लासेवाओं प्रकाश बाएँ से एक समानांतर कांच की खिड़की के माध्यम से बॉक्स में प्रवेश करती है. सही अंत पर pinhole प्रेषित लेजर ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोमीटर जो एक collimator और ऑप्टिकल फाइबर के माध्यम से प्रकाश प्राप्त की रक्षा के लिए शक्ति attenuates. Xe गैस मिश्रण लेज़र प्रकाश की दिशा के विपरीत यात्रा: यह सही और बाईं ओर पर पैर रास्ते के माध्यम से सेल में प्रवेश करती है.

चित्रा 4
चित्रा 4) पंप कोशिका के अंदर बंद हुआ आरबी छोटी बूंद के. नारंगी सिलिकॉन हीटर (एक पीआईडी ​​नियामक द्वारा नियंत्रित) कांच का सेल के नीचे से जुड़ा हुआ है. शीर्ष पर एक thermocouple सेल तापमान पर नज़र रखता है. ख) incr के साथ एक मध्यम आयु वर्ग के पम्पिंग सेल के गैस इनलेट क्षेत्र की बंद हुआ दृश्यकांच की दीवार पर सहजता घनीभूत निर्माण. ग) ख के रूप में एक ही पंप कक्ष में शेष आरबी छोटी बूंद), के रूप में पीछे से और कम जोखिम समय के साथ सेल को रोशन करने के लिए कांच की दीवार कोटिंग की दृश्यता को दबाने के द्वारा देखा.

चित्रा 5
चित्रा 5 क्षार धातु वाष्प में ऊर्जा संक्रमण. एक) बाहरी बी क्षेत्र बिना, चुंबकीय उप - स्तर (केवल ग्रे में सचित्र) नहीं परिभाषित कर रहे हैं, इसलिए राज्य भूमि में किसी भी परमाणु प्रकाश अवशोषित. ख) एक बाहरी क्षेत्र पर की ओर मुड़ते द्विध्रुवीय चयन नियमों के अनुसार Zeeman स्तर और केवल एक संक्रमण के पंप कारणों को परिभाषित करता है. यह एक उप स्तरों के परमाणुओं के संचय का कारण बनता है, जबकि अन्य जमीन राज्य उप स्तर में एक परमाणुओं की कम संख्या लेजर प्रकाश को अवशोषित कर लेता है.


6 चित्रा जैव रासायनिक ब्याज की एक विशेष लक्ष्य का पता लगाने के लिए Functionalized cryptophane पिंजरे. Xe एनएमआर संकेत विशिष्ट लक्षित इकाई के बंधन घटना पर बदल जाएगा.

7 चित्रा
7 चित्रा दर्शनीय पम्पिंग सेल के संरेखण के लिए बीम (लाल बत्ती) लक्ष्य पम्पिंग मात्रा की पूरी रोशनी सुनिश्चित करने के लिए.

चित्रा 8
8 चित्रा. अलग पम्पिंग सेल के लिए लेजर प्रोफाइलशर्तें. कोई अवशोषण ठंड सेल (कमरे के तापमान) के लिए मनाया जाता है, जब कोई आरबी वाष्प मौजूद है. हम दो हमारे लेजर डायोड से उत्सर्जन लाइनों (0.5 एनएम FWHM है कि निर्माता विनिर्देशन के भीतर है के साथ एक साथ) निरीक्षण करते हैं. जब सेल अपने निर्धारित तापमान (180 डिग्री सेल्सियस) तक पहुँच जाता है और चुंबकीय क्षेत्र बंद कर दिया है, सामान्य डी 1 उत्तेजना लेसर प्रकाश की लगभग पूरा अवशोषण का कारण बनता है. पर चुंबकीय क्षेत्र स्विचिंग चयनात्मक लाती केवल एक संक्रमण के पंप और पारेषण तीव्रता बढ़ जाती है.

9 चित्रा
9 चित्रा एक Xe पिंजरे के रूप में एक DMSO cryptophane-A monoacid (संरचना भी दिखाया) युक्त समाधान के 129 Xe एनएमआर स्पेक्ट्रम. गैस चोटी 0 पीपीएम से संदर्भित है. समाधान में मुफ्त Xe δ समाधान = 245 पर प्रकट होता है0.7 पीपीएम और δ = 79.2 पीपीएम पिंजरे में कैद Xe. हाइपर-CEST प्रयोग के लिए, संतृप्ति नाड़ी संतृप्ति स्थानांतरण सक्षम समाधान शिखर को कम करने के लिए और एक बार δ नियंत्रण करने के लिए सेट = 412.2 पीपीएम घटाव के लिए संदर्भ संकेत इकट्ठा करने के लिए के लिए एक बार δ पिंजरे करने के लिए सेट. प्रायोगिक पैरामीटर: DMSO में 295 कश्मीर, 32.3 kHz बैंड चौड़ाई के साथ 16 अधिग्रहण में 213 सुक्ष्ममापी पिंजरे, 772 एमएस खूंटी बाहर पढ़ा, XE 0.1 SLM में 20 सेकंड के लिए समाधान में bubbled.

10 चित्रा
10 चित्रा 129 क्सीनन XE एमआर छवियों DMSO में भंग. प्रेत केवल आंतरिक cryptophane-A monoacid (50 सुक्ष्ममापी की एकाग्रता पर) युक्त डिब्बे के साथ दो अलग - अलग डिब्बों के होते हैं. इससे पहले कि प्रत्येक महामारी छवि लिया जाता है, एक 5 μT saturat सतत तरंगआयन नाड़ी 2 सेकंड के लिए लागू किया जाता है. एक) संतृप्ति नाड़ी δ नियंत्रण में है, यानी, बंद Xe @ पिंजरे शिखर के साथ सुनाई देती है और हम दोनों डिब्बों से मजबूत संकेत का निरीक्षण. ख) संतृप्ति Xe @ δ पिंजरे में पिंजरे चोटी के साथ सुनाई देती है, लगभग पूरी तरह से आंतरिक डिब्बे से संकेत नष्ट कर दिया. घटाव छवि एक) - ख) Xe मेजबान अणु के स्थान का पता चलता है. छवियों 20 x 20 मिमी के एक FOV, 10 मिमी और 32 x 32 पिक्सल का एक टुकड़ा मोटाई के साथ हासिल किया गया. वे तो thresholded 256 x 256 पिक्सल interpolated.

मूवी SEOP के लिए एक सेटअप कोडांतरण एनिमेशन 1. लेजर बीम पहले एक प्राथमिक बीम विस्तारक से व्यास में वृद्धि और एक polarizing बीम फाड़नेवाला घन (PBC) के माध्यम से गुजरता है. इस घन के रोटेशन साधारण और असाधारण बीम के रिश्तेदार तीव्रता में परिवर्तन. अधिकतम संचरण के साथ स्थिति के लिए, PBC की तेजी धुरी domina साथ गठबंधन किया हैNT आने वाले प्रकाश का ध्रुवीकरण अक्ष. प्रेषित प्रकाश के रैखिक ध्रुवीकरण - जो PBC के अनुपात गुणवत्ता / विलुप्त होने से प्रभावित है - एक विश्लेषक के रूप में एक 2 PBC का उपयोग कर परीक्षण किया जा सकता है. 1 घन के तेजी अक्ष के साथ अपनी तेजी धुरी Aligning 90 डिग्री आगे रोटेशन जबकि अधिकतम संचरण देना चाहिए शून्य पारेषण और पूर्ण प्रतिबिंब देना चाहिए. एक λ / 4 लहर थाली की प्रविष्टि परिपत्र ध्रुवीकरण में रैखिक धर्मान्तरित अगर अपनी तेजी अक्ष घुमाया 45 ° 1 PBC के तेजी से अक्ष के खिलाफ है. प्रेषित प्रकाश की तीव्रता अब 2 घन के रोटेशन से स्वतंत्र होना चाहिए. घटकों का विश्लेषण हटाने और उन्हें एक माध्यमिक बीम विस्तारक के साथ जगह सही किरण व्यास पम्पिंग सेल को रोशन पैदावार. एक रूबिडीयाम इस कक्ष में बैठे छोटी बूंद आंशिक रूप से एक बार कक्ष के बाहर एक हीटर पर कर दिया जाता है vaporized है. क्सीनन गैस मिश्रण विपरीत दिशा में स्थापना के माध्यम से लेजर बीम distr बहसेल पर इस वाष्प ibutes. एक चुंबकीय क्षेत्र के बिना, इस आरबी परमाणुओं और लेसर प्रकाश की मजबूत अवशोषण के सामान्य डी 1 उत्तेजना का कारण बनता है. पर चुंबकीय टर्निंग अब परिभाषित चुंबकीय उप स्तरों के बीच केवल एक संक्रमण के पंप चयनात्मक के लिए अनुमति देता है. एक परिणाम के रूप में, परमाणुओं के केवल एक कम संख्या को अवशोषित लेज़र प्रकाश और प्रसारण फिर से वृद्धि हुई है. फिल्म को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

मूवी 2 CEST प्रभाव समझा एनिमेशन. Cryptophane पिंजरों सेवा के रूप में आणविक मेजबान जाल Xe परमाणुओं जो इस बाध्यकारी घटना (संक्रमण नीले - हरे रंग>) पर उनके अनुनाद आवृत्ति बदलने के लिए है. एक 1 एनएमआर अधिग्रहण के संदर्भ में एक संकेत के रूप में अपार Xe की राशि निर्धारित करता है. अगले, एक चयनात्मक संतृप्ति केवल बंदी परमाणुओं को प्रभावित नाड़ी उनके आकर्षण संस्कार को नष्ट कर देता है. चूंकि Xe बाध्यकारी एक प्रतिवर्ती प्रक्रिया है, एक लंबे नाड़ी रद्दकई परमाणुओं और एक 2 एनएमआर अधिग्रहण के आकर्षण संस्कार मुक्त Xe से एक महत्वपूर्ण संकेत संदर्भ संकेत की तुलना में कमी का पता चलता है. फिल्म को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

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Discussion

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Hyperpolarized क्सीनन की तैयारी में महत्वपूर्ण पहलुओं गैस कई गुना में पम्पिंग सेल और circularly polarized प्रकाश के साथ सेल की पर्याप्त रोशनी सहित ऑक्सीजन अशुद्धियों हैं. ऊपर उल्लेख किया है प्रकाश बल्ब परीक्षण हानिकारक ऑक्सीजन सांद्रता का पता लगाने जबकि रूबिडीयाम स्थानांतरित करने के लिए एक सरल तरीका है. क्षार धातु समय से सेल polarizer में स्थापित है के द्वारा अपने चमकदार सतह ढीली हो सकती है. एक बार हालांकि, गैर से ऑक्सीकरण आरबी के पर्याप्त वाष्पीकरण कम लेजर संचरण (जब पहली बार के लिए एक ताजा सेल हीटिंग, यह है कि क्षमताओं की एक अतिरिक्त तापमान में वृद्धि 20 ° C वाष्पीकरण प्रक्रिया शुरू करने के लिए आवश्यक है हो सकता है द्वारा नजर रखी जा सकता है लेजर अवशोषण शुरू होता है, सेट बिंदु कम किया जाना चाहिए). चुंबकीय क्षेत्र की उपस्थिति में लगभग पूरा लेजर अवशोषण इंगित करता है कि सेल में अतिरिक्त आरबी वाष्प घनत्व है कि inhomogeneous सेल रोशनी और बुरे Xe प्रचार का कारण हो सकता है के साथ कम से कम एक क्षेत्र मौजूद हैrpolarization. हीटर के तापमान में कमी अगर ऐसा होता है जब तक वहाँ सेल के माध्यम से लगभग 30% संचरण है.

अधिकतम तापमान, दबाव, गैस का मिश्रण और प्रवाह दरों प्रयोगात्मक प्रत्येक स्थापना के लिए निर्धारित किया जा के रूप में इन विशिष्ट ज्यामिति और ऑप्टिकल सेल और लेजर लाइन और व्यक्तिगत polarizers की चौड़ाई बिजली के थर्मल प्रवाहकत्त्व पर निर्भर करेगा. यह विशेष रूप से दिखाया गया है कि स्पिन आरबी से Xe विनिमय सबसे कम 12 दबाव में कुशल है. फिर भी, डायोड लेज़रों अपेक्षाकृत बड़े पंक्ति चौड़ाई कारण, आरबी ध्रुवीकरण अक्सर बड़े दबाव में अधिक कुशल है 1. इन दो कारकों को एक दूसरे के खिलाफ बंद हो खेला चाहिए करने के लिए एक भी स्थापना के लिए अधिकतम ध्रुवीकरण तक पहुँचने.

वैकल्पिक पम्पिंग ऑप्टिकल 780 एनएम पर एक लेजर उत्सर्जन के साथ आरबी डी 2 संक्रमण का उपयोग करके या अपने डी 1 संक्रमण के साथ 894 ​​13 एनएम और 2 डी में सीएस का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है 14 एनएम पर संक्रमण. लेजर प्रणाली की उपलब्धता पर निर्भर करता है, एक चार दृष्टिकोण इष्टतम पंप स्थितियों के लिए चुना जा सकता है.

स्थापित करने और एक SEOP सेटअप संचालन के लिए एक अच्छा मुसीबत शूटिंग सूची भी 15 में पाया जा सकता है. निर्वात और polarizer कई गुना में overpressure को नियंत्रित करने के लिए कुछ अधिक घटकों और निकासी खड़े 3.5 चरण में इस्तेमाल उपकरणों की तालिका में सूचीबद्ध हैं.

Xe के ध्रुवीकरण की रक्षा के लिए, यह एक चुंबकीय क्षेत्र में रखा जाना चाहिए. एक एनएमआर स्पेक्ट्रोमीटर भटका क्षेत्र में इस बात के लिए पर्याप्त है. Xe के गैस चरण में 1 टी कई घंटा है. यह नमूना है, जो विशेष रूप से परिवहन के लिए फायदेमंद है ठंड से बढ़ाया जा सकता है. वॉल बातचीत Xe गैस की विध्रुवण के प्रमुख कारणों में से एक हैं. सामग्री का चयन सावधानी (16 कांच के बने पदार्थ कोटिंग से उदा) द्वारा कम किया जा सकता है और संपर्क क्षेत्र betw घटाeen गैस और इसके कंटेनर.

समाधान से एनएमआर डेटा के अधिग्रहण बुदबुदाती अवधि या इंतज़ार कर रहे विलंब के बाद तरल में शेष बुलबुले के दौरान अत्यधिक foaming द्वारा बाधा उत्पन्न किया जा सकता है. इस गंभीर क्षेत्र inhomogeneities और पर्याप्त संकेत हानि का कारण बनता है. इस मामले में जन प्रवाह नियंत्रक के सेट बिंदु कम.

hyperpolarized क्सीनन के साथ आसान एनएमआर अध्ययन के लिए समय की विस्तारित अवधि में ध्रुवीकरण सेटअप यहाँ प्रस्तुत की अनुमति देता है. इसलिए, संकेत कम लक्ष्य सांद्रता के साथ स्थितियों के लिए औसत आसानी से संभव है. सिग्नल स्थिरता जन प्रवाह स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा ट्रिगर नियंत्रकों के प्रयोग के माध्यम से की गारंटी है.

functionalized Xe के संकेत सूक्ष्म वातावरण के स्थानीय तापमान, पीएच और विलायक की संरचना की तरह मापदंडों सहित कई पहलुओं पर निर्भर करने के लिए सूचित किया गया है. इसलिए इस दृष्टिकोण एक इन विट्रो में विभिन्न क्षमता दोनों में आवेदन किया हैvivo निदान में एन डी.

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Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgments

इस अनुसंधान परियोजना यूरोपीय समुदाय सातवें फ्रेमवर्क कार्यक्रम (FP7/2007-2013) / ईआरसी अनुदान समझौते के एन ° 242710 के तहत यूरोपीय अनुसंधान परिषद से धन प्राप्त किया गया था और इसके अलावा मानव फ्रंटियर विज्ञान कार्यक्रम और जर्मन के एमी नोथेर कार्यक्रम द्वारा समर्थित रिसर्च फाउंडेशन (995/2-1 SCHR).

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

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References

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एनएमआर और एमआरआई अनुप्रयोगों के लिए hyperpolarized क्सीनन
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Witte, C., Kunth, M., Döpfert, J., Rossella, F., Schröder, L. Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications. J. Vis. Exp. (67), e4268, doi:10.3791/4268 (2012).More

Witte, C., Kunth, M., Döpfert, J., Rossella, F., Schröder, L. Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications. J. Vis. Exp. (67), e4268, doi:10.3791/4268 (2012).

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