La resonancia magnética nuclear (RMN) es una herramienta analítica con una amplia gama de aplicaciones, incluida la formación de imágenes por resonancia magnética que se utiliza con fines de diagnóstico en medicina. Sin embargo, la RMN a menudo requiere la generación de campos magnéticos potentes, lo que limita el alcance de su uso.

Los investigadores que trabajan en la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) y el Instituto Helmholtz de Mainz (HIM) ahora han descubierto nuevas formas potenciales de reducir el tamaño de los dispositivos correspondientes y también el posible riesgo asociado al eliminar la necesidad de fuertes campos magnéticos. Esto se logra combinando la llamada RMN de campo cero a ultrabajo con una técnica especial de hiperpolarización. "Este nuevo y emocionante método se basa en un concepto innovador. Abre toda una gama de oportunidades y supera las desventajas anteriores", dijo la Dra. Danila Barskiy, ganadora del Premio Sofja Kovalevskaja que ha estado trabajando en la disciplina relevante en JGU y HIM desde 2020.

Nuevo enfoque para permitir mediciones sin fuertes campos magnéticos

La generación actual de dispositivos de RMN es, debido a los imanes, extremadamente pesada y costosa. Otro factor que complica la situación es la actual escasez de helio líquido que se emplea como refrigerante. "Con nuestra nueva técnica, estamos moviendo gradualmente ZULF NMR hacia un estado completamente libre de imanes, pero aún tenemos muchos desafíos que superar", afirmó Barskiy.

Para hacer que los imanes sean redundantes en este contexto, a Barskiy se le ocurrió la idea de combinar la resonancia magnética nuclear de campo cero a ultrabajo (RMN ZULF) con una técnica especial que hace posible hiperpolarizar los núcleos atómicos. ZULF NMR es en sí misma una forma de espectroscopia desarrollada recientemente que proporciona abundantes resultados analíticos sin necesidad de grandes campos magnéticos.

Otra ventaja sobre la RMN de alto campo es el hecho de que sus señales también se pueden detectar fácilmente en presencia de materiales conductores, como metales. Los sensores empleados para ZULF NMR, normalmente magnetómetros de bombeo óptico, son muy sensibles, fáciles de usar y ya están disponibles comercialmente. Por lo tanto, es relativamente sencillo ensamblar un espectrómetro ZULF NMR.

SABRE-Relay:Transfiriendo el orden de giro como un bastón

Sin embargo, la señal de RMN generada es un problema que debe tratarse. Los métodos que se han utilizado hasta la fecha para generar la señal son adecuados solo para el análisis de una selección limitada de productos químicos o están asociados con costos exorbitantes. Por este motivo, Barskiy ha decidido explotar la técnica de hiperpolarización SABER que permite alinear espines nucleares en grandes cantidades en solución.

Hay varias técnicas de este tipo que producirían una señal suficiente para la detección en condiciones ZULF. Entre estos se encuentra SABRE, abreviatura de Signal Amplification by Reversible Exchange, que ha demostrado ser particularmente adecuado. Un elemento central de la técnica SABRE es un complejo metálico de iridio que media en la transferencia del orden de espín del parahidrógeno a un sustrato.

Barskiy ha logrado eludir las desventajas resultantes de la unión temporal de la muestra al complejo empleando SABRE-Relay, una mejora muy reciente de la técnica SABRE. En este caso, SABRE se usa para inducir la polarización que luego se transmite a un sustrato secundario.

La química de giro en la interfaz de la física y la química

En su artículo titulado "Hiperpolarización retransmitida para resonancia magnética nuclear de campo cero" publicado en Science Advances , la Dra. Danila Barskiy, el autor principal Erik Van Dyke y sus coautores informan sobre cómo pudieron detectar las señales de metanol y etanol extraídos de una muestra de vodka.

"Este sencillo ejemplo demuestra cómo hemos podido ampliar el rango de aplicación de ZULF NMR con la ayuda de un método de hiperpolarización económico, rápido y versátil", resumió Barskiy. “Esperamos haber logrado acercarnos un poco más a nuestro objetivo de hacer factible el desarrollo de dispositivos portátiles compactos que puedan usarse para el análisis de líquidos como sangre y orina y, en el futuro, posiblemente dotar a la discriminación de sustancias químicas particulares. como la glucosa y los aminoácidos". + Explora más

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