Name: NMR ve MRG Uygulamaları için Hyperpolarized Xenon (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-09-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 20 s
Description: Öğrenin, spin exchange optical pumping yöntemiyle hiperpolarize ksenon üretimini ve NMR/MRI görüntüleme uygulamalarını. Bu teknik, yüksek duyarlılık ve moleküler özgüllük sağlar.

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

Bu araştırma projesi Avrupa Topluluğu Yedinci Çerçeve Programı (FP7/2007-2013) / ERC hibe anlaşması n ° 242710 altında Avrupa Araştırma Konseyi fon aldı ve ayrıca İnsan Frontier Bilim Programı ve Alman Emmy Noether Programı tarafından desteklenmiştir Araştırma Vakfı (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>

Çıkar çatışması ilan etti.

Hyperpolarized ksenon hazırlanmasında kritik açıdan pompalama hücre ve dairesel polarize ışık ile hücrenin yeterli aydınlatma içeren gaz manifoldu oksijen yabancı maddeleri bulunmaktadır. Yukarıda bahsedilen ampul testi rubidyum aktarımı yaparken zararlı oksijen konsantrasyonlarının saptanması için basit bir yoludur. Alkali metal hücrenin polarize takılı zaman, parlak yüzeye kaybedebilirsiniz. . Bir defa, ancak, non-okside Rb, yeterli düşük buharlaşma lazer transmisyon (ilk kez için taze bir hücre ısıtma zaman, bu ca ek...

Belli koşullar altında 2 hassasiyet sorunu çözebilir yana Hyperpolarized ajanlar NMR / MRG uygulamaları için artan bir önem kazanmaktadır. Önceki bütün gerçek spektroskopi veya görüntüleme deneyi için NMR mıknatıs dışında bir yapay artış sıkma nüfus değişimi hazırlamak üç ana yaklaşım şu anda (ve döviz optik pompalama, Seop dönmeye;; para-hidrojen indüksiyon polarizasyonu, PHIP dinamik nükleer polarizasyon, DNP) kullanılır . Burada çözüm devlet Deneylerde kullanılan hyperpolarized 129 Xe üretimi için optimize edilmiş bir Seop kurulum fonksiyonu ve işletimi tarif. Temel bir bileşeni 795 nm kızılötesi foton yayan yoğun bir ışık kaynağıdır. Lazer diyot diziler (LDA), yüksek güç çıkışı makul maliyetle&gt; 100 W sağlayan kullanışlı cihazlardır. Birçok düzeneğinde, LDA daha fazla ya da daha az inci polarizasyon koruyan bir optik fiber içine yayane lazer ışığı. Yeterli Seop sürecini garanti etmek bu eliptik polarizasyon yüksek saflıkta dairesel polarizasyon dönüştürülmesi gerekir. Polarizasyon optik ana bileşenleri, Şekiller 1 ve 2 de gösterilmiştir ve sistem kurma ek film 1 &#39;de şematik olarak açıklanmaktadır. Dairesel ışık polarize için öncelikle güç yoğunluğu azaltmak için birincil ışın genişleme optikler (örneğin, bir fiber kolimatör) için fiber ucu takın. Işık daha sonra doğrusal polarize ışık üreten, polarize ışın ayırıcı küp geçer. Bu küpü çevirerek bir güç ölçer ile kalan kutuplaşma tercih ekseni belirleyebilirsiniz. Maksimum iletim küp hızlı ekseni ana ışık kutuplaşma ekseni ile hizalanır duruma tekabül eder. Yüksek tükenme katsayıları (100,000: 1 veya daha iyi) ile küpler polarizasyon bileşenlerinin iyi bir ayırma verim. Bu test edilebilirİlki olağanüstü ışının maksimum iletim için hizalanmış ise döndürülmüş bir analizör olarak ikinci bir demeti splitter küp kullanarak. Geçen ışığın polarizasyon doğrusal teyit edildikten sonra, 795 nm için tasarlanmış bir λ / 4 dalga plakası, dairesel bir polarizasyon içine doğrusal dönüştürmek için olağanüstü kiriş içine verilir. Bu amaç için, dalga plakasının hızlı eksen 45 ° ışın bölücü küp hızlı eksenine göre döndürülür. (Arzu edilirse, olağanüstü ışın ile lineer polarizasyon eksenine dik olan yansıyan sıradan kiriş dairesel polarizasyon benzer bir şekilde elde edilebilir.) Dairesel polarizasyon kalitesi dönme üzerine sabit bir transmisyon verim gereken ikinci bir ışın bölücü küp ile test edilebilir. İkincil ışın genişleme optikler (Galile teleskopla yapılandırmasında örneğin iki lens) sonra tamamen i ışın çapı artarbir fırın kutu içinde pompalama işlemi için cam hücre lluminate. Hücre içinde Rb, buhar ile lazer ışık emilimi kutu sonunda pompalama hücre arkasında bir iğne deliği vasıtasıyla takip edilir: bir kolimatör (hücre ayar pompalanması için bakınız Şekil 3, bir optik spektrometresi ile analiz edilmesi için zayıflatılmış bir kızılötesi ışın toplar ). Pompalama hücre dışında bir ısıtma mekanizması kısmi olarak hücre (Şekil 4a) içine oturan bir Rb damlacık buharlaşan ve bu nedenle lazer ışığı emme neden olur. Buharı yoğunluğu, ilgili PID kontrol cihazının sıcaklık ayar noktası ile ayarlanabilir. Yüksek sıcaklıklar (yaklaşık 190 ° C) xenon kutuplaşma oluşturmak için zaman sınırlı bir miktarda var kompakt kurulumları için iyidir. Xe&#39;nin, 2 N ve O içeren gaz karışımı lazer ışın yönüne ters pompalama hücre (Şekil 3) akar. Lazer ışını ile uyumlu bir dış manyetik alan bu th sağlare IR fotonları tek Rb geçiş pompalıyor. Elektron devletlerin Gevşeme hızlı ve &#39;yanlış&#39; kutuplaşma IR foton emisyonu önlemek için ışıksız olmalıdır. Burada, N 2 quench gaz olarak devreye giriyor. Diğer bir sürekli olarak lazer (Şekil 5) tarafından tüketilir iken Sonuç olarak, Rb sistem temel durum alt düzlemlere birinin bir çoğalmasını kurar. Rb atomları ile yakın temas halinde elde Xenon spin-spin etkileşimleri oluşur ve Elektron Spin polarizasyon flip-flop süreçlerinde Xe çekirdekleri üzerine transfer edilir. Pompalama hücre dışına akan gaz hyperpolarized. In vivo uygulamalarda, bununla birlikte, ilave eleme düşük sıcaklıkta (4b Şekil l&#39;e benzer şekilde) bağlı çıkış birkaç cm içinde boru duvarına kondensat gerektirir ki Rb buhar eser miktarda içerir alkali metal (soğuk tuzak yoluyla vs) in vitro experime oysaBu hyperpolarizer yapraklar gibi nts gaz ile güvenli bir şekilde uygulanabilir. Teflon tüp testi çözümleri NMR deneyleri gerçekleştirmek için cam aparatların girişi ile polarize çıkışı bağlanır. Kütle akış kontrolörleri NMR kurulum akan Xe miktarını ayarlamak için kullanılır. Onlar NMR puls sekansı komutları tetiklenir. Elde polarizasyon geliştirme kontrol edildikten sonra, çözelti, gaz durumu deneylerinde NMR / MRI kontrast ajanı olarak da kullanılabilir. Xe&#39;nin, bir su içinde belli bir çözünürlük (4.5 mM / atm) ve diğer çözücüler bulunmaktadır. Bu nedenle zaten bazı sıvıların dağılımını görüntüleyen bir kontrast ajan olarak kendi hizmet edebilir. Bununla birlikte, başka atıl gaz aracılığıyla moleküler özgü bilgileri elde etmek için bazı moleküllerin-NMR aktif çekirdekler bağlamak da mümkündür. Erimiş Xe için bir ana moleküler sağlayarak, Xe NMR sinyali moleküler özgüllük vermek mümkündür. Bu fırsatı sağlardizayn fonksiyonalitesi kontrast ajanları - biyosensör da adlandırılan - bu tür bir ana yapı biyomedikal ilgilenilen analit (Şekil 6) bağlanan bir hedef ünitesine bağlıdır. Biyosensör MR kontrast ajanları (&lt;100 uM) için düşük konsantrasyonlarda tespit edilmesi gerektiği zaman daha fazla duyarlılık artış gereklidir. Bu Kimyasal değişim doyma transferi (TSİ) ile elde edilebilir. Bu yöntem, kafesli Xe ve mıknatıslanma yok ve çözüm ücretsiz Xe arasında sinyal değişimi gözlemleyerek dolaylı biyosensör algılar. Hyperpolarized çekirdekler sürekli tespit havuzu üzerine bazı 10 ms, birçok 100 ila 1000 çekirdekler transferi bilgilerden sonra değiştirilir ve sinyal ca yükseltmek beri. 10 3 kat (film 2&#39;ye bakınız).

<table border="1"><tbody><tr><td> Reaktif Adı </td><td> Şirket </td><td> Katalog numarası </td><td> Yorumlar (isteğe bağlı) </td></tr><tr><td> Rb külçe </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 276332-1G </td><td></td></tr><tr><td> P 4 O 10 </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 79610-500G </td><td></td></tr><tr><td> Ar </td><td> Praxair </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Xe </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 00472-1EA </td><td></td></tr><tr><td> O 2 </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> 00476-1EA </td><td></td></tr><tr><td> Lazer sistemi </td><td> QPC Lazerler / Lazer Operasyonlar </td><td> Brightlock 50 </td><td></td></tr><tr><td> Vakum sistemi </td><td> Pfeiffer </td><td> HiCube </td><td></td></tr><tr><td> Termokupllar </td><td> NewportOmega </td><td> SA2F-KI-3M </td><td></td></tr><tr><td> Silikon ısıtıcı </td><td> Newport Omega </td><td> FMA5514 </td><td></td></tr><tr><td> Basınç detektörler </td><td> Newport Omega </td><td> PR 33X-V-10 </td><td></td></tr><tr><td> Süreç metre </td><td> Newport Omega </td><td> INFCP-100B </td><td></td></tr><tr><td> Kütle akış kontrolörleri </td><td> Newport Omega </td><td> MFC </td><td></td></tr><tr><td> PID düzenleyiciler </td><td> Newport Omega </td><td> CN7800 </td><td></td></tr><tr><td> Kontrol Yazılımı </td><td> Newport Omega </td><td> DasyLab </td><td></td></tr><tr><td> Veri toplama </td><td> Newport Omega </td><td> Daqboard 3000 </td><td></td></tr><tr><td> Vakum sensörü </td><td> Oerlikon </td><td> TTR91 </td><td></td></tr><tr><td> Vakum denetleyici </td><td> Vacom </td><td> MVC-3 </td><td></td></tr><tr><td> Işın kolimatör </td><td> Thorlabs </td><td> F810SMA-780 </td><td></td></tr><tr><td> Polarize demeti splitter küpü </td><td> Thorlabs </td><td> GL15-B </td><td></td></tr><tr><td> λ / 4 dalga plakası </td><td> Thorlabs </td><td> WPQ10M-780 </td><td></td></tr><tr><td> Işın genişletme lensler </td><td> Thorlabs </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Optik spektrometre </td><td> Ocean Optics </td><td> HR4000 </td><td></td></tr><tr><td> Fiber optik </td><td> Ocean Optics </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Düşük basınç NMR tüpü </td><td> Wilmad </td><td> 513-7LPV-7 </td><td></td></tr><tr><td> 5mm NMR tüpü </td><td> Sigma-Aldrich </td><td> HX58.1 </td><td></td></tr><tr><td> Helmholtz bobinleri </td><td> Phywe </td><td> 06960-00 </td><td></td></tr><tr><td> Sigortalı silimca kılcal </td><td> Polymicro </td><td> TSG 250350 </td><td></td></tr></tbody></table>

nmr ve mrg uygulamaları için hyperpolarized xenon

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

~ 10 T bile güçlü dış manyetik alanların oda sıcaklığında 1 örnek sadece küçük saptanabilir net manyetizasyon üretir çünkü Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ve görüntüleme (MRG) intrinsik düşük hassasiyeti muzdarip. Bu nedenle, en NMR ve MRG uygulamaları göreceli yüksek konsantrasyon (örneğin, su, biyolojik doku görüntüleme için) moleküllerin algılama güvenmek veya aşırı edinme süreleri gerektirir. Bu, birçok biyokimyasal ve tıbbi uygulamalar için NMR sinyalleri çok yararlı moleküler özgüllüğü yararlanabilmesi için yeteneğimizi sınırlar. Ancak, yeni yaklaşımlar son birkaç yıl içinde ortaya çıktı: tespit sıkma türlerin Manipülasyon öncesinde NMR / MRG mıknatıs içindeki algılama dramatik mıknatıslanma artırmak ve bu nedenle çok daha düşük konsantrasyonda 2 moleküllerin tespiti kılar. Burada, bir Xenon gaz karışımı (% 2-5 Xe,% 10 polarizasyon için bir yöntem mevcutN 2, bir ca ile kompakt kurulumunda O denge). 16000 kat sinyali iyileştirmek. Soygaz diğer bileşenler ayrılmış bile Modern çizgi-daralmış diyot lazerler verimli kutuplaşma 7 ve gaz karışımı hemen kullanıma izin verir. Seop cihaz açıklanmaktadır ve elde sıkma polarizasyon belirlenmesi yöntemi performans kontrol için gösterilmiştir. Hyperpolarized gaz gaz akışı görüntüleme ya da başka malzemeler ile 8,9 arayüzleri difüzyon çalışmaları da dahil olmak üzere, boş alan görüntüleme için de kullanılabilir. Ayrıca, Xe NMR sinyalinin moleküler ortamda 6 karşı son derece duyarlıdır. Bu geçici gaz 10,11 tuzak Fonksiyonlu moleküler bilgisayarlar ile sulu çözeltide çözündüğünde bir NMR / MRG kontrast ajan olarak kullanmak için bu seçeneği sağlar. Doğrudan algılama ve bu yapıların yüksek hassasiyet dolaylı olarak algılama spektroskopik ve görüntüleme hem modunda gösterilmiştir. &lt;/ P&gt;

Optik dönüş değişimi (Seop) pompa vasıtasıyla hyperpolarized ksenon üretimi tarif edilmiştir. Bu yöntem Xe-129 nükleer spin kutuplaşma ~ 10000 kat büyütme verir ve nükleer manyetik rezonans spektroskopisi ve görüntüleme uygulamaları vardır. Gaz fazı ve çözelti durum deney örnekleri verilmiştir.

NMR ve MRG Uygulamaları için Hyperpolarized Xenon

Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi ve görüntüleme (MRI), ~10 ... düzeyindeki güçlü harici manyetik alanlarda bile içsel düşük hassasiyetten muzdariptir çünkü...

Aşağıdaki deneyin genel amacı, hiperpolarize ksenon üretmek ve hassasiyeti artırılmış NMR ile MRI ölçümleri gerçekleştirmektir. Bu, yüksek ksenon nükleer spin polarizasyonu elde etmek için rubidyum buharı ile spin değişimli optik pompalama adı verilen bir işlemin kullanılmasıyla sağlanır. İkinci bir adım olarak, elde edilen NMR sinyalleri termal olarak polarize edilmiş ksenon örneğinin sinyalleriyle karşılaştırılır ve bu sayede elde edilen polarizasyonun miktarı belirlenir.Ardından, yüksek hassasiyet ve moleküler özgüllüğü kanıtlamak amacıyla NMR spektroskopisi ve görüntüleme deneyleri gerçekleştirilir. Hyper polarization gibi yeni deteksiyon şemalarına dayanarak, Xenon'un hem gaz fazında hem de çözelti durumunda çözünmüş halde bir NMR kontrast ajanı olarak kullanılabileceğini gösteren sonuçlar elde edilir. Bu tekniğin proton MR görüntüleme gibi mevcut yöntemlere göre temel avantajı, Xenon'un çok daha düşük konsantrasyonlarda ve moleküler çevresine karşı yüksek özgüllükle tespit edilebilmesidir; ayrıca belirli bir hedef moleküle bağlanan fonksiyonelleştirilmiş kontrast ajanları tasarlama imkanı sunar.Bu tekniğin etkileri, çeşitli hastalıkların teşhisine kadar uzanmaktadır. Dolayısıyla bu teknik, gaz fazı R görüntülemesi konusunda bilgi sağlayabilir. Ayrıca, belirli analitlerin saptanması için çözelti fazı deneylerine de uygulanabilir.Genellikle, bu tekniğe yeni başlayan kişiler, birçok hazırlık adımının ayrıntılı belgeleri mevcut olmadığı için zorlanacaklardır. Yükleme prosedürü ve hiperpolarizasyon işlemi sırasında rubidyumun oksidasyonunu önlemek, rubidyumu inert bir atmosfer altında tutmak için bu prosedürdeki kritik adımlardır. Yükleme prosedürü bir glove box içerisinde gerçekleştirilir ve hiperpolarize eden gaz mono fold koruyucu bir argon atmosferi altında tutulur.Bu protokole başlamak için, yazılı prosedürde açıklandığı şekilde bir eldivenli boks içerisinde bir optik pompalama hücresi hazırlayın. Bu videoya ek olarak, atmosferle temas eden bir filamente sahip olan bir ampulü yakarak eldivenli boksta istenmeyen oksijen olup olmadığını kontrol edin; parlayan filamentten duman gelmiyorsa rubidyumu işlemek güvenli olacaktır. Bir rubidyum ampulünü kırın ve alkali metali bir ısı tabancası ile eritin.Bir boru başlığı ile bir miktar sıvı rubidyum çekin ve hücreyi eldiven kutusundan çıkarmadan önce pompalama hücresine enjekte edin. Metinde belirtildiği gibi, ısıtma cihazını hücrenin altına takın ve termokupluyla birlikte ısıtma cihazının hücreyle düzgün bir termal temas kurduğunu kontrol edin. Görünür ışıklı bir hedefleme ışını kullanarak hücreyi polarizatör manifolduna bağlayın ve pompalama işlemi sırasında hücreyi aydınlatan lazer ışın hattı ile hizalı olduğundan emin olun.Son olarak, hücrenin üst kısmına bir termokupl takın. Pompalama hücresinin giriş ve çıkış valflerine kadar olan tüp bağlantılarını vakumlayın. 30 × 10⁻³ mbar'dan daha düşük bir basınca ulaşıldıktan sonra.Hatları Argonne tekrar tahliye ve süpürme yöntemiyle temizleyin ve Argonne tankı pompalama hücresi girişine açıkken işlemi üç kez tekrarlayın. Hücrenin giriş ve çıkış vanalarını yavaşça açın. Manifold üzerinden dakikada yaklaşık bir standart litre argon akışı sağlamak için polarizatör çıkış vanasını dikkatlice çok az açın ve bu akışı iki dakika boyunca sürdürün.Polarizör çıkış valfini ve Argonne tankı giriş bağlantısını kapattıktan sonra, rubidyum damlacığını buharlaştırmak için pompalama hücresinin ısıtıcısını açın. Ardından, polarizör düzeneğine giden ksenon gaz karışımı bağlantısını açın. Tank regülatörü yaklaşık 3.5 bar aşırı basınca ayarlanmalıdır.Lazeri açın ve ardından diyot soğutucusunun set sıcaklığını ayarlayarak yayma dalga boyunu yaklaşık 794,8 nanometreye ayarlayın. Lazer profilini bir optik spektrometre aracılığıyla izleyin. Lazer profil iletimini izlerken pompalama hücresi etrafındaki manyetik alanı açın; alan seçici optik pompalamaya neden olduğunda iletim hemen artacaktır; tüm sıcaklıkların stabilize olmasını bekleyin.Polarizör artık kullanıma hazırdır. Bu animasyon, spin değişimli optik pompalama için genel kurulumu özetlemektedir. Lazer ışınının çapı önce bir birincil ışın genişletici ile artırılır ve ardından bir polarize edici ışın ayırıcı küp veya PBC'den geçer; bu küpün döndürülmesi, maksimum iletim konumu için sıradan ve olağanüstü ışının bağıl yoğunluklarını değiştirir.PBC'nin hızlı ekseni, gelen ışığın baskın polarizasyon ekseniyle hizalanır. Geçirilen ışığın lineer polarizasyonu, analizör olarak kullanılan ikinci bir PVC ile test edilebilir. Bir çeyrek dalga plakasının yerleştirilmesi, lineer polarizasyonu dairesel polarizasyona dönüştürür.Hızlı ekseni, ilk PBC'nin hızlı eksenine göre 45 derece döndürüldüğünde, iletilen ışığın şiddeti artık ikinci küpün dönüşünden bağımsız olmalıdır. Analizör bileşenlerin çıkarılıp yerine ikincil bir ışın genişletici yerleştirilmesi, pompalama hücresini aydınlatmak için uygun ışın çapını sağlar.Bu hücrede bulunan bir rubidyum damlası kısmen buharlaştırılır. Hücre dışındaki bir ısıtıcı açıldığında, düzenekten lazer ışınının ters yönünde akan xenon gaz karışımı, bu buharı herhangi bir manyetik alan olmaksızın hücrenin her yerine dağıtır. Bu durum, rubidyum atomlarının genel D1 uyarılmasına ve lazer ışığının güçlü bir şekilde absorbe edilmesine neden olur.Manyetik alanın açılması, artık tanımlanmış olan manyetik alt seviyeler arasındaki yalnızca tek bir geçişin seçici olarak pompalanmasına olanak tanır. Bir NMR ölçümüne hazırlanmak için, NMR prob başlığına su dolu bir test tüpü yerleştirin. Proton ve ksenon kanalı için radyo frekansı (RF) devresinin ayarlanmasını (tuning) ve eşleştirilmesini (matching) gerçekleştirin ve su sinyali üzerinde shim işlemini yapın.MRI kullanıcı arayüzünün otomatik shim rutini ile birlikte, su örneğini gaz akış fantomuyla değiştirin. Xenonu enjekte etmek için polarizör çıkış tüpünü beş kılcal damarlı test fantomunun girişine, gaz tahliye tüpünü ise kütle akış kontrolörü bağlantısına bağlayın. Gaz akış kontrolörlerinin kapalı olduğundan emin olun ve fantomu basınçlandırmak için polarizör çıkış valfini yavaşça açın.Akış hızını dakika başına yaklaşık 0,5 standart litreye ayarlayın. Gereken uyarım darbe uzunluğunu belirlemek için fantom üzerinden sürekli bir akış başlatmak amacıyla, NMR spektrometresi ile bir dizi serbest indüksiyon sönümlenmesi veya FID sinyali elde edin. Prob için maksimum nominal gücün yaklaşık %50'si olan sert bir darbe ve çeşitli uyarım uzunlukları kullanın; bu durumda 10 desibel zayıflatmalı sert bir darbe kullanılmıştır.Bu videoya eşlik eden yazılı protokolde listelendiği şekilde deney parametrelerini girin. Akışı 0,1 standart litre/dakika değerine düşürdükten ve tekrar süresini 15 saniyeye çıkardıktan sonra diğer parametreleri değiştirilmeden bırakın. Hiperpolarize xenon numuneden akarken 16 FID taramalı bir veri seti elde edin.Fourier dönüşümünü gerçekleştirin ve spektrumdaki pik integralini ölçün. Gaz pikinin Hertz cinsinden rezonans frekansını kaydedin. Ardından, düşük basınç tavanı için bir valf ile donatılmış, kalın duvarlı bir NMR tüpünü tahliye edin ve yaklaşık iki bar aşırı basınçta saf ksenon ile doldurun.NMR tüpünü tutan gaz manifoldunu tahliye edin ve NMR tüpü içindeki xenonun üzerine yaklaşık 0,2 bar saf oksijen doldurun. NMR mıknatısındaki önceden kullanılan gaz akış fantomunu bu düşük basınçlı NMR tüpü ile değiştirin ve gaz akış fantomu ile alınan ölçümün aynısını tekrarlayın. Bu işlem, termal olarak polarize edilmiş yüksek konsantrasyonlu Xon için referans NMR sinyal şiddetini sağlayacaktır.Ksenon çözeltisi durum spektroskopisi gerçekleştirmek için, öncelikle yazılı protokolde tartışıldığı şekilde 50 ila 200 micromolar'lık bir ksenon örneği hazırlayın. Bu çözeltiden yaklaşık 1,5 milliliters alıp gaz akış fantomuna doldurun; bu aşamada beş adet erimiş silika kılcal borunun, ksenon gaz karışımı ile çözeltinin yeterince kabarcıklanmasını sağladığından emin olun. Fantomun NMR probu içerisine yerleştirilmesinin ardından, uygun gecikme süresine sahip bir FID kazanımı kullanın.Kütle akış kontrolcülerini açmak ve kapatmak için spektrometreden tetikleme darbeleri gönderin. Daha önce belirlenen gaz rezonans frekansının yaklaşık 11 kilohertz aşağısında merkezlenmiş, 40 kilohertz spektral genişliğe sahip 16 veya 32 tekrar gerçekleştirin; FID okuma süresi 500 ila 1000 milisaniye olmalıdır. Spektrum setini elde etmek için FID'ye Fourier dönüşümü uygulayın.Sıfır PPM'ye göre en sağdaki sinyal olan gaz fazı için kimyasal kayma değerini belirleyin. En soldaki sinyal olan yoğun çözelti sinyalinin frekansını Hertz ve PPM cinsinden yazın. Ayrıca, delta solution'daki bu sinyal ile delta cage'deki kapsüllenmiş xenon sinyali arasındaki farkı (offset) kaydedin.Burada gösterilen animasyon, sess etkisini açıklamaktadır. K Khan kafesleri, bağlandıklarında rezonans frekansları değişen xenon atomlarını hapsetmek için moleküler konaklar olarak hizmet eder. Burada maviden yeşile bir geçiş olarak tasvir edilen, ilk NMR ölçümü, referans sinyal olarak bağlanmamış xenon miktarını belirler.Ardından, yalnızca kafeslenmiş xenonları etkileyen seçici bir doyurma darbesi onların mıknatıslanmasını yok eder. Xenon bağlanması geri dönüşümlü bir süreç olduğundan, uzun bir darbe birçok atomun mıknatıslanmasını iptal eder ve ikinci bir NMR kazanımı, referans sinyalle karşılaştırıldığında serbest xenon kaynaklı belirgin bir sinyal azalması olduğunu ortaya çıkarır. Yazılı protokolde tartışıldığı şekilde NMR örneğini hazırladıktan sonra, hızlı görüntüleme için tek çekimlik eko düzlemsel görüntüleme dizisini seçin.Bu dizinin, spektrometreden gelen açma ve kapama gecikmelerini ve tetikleyici darbelerini içerecek şekilde modifiye edilmesi gerekebilir. Kütle akış kontrolörleri, 0,1 standart litre/dakika hızında yaklaşık 15 ila 20 saniyelik bir kabarcıklanmaya ve ardından kabarcıkların kaybolması için beş ila sekiz saniyelik bir bekleme gecikmesine, bunu da MRI ve kaplama izler. Deteksiyon çekirdeğini X kanalında xenon 129 olarak ve verici gözlemci frekansını çözelti sinyali için belirlenen değere ayarlayın.RF darbe hesaplayıcı aracını kullanarak, spektroskopi ölçümlerinde kullanılan darbe parametrelerini görüntüleme sekansında kullanılan eksitasyona dönüştürün. Sinyal hazırlığı için modifiye edilmiş bir mıknatıslanma transfer modülü olan CST hazırlama modülünü açın ve sürekli dalga ön-SAT darbesini etkinleştirin. Bu saturasyon darbesinin taşıyıcı frekansı bir kez delta cage eşittir delta solution eksi delta omega ve bir kez de delta control eşittir delta solution artı delta omega olarak ayarlanacak şekilde, transvers yönelimde iki tarama gerçekleştirin.Bir görüntü son işlem aracı kullanarak, delta cage'deki doygunluğa sahip görüntü, delta control'deki doygunluğa sahip görüntüden çıkarılarak hiper CET fark görüntüsü oluşturun. Sonuç, yalnızca ksenon konakçısının bulunduğu alanları vurgulamalıdır.Optik pompalama işleminin kalitesi, hücre etrafındaki manyetik alanın açılıp kapatılmasıyla izlenebilir. Lazer gücüne ve hücre sıcaklığına bağlı olarak, manyetik alan kapalıyken neredeyse tam emilme gözlemlenir ve alan açıkken yaklaşık %30 geçirgenlik meydana gelir. 9.4 Tesla'da çalışan bir NMR sistemi için.Termal olarak polarize edilmiş xenon ile hiperpolarize edilmiş xenon karşılaştırıldığında, sinyal artışı yaklaşık 16.000 kat olmalıdır; bu durum yaklaşık %15'lik bir spin polarizasyonuna karşılık gelir. 213 µM konsantrasyonunda moleküler konak içeren A-D-M-S-O çözeltisinin XENON 1 29 NMR spektrumu, 16 toplama (acquisition) için yaklaşık 10 sinyal-gürültü oranına sahip hapsedilmiş xenon sinyali göstermelidir. Hiper zest MRI veri seti, rezonans dışı kontrol görüntüsü için tam sinyal yoğunluğu ve xenon konak molekülünü içeren bölgelerde sinyal azalması göstermektedir. Rezonans içi satürasyon görüntüsünde ise fark görüntüsü, yalnızca satürasyon pulsuna yanıt veren bölgeleri görüntülemektedir.Bu prosedürü uygularken, pompalama hücresinin uygun şekilde lazerle aydınlatıldığından emin olmak önemlidir. Bu teknik, NMR görüntüleme alanındaki araştırmacıların biyokimyasal analitlerin, test çözeltilerinin, hücre kültürlerinin ve potansiyel olarak canlı hayvanların yüksek hassasiyetli tespitini keşfetmelerine yol açabilir. Bu videoyu izledikten sonra, NMR deneyleri için hiperpolarize xon üretiminin nasıl gerçekleştirileceği konusunda iyi bir anlayış kazanmış olmalısınız.Rubidyum ile çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini ve kontrolsüz oksidasyondan korunma gibi önlemlerin bu prosedür boyunca her zaman alınması gerektiğini unutmayın.

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

Çok bölmeli dinamik fantom, hiperpolarize mıknatıs rezonans ajanları kullanılarak metabolik çalışmalar için ilgilenilen bazı biyolojiyi simüle etmek için kullanılır.

Hiperpolarize Manyetik Rezonans Ajanlar Araştırmaları bir Multi-bölmesi Dinamik Tek Enzim Phantom Kullanımı

Burada, donanım, yazılım, veri toplama, dizi seçimi, veri yönetimi, k-alanı kullanımı ve gürültü analizini kapsayan yüksek kaliteli hiperpolarize ksenon-129 manyetik rezonans görüntüleri elde etmek için bir protokol sunuyoruz.

Hiperpolarize Ksenon Manyetik Rezonans Görüntülemede Sorun Giderme ve Kalite Güvencesi: Yüksek Kaliteli Görüntü Elde Etme Araçları

Hiperpolarize 129Xe manyetik rezonans görüntüleme (MRG), pulmoner fonksiyonun bölgesel olarak çözülmüş yönlerini incelemek için kullanılan bir yöntemdir. Bu çalışma, nabız dizisi tasarımına, 129Xe doz hazırlığına, tarama iş akışına ve denek güvenliği izleme için en iyi uygulamalara özel önem vererek, akciğer ventilasyonunun hiperpolarize 129Xe MRG'si için uçtan uca standartlaştırılmış bir iş akışı sunmaktadır.

Akciğer Ventilasyonunun Hiperpolarize 129Xe Manyetik Rezonans Görüntülerinin Elde Edilmesi

El yazması, pulmoner gaz değişimini izlemek, görünür alveolar septal duvar kalınlığını değerlendirmek ve yüzey-hacim oranını ölçmek için hiperpolarize Xenon-129 kimyasal kayma doygunluk geri kazanımı (CSSR) kullanmak için ayrıntılı bir protokol sunmaktadır. Yöntem, akciğer hastalıklarını teşhis etme ve izleme potansiyeline sahiptir.

Hiperpolarize Ksenon Spektroskopisinden Elde Edilen Akciğer Yapısı ve Fonksiyonunun Kantitatif Ölçümü

Lityum iyon piller ortam sıcaklık uygulamaları için uygundur yanıcı ve uçucu organik elektrolit kullanır. Organik elektrolitler için daha güvenli bir alternatif katı polimer pil vardır. Katı polimer pil böylece derin petrol sondaj ve hibrid elektrikli araçlar gibi yüksek sıcaklık uygulamaları onları uygulanabilir hale yüksek sıcaklıklarda (&gt; 120 ° C) güvenli bir şekilde çalışmak. Bu çalışma, (a) polimer sentezi, (b) polimer iletim mekanizması, ve (c) katı polimer elektrolit ve organik hem de...

Lityum Pil Uygulamaları için solid-state Greft Kopolimer Elektrolit

Beyaz ışık mikroskobu interferometri yüzeylerinin topografyası ölçmek için optik, temassız ve hızlı bir yöntemdir. Ve malzeme bilimindeki iyon demeti fışkırtması veya lazer ablasyonu hacimleri ve derinlikleri belirlemek için; Bu yöntem tribolojik test örnekleri üzerinde izleri incelendiğinde giyim mekanik aşınma analizi, doğru nasıl uygulanabileceğini gösterilir.

İyon Püskürtme Uygulamaları, Lazer Ablasyon ve Triboloji Deneyler: Beyaz Işık Interferometre ile yüzey modifikasyonları Karakterizasyonu

Çünkü paladyum, altın ve kobaltın önemi ve yaygın kullanımı   yüksek teknoloji ekipman metaller, onların kazanımı ve geri dönüştürülmesi önemli bir sanayi sorun oluşturmaktadır. Burada tarif edilen metal geri kazanım sistemi basit, düşük maliyetli, kentsel madeninden bu metallerin etkin algılama, kaldırma ve geri kazanımı için anlamına gelir.

Algılama ve Palladium Kurtarma Kentsel Madeninde Altın ve Kobalt Metal Nano Wagon tekerlekli şeklindeki Porların ile Belirlenmiş Yeni Sensörler / adsorbanlar kullanma

Dört görünüm ayırıcı ile yüksek hızlı kamera dayalı üç boyutlu parçacık izleme velosimetri (3D-PTV) sistem burada tanımlanmıştır. Teknik alt ≈ 7.000 Re Reynolds sayısı on çap çevresinde dairesel bir borudan, bir jet akışı uygulanır.

Türbülans Uygulamaları için üç boyutlu Parçacık Takip Akımları: Jet Akış Örneği

Gümüş nanocubes ve alt 10 nm boşlukları ile plasmonik nano yama antenlerin imalat kolloidal sentezi için bir protokol sunulmuştur.

Plazmonik ve Nanofotonik for Applications Nanopatch Antenlerin Kolloidal Sentezi

Polimerlerden mikro kürelerin sentezi için protokoller, mikro kürelerin manipülasyonu ve mikro fotolüminesans ölçümleri sunulmaktadır.

Optik Rezonatör ve Lazer Uygulamalarında Polimer Mikrokürelerin Üretimi

Öğrenin, spin exchange optical pumping yöntemiyle hiperpolarize ksenon üretimini ve NMR/MRI görüntüleme uygulamalarını. Bu teknik, yüksek duyarlılık ve moleküler özgüllük sağlar.

NMR ve MRG Uygulamaları için Hyperpolarized Xenon

Daha fazla video keşfet