Технология на ядрено-магнитен резонанс

концепция

ЯМР означава, че ядрените магнитни моменти на ядрата не са нула, под въздействието на външно магнитно поле, енергийните нива на ядрения спин Зееманово разделяне (Zeeman Splitting), резонансно поглъщане физически процеси радиочестотно излъчване с определена честота.

NMR сигналът е сумата от приноса на голям брой ядра.

стимулирана емисия и вероятност за стимулирано поглъщане на един и същи субект, в допълнение, нетният ефект на радиочестотното поле при прехода на броя, определен от разликата във вертикалното ниво на населението.

история на развитието

ЯМР история на изкуството

1930 г., физикът Изидор след Раби открива атомни ядра в посоката на магнитното поле в магнитно поле е подравнено успоредно в преден или обратен ред, прилага се радиовълната, настъпва инверсия на посоката на въртене на ядрата. Това е най-ранното известно човешко ядро с магнитното поле и върху приложените взаимодействия на радиочестотното поле. Заради това изследване Раби през 1944 г. печели Нобелова награда по физика.

1946 години Bloch и Purcell двама американски учени откриват, че имайки нечетен брой нуклони (включително протони и неутрони) ядра в магнитно поле, радиочестотното поле трябва да бъде повторно приложено със специфична честота, появява се феномен, ядрата абсорбират радиочестотно енергийно поле, което е първоначалното разбиране на хората за явлението ядрено-магнитен резонанс. За тази цел и двамата печелят Нобелова награда за физика през 1950 г.

работи

Основният принцип на ЯМР е: ядрото има въртеливо движение, постоянното магнитно поле, въртящите се ядра ще се въртят около външното магнитно поле като люлка, наречена прецесия (прецесия). Определена честота на прецесия, която е пропорционална на силата на приложеното магнитно поле. Като електромагнитна вълна, базирана на фиксирана честота, плюс и регулиране на интензитета на външното магнитно поле, честотата на прецесията на електромагнитните вълни със същата честота. При тази прецесия ядрата резонират с електромагнитни вълни, наречени ядрено-магнитен резонанс. Ядрено-магнитен резонанс, ядрото, поглъщащо енергията на електромагнитните вълни, кривата на поглъщане се записва Спектър на ядрено-магнитен резонанс (NMR-спектър). Като различна химическа среда на ядрата в молекулата, тя ще има различна резонансна честота, което води до различен резонансен спектър. Този спектър може да се запише и да се определи относителното положение на броя на атомите в молекулата, което за извършване на анализ и количествено определяне на молекулното тегло и структурен анализ на органични съединения.

Предметен клон

ЯМР Има два основни клона на темите: ЯМР спектроскопия (ядрено-магнитна резонансна спектроскопия) и магнитно-резонансна картина < / b> (Ядрено-магнитен резонанс, наричан MRI). ЯМР спектроскопията се основава на разработената теоретична химия на изместването, главно за определяне на химичния състав и молекулната структура на веществото. MRI се появи през 1973 г., което е недеструктивна измервателна техника, изображението може да се използва за получаване на вътрешна конфигурация на множество вещества. Поради изобилието от налична информация за ЯМР, широката гама от приложения, като аналитична химия, науки за живота, тестване на материали, проучване на петрол и проучване на водни ресурси и т.н.

В цялото това мулти-приложение, приложението на науките за живота през последните години, най-бързо развиващото се, се превърна в изследователски фокус на NMR техниките. Според непълна статистика, от 1985 г. до 2001 г. и публикувани 602 документа за "Наука" с MRI, свързани, 80% от науките за живота.

изследвания и свързаните с тях резултати

Беше установено, след като феноменът на магнитния резонанс скоро даде практическа употреба, химиците Използването на водороден атом върху молекулярната структура на генерираното околно магнитно поле, разработиха ЯМР спектроскопия е използван за анализ на молекулярната структура, с течение на времето, развитие на технологиите за спектроскопия на ядрено-магнитен резонанс, от първоначалните едномерни спектри на развитие на водород до 13C спектри, двумерна спектроскопия на ядрено-магнитен резонанс и други старши спектъри, аналитичен молекулен капацитет на ядрено-магнитен резонанс структурата също се разраства, след навлизането в 90-те години хората дори развиват ядрено-магнитен резонанс, разчитат на информацията, за да определят третичната структура на технологията на протеиновата молекула, което прави възможно точното определяне на молекулярната структура на фазата на протеинов разтвор.

От друга страна, медицинските учени са открили, че водородните атоми на водните молекули може да са феномен на ядрено-магнитен резонанс, използването на това явление може да получи разпределение на информацията в тялото на водните молекули, като по този начин прави точни вътрешните структури на тялото, в което Въз основа на 1969 г. Медицински южен Нюйоркски държавен университет Медицински център в Ан 博士达马迪 за разграничаване на теория чрез измерване на времето за релаксация на ЯМР успешни ракови клетки при мишки с област на нормални тъканни клетки, в новия Damadian вдъхновен технологичен физик в Stony Brook Държавният университет на Ню Йорк Пол Лаутър Бър е разработен през 1973 г. от образна диагностика (MRI), базирана на феномена на ядрено-магнитен резонанс, и приложението на неговото устройство успешно картографира вътрешната структура на образа на живи миди. След Laut Burr, MRI технологията узрява, все по-широка гама от приложения, се превърна в рутинни медицински методи за изследване, широко използвани при болестта на Паркинсон, множествена склероза и други лезии на мозъка и гръбначния стълб, както и лечение и диагностика на рак. През 2003 г. Пол Лаутер Бър и професорът от Нотингамския университет Питър Мансфийлд спечелиха Нобелова награда за физиология или медицина през годината заради техния принос в техническите аспекти на магнитно-резонансното изображение.

От края на 70-те години на миналия век, тъй като компютърът и ЯМР в теоретичното и техническото подобрение, ЯМР както в ширината, така и в дълбочината са придобили значително развитие, той се е превърнал във физиката, химията, биологията, медицината и науката за земята изследванията основни експериментални средства.

приложения в биологичните изследвания

H, C, P и т.н. с ненулево ядрено магнитно въртене, съдържащо се в биофилма, когато външното магнитно поле и радиочестотното поле взаимодействат и когато условието за резонанс е удовлетворено, абсорбираната енергия на радиочестотното поле се извършва между нивото на въртене, което е основният принцип на ядрено-магнитния резонанс (ЯМР). Тъй като NMR техниката може да бъде безразрушително измерване на водна проба, така че наблюдението да може да бъде постигнато при близки до физиологични условия, и цялостно изследване на биофилм H, C и P, по-специално, може да бъде осигурено от нивото на атома или груповата динамика информация за структурата и движението на молекулите е мощен инструмент за изследване на структурата на биофилма.

биофилм, съставен главно от протеини и липиди, сложна структура, фосфолипидните липозоми успяха да проявят много от свойствата на структурата на биофилма, е идеален модел на биологични мембрани. Фосфолипидни липозоми основно за наличието на гел фаза и течна фаза, фаза, локалното движение на молекулите в гела е бавно, междумолекулните и вътрешномолекулните диполни взаимодействия не са средно средно, NMR спектърът е много широк, за да даде много малко информация; и в течнокристална фаза движението на молекулите е ограничено локално намалено, по-бързо движение, така че NMR спектърът да се стесни, получената NMR спектроскопия с висока разделителна способност.

ЯМР техниките при изследване на биофилми се използват широко. Чрез H, C и P NMR спектрите могат да бъдат идентифицирани видове фосфолипиди. Ликвидността може да образува фосфолипиден двоен слой в различни части от измереното време чрез процеса на релаксация. Различните позиции на избраната водородна молекула деутериран фосфолипид, течливостта може да се изследва фосфолипидни мастни ацилни вериги с метод и квадруполно разделяне HP P анизотропия на химическо изместване, конформация и взаимодействия с други молекули на фосфолипидната полярна група (протеини, лекарства и метални йони), P методите за анизотропия на химичното изместване могат да изследват фосфолипиден полиморфизъм. През последните години, с развитието на ЯМР техниките, двуизмерните (2D) и с висока разделителна способност ЯМР техники в твърдо състояние също се използват в изследванията на биофилм и се превърнаха във много важен инструмент. Установяването на химическа връзка чрез използване на корелационна спектроскопия (напр. COSY и т.н.) може да бъде фосфолипиди или многокомпонентни фосфолипиди, смесени с други молекули от всяка група от линейни системи. Пространството, установено чрез корелационна спектроскопия (напр. NOESY и др.), може да предостави директна информация за разстоянието между групите, липидните мембранни структури и мощни инструменти за изследване на взаимодействието с други молекули. Технология не само за изследване на фосфолипиди в твърдо състояние с течни кристали с висока разделителна способност, но също и до състояние на фосфолипиден гел.

за определен вид магнитно ядро, които магнитни моменти в магнитното поле могат да имат различна ориентация. За протоните той може да има две ориентации, т.е. паралелна и антипаралелна на статичното магнитно поле, като първото принадлежи към състояние с по-ниска енергия, което принадлежи към състоянието с висока енергия. Ако добавим радиочестотно поле в посока, перпендикулярна на статичното магнитно поле, когато честотата на Лармор на радиочестотното поле на ядрата (ядрените магнитни моменти около посоката на полето на честотата на прецесията) е равна, при по-ниско енергийно състояние ядрото ще абсорбира радиочестотна енергия, преход към високоенергийно състояние. След отстраняване на радиочестотното поле, ядрата чрез високоенергийно състояние се връщат към процеса на релаксация на по-ниско енергийно състояние, като по този начин може да се наблюдава ЯМР сигнал. Процес на релаксация, има два, единият е релаксация на спин - решетка, този процес е представен от Tl; другият е спин - спинова релаксация, представена от Т2. Т1 е описаната центрофугираща система, която ще прехвърли енергията си към поглъщащата енергия околна среда, възстановена до стабилното си време, Т2 вътрешна енергия по време на свързване на центрофугиращата система, без промяна в общата енергия на центрофугиращата система. Свързаното със спорта време за релаксация на молекулата чрез измерване на времето за релаксация, течливостта може да бъде изследвана в различни части на биофилма.

C и P биофилмът има анизотропия на химическо изместване и има много движение. Така наречената анизотропия на химическото изместване се отнася до посоката на статичното магнитно поле, в което ядрото се променя, настъпва промяна на резонансната честота на ядрото (т.е. химическото изместване), тъй като I = разпределението на електронната плътност около ядрото е сферично симетричен, така че ако посоката на статичното магнитно поле се промени, сърцевината ще се промени с ефективното сензорно поле, в различни форми, които се различават по движението, като по този начин химичното изместване на средната ориентация е различно. P може да се изследва чрез плеоморфни фосфолипиди с анизотропия на химичното изместване; в допълнение, също така да бъдат анизотропни с I = H 1 (квадруполно разделяне) спектри на фосфолипидните молекули, равномерно разпределени информация за пространствена ориентация.

Основната точка на 2D NMR се различава от конвенционалния едноизмерен (1D) NMR по това, че 1D NMR се отнася само до една променлива честота, пиковият интензитет на абсорбция е начертан на променлива честота; представлява двете независими от честотата 2D ЯМР ТЕХНИКИ, това е пиковият интензитет на абсорбцията на двете начертани честотни променливи. 2D NMR експериментите обикновено се разделят на четири области, т.е. периодът преди периода на развитие (T1), етапът на смесване (не може) и периодът на откриване (t2). Подготовка на вектора на намагнитване, за да се постигне подходящ набор от първоначално състояние, последвано от развитие в еволюцията на вектора на намагнитване, кохерентният трансфер се извършва в спиновата система по време на смесване и накрая сигналът се открива в периода на откриване. Последователно повтарящи се цикли t1 кумулативна промяна и накрая получените две данни за трансформация на Фурие: за получаване на 2D NMR ТЕХНИКИ. Установените 2D ЯМР ТЕХНИКИ могат да бъдат разделени от химическа връзка и два пространствени корелационни спектъра, два вида линии 2D ЯМР ТЕХНИКИ са много важни за дома, които биофилмите изследват молекулярната конформация също са много мощни.

В обобщение, приложението на ядрено-магнитен резонансен анализ върху биологични изследвания главно в следните аспекти:

триизмерно определяне на биологични макромолекули в пространствената структура на разтвора;
анализ на биологични макромолекули в разтворено състояние молекулярна динамика;
и изследвания на протеинови взаимодействия, механизъм на действие на ензими и други подобни;
структурата беше решена и преместването на твърди мембранни протеини и фибрин свойства;
върху протеинови цели Скрининг на лекарства и точка на проектиране;
функционална активност на биомолекулата in vivo изследване на физиологично и метаболитно състояние.

Развитие на ЯМР

Развитие на ЯМР през 21 век за следните области:

увеличаване на силата на магнитното поле магнити: ЯМР спектрометърът се очаква да бъде по-голям от 1GHz през 21-ви век ще има, ще изследва структурата на биологичните макромолекули на основен пробив.
Разработване на триизмерен ядрено-магнитен резонанс (3D-NMR) : Със структурата на биологичните макромолекули в анализа на NMR спектъра с помощта на NMR технологията осигурява броя и сложността на информацията за структурата нараства експоненциално. Взаимодействието между триизмерната конформация на макромолекулите и малките молекули (малки молекули или малки и анализ) и други подобни, двумерният ЯМР (2D-ЯМР) е станал безсилен и следователно за развитието на молекулярно моделиране, използвайки NOE информацията за разстоянието между протона в молекулата, предоставена за изчисляване на триизмерна структура.
твърд ЯМР и ЯМР образни техники : Тази наука за живота, биомедицината и науката за материалите ще бъдат от решаващо значение, това ще бъде пробив в молекулярните структурни характеристики и изследване на динамиката.