图:Danila Barskiy博士正在进行一项实验
核磁共振(NMR)是一种具有广泛应用的分析工具，包括磁共振成像，用于医学诊断目的。然而，核磁共振往往需要产生强大的磁场，这限制了它的使用范围。美因茨约翰内斯·古腾堡大学(JGU)和美因茨亥姆霍兹研究所(HIM)的研究人员现在发现了减少相应设备尺寸的潜在新方法，并通过消除对强磁场的需求来降低可能的相关风险。这是通过将所谓的零到超低场核磁共振与一种特殊的超极化技术相结合实现的。“这种令人兴奋的新方法是基于一个创新的概念。它打开了一系列的机会，克服了以前的劣势，”索菲亚·科瓦列夫斯卡娅奖得主Danila Barskiy博士说，他自2020年以来一直在JGU和HIM从事相关学科的工作。
无需强磁场的测量新方法
由于磁铁的存在，目前这一代核磁共振设备非常重，也非常昂贵。另一个复杂的因素是目前用作冷却剂的液氦的短缺。Barskiy说:“通过我们的新技术，我们正在逐步将ZULF NMR推向完全无磁的状态，但我们仍有许多挑战需要克服。”
为了使磁体在这种情况下变得多余，Barskiy提出了将零场到超低场核磁共振(ZULF NMR)与一种特殊技术相结合的想法，这种技术可以使原子核超极化成为可能。ZULF NMR本身是一种最近发展起来的光谱学，它不需要大磁场就能提供丰富的分析结果。与高场核磁共振相比的另一个优势是，它的信号在导电材料(如金属)存在的情况下也很容易被探测到。用于ZULF NMR的传感器，通常是光泵磁强计，高灵敏度，易于使用，它们已经在商业上可用。因此，组装ZULF核磁共振谱仪相对简单。
佩剑接力:像接力棒一样传递旋转指令
然而，产生的核磁共振信号是一个需要处理的问题。迄今为止所使用的产生信号的方法只适用于有限的化学物质的分析，否则成本过高。出于这个原因，Barskiy决定利用超极化技术SABRE，该技术可以在溶液中大量对齐核自旋。有许多这样的技术可以产生足以在ZULF条件下检测的信号。其中的SABRE，是可逆交换信号放大的缩写，已被证明是特别适合的。SABRE技术的核心是一种铱金属配合物，它介导了自旋顺序从对氢到衬底的转移。Barskiy通过使用SABRE- relay(最近对SABRE技术的改进)，成功地避免了样品与复合物临时绑定的缺点。在这种情况下，SABRE被用来诱导极化，然后传导到二级衬底。
自旋化学是物理和化学的结合
他们的论文题为“零场核磁共振的继电器超极化”发表在科学的进步丹尼拉·巴尔斯基博士、第一作者埃里克·范·戴克以及他们的合著者报告了他们如何能够从伏特加样品中提取甲醇和乙醇的信号。Barskiy总结道:“这个简单的例子展示了我们如何能够通过一种廉价、快速和通用的超极化方法扩大ZULF NMR的应用范围。”“我们希望，我们已经成功地接近了我们的目标，使开发紧凑、便携的设备成为可行的，可以用于分析液体，如血液和尿液，在未来，可能赋予特定的化学物质，如葡萄糖和氨基酸的区分。”
Danila Barskiy在2020年获得了亚历山大·冯·洪堡基金会的Sofja Kovalevskaja奖，并因此从加州大学伯克利分校搬到美因茨，在那里他开始在JGU物理研究所和HIM的Dmitry Budker教授的团队进行研究。Barskiy活跃在物理化学领域，并领导了一个研究小组，专注于核磁共振在化学、生物和医学方面的可能应用。
