[發(fā)明專利]一種基于動態(tài)核極化多核同時(shí)增強(qiáng)的并行磁共振方法

有效

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• 申請日: 2016-01-28
• 公開（公告）號: CN105717153B
• 公開（公告）日: 2017-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉朝陽;賀玉貴;馮繼文;張震
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院武漢物理與數(shù)學(xué)研究所
• 主分類號: G01N24/12
• 分類號: G01N24/12
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所42001
• 代理人: 李鵬,王敏鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁共振領(lǐng)域，具體涉及一種基于動態(tài)核極化多核同時(shí)增強(qiáng)的并行磁共振方法。這種方法主要用于提高磁共振信號靈敏度，適用于生物、化學(xué)分子以及蛋白等材料的磁共振波譜與成像研究。

背景技術(shù)

由于能夠極大的增強(qiáng)NMR信號靈敏度，基于電子-核極化轉(zhuǎn)移的動態(tài)核極化(DNP)技術(shù)已經(jīng)成為一種非常重要且常用的方法。在介電固體DNP研究方面，研究者發(fā)現(xiàn)固體增強(qiáng)效應(yīng)，熱混合效應(yīng)，交叉效應(yīng)。然而固體DNP是通過激發(fā)禁阻躍遷使得核的布居數(shù)發(fā)生改變，即固體DNP的增強(qiáng)是依賴與原子核的共振頻率。與介電固體中固定的順磁中心(自由基)不同，金屬和液體中順磁中心是運(yùn)動的。液體DNP機(jī)理只有一種，即Overhauser效應(yīng)，其是利用未成對電子與核自旋之間的弛豫耦合，使得核自旋的布居數(shù)發(fā)生改變。但是，現(xiàn)在對于大部分的液體生物組織的研究都是采用溶融型的DNP，即先在低溫(一般是在1.2K)將待測樣品高度極化，然后快速的溶解極化樣品再轉(zhuǎn)移到探測物質(zhì)內(nèi)。這種方式一方面要求樣品溫度較低，另一方面要求溶解后樣品的弛豫時(shí)間比較長，而實(shí)際的大部分生物樣品很難達(dá)到要求。所以，發(fā)展一種在常溫下直接在位極化增強(qiáng)雜核靈敏度的方法非常重要。

并行采集能夠在一次測試中得到多核的相關(guān)信息，可分別得到結(jié)構(gòu)信息與代謝信息。在固體DNP中由于極化增強(qiáng)與核的共振頻率相關(guān)，只能選擇EPR線寬比核自旋拉莫頻率大得多的核進(jìn)行同時(shí)增強(qiáng)采集，其增強(qiáng)受自由種類，濃度以及核自旋約束。由于Overhauser效應(yīng)的是通過弛豫機(jī)制傳遞，其最大特點(diǎn)就是極化的轉(zhuǎn)移不依賴與原子核的種類，即不同的原子核在電子飽和后都可能達(dá)到靈敏度的增強(qiáng)。由此，我們可以在液體中實(shí)現(xiàn)不同原子核的同時(shí)采樣，獲得不同原子核之間的相互關(guān)系，得到二維或者多維譜圖以及實(shí)現(xiàn)多核的同時(shí)成像。例如，同時(shí)對生物體內(nèi)的Na和K成像，可以分析細(xì)胞的代謝狀態(tài)以及功能作用，得到結(jié)構(gòu)圖像與代謝圖像。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供了一種基于動態(tài)核極化多核同時(shí)增強(qiáng)的并行磁共振方法。可以在液態(tài)環(huán)境下，利用動態(tài)核極化技術(shù)獲得多核靈敏度同時(shí)增強(qiáng)信號，從而得到不同原子核之間以及原子核與電子之間的直接或者間接相互關(guān)系，得到不同原子核的二維或者多維相關(guān)譜圖，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)不同原子核的同時(shí)增強(qiáng)圖像，進(jìn)行生物分子的快速結(jié)構(gòu)分析、代謝分析研究。

為了實(shí)現(xiàn)上述的目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案：

一種基于動態(tài)核極化多核同時(shí)增強(qiáng)的并行磁共振方法，包括以下步驟：

步驟1，將電子與核自旋不為0的多種原子核組成的電子-核自旋系統(tǒng)置于強(qiáng)度為B₀的磁場中，系統(tǒng)產(chǎn)生能級分裂；

步驟2，用頻率ω等于或者接近于電子拉莫頻率ω_e的微波照射電子-核自旋系統(tǒng)，使得電子順磁共振達(dá)到飽和；在熱弛豫的作用下，電子與多種原子核發(fā)生翻轉(zhuǎn)，使得電子-核自旋系統(tǒng)中多種原子核的極化得到增強(qiáng)；

步驟3，停止微波照射之后，在不同通道的射頻發(fā)射機(jī)針對電子-核自旋系統(tǒng)中多種不同的原子核施加核磁共振脈沖，發(fā)射機(jī)發(fā)射的射頻頻率分別為電子-核自旋系統(tǒng)中對應(yīng)原子核在B₀場下的共振頻率；

步驟4，在各個通道上的射頻接收機(jī)分別采集對應(yīng)的多種原子核的增強(qiáng)信號；

步驟5，各個通道采集到的多種原子核的增強(qiáng)信號在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行傅里葉變換和/或圖像重建獲得增強(qiáng)譜圖或者圖像。

如上所述的步驟2中的微波為連續(xù)波或者脈沖波。

如上所述的步驟3中的核磁共振脈沖為典型的核磁共振脈沖序列。

通過所述的典型的核磁共振脈沖序列進(jìn)行采集得到的多種原子核的增強(qiáng)信號獲得多種不同原子核的增強(qiáng)譜圖和/或增強(qiáng)圖像。如典型的90°序列脈沖可以得到不同原子核的增強(qiáng)譜圖，典型的自旋回波序列脈沖可以得不同原子核的增強(qiáng)圖像。