NMR wielkości dłoni

Maszyny do magnetycznego rezonansu jądrowego wielkości pokoju mogą się skurczyć do podręcznych, przenośnych urządzeń dzięki małej, lekkiej konstrukcji magnesu opracowanej przez niemieckich naukowców.

Kieszonkowy NMR: Specjalnie zaprojektowany magnes trwały wielkości baterii generuje pole magnetyczne, które jest wystarczająco jednolite, aby wykonywać wysokiej rozdzielczości NMR na próbkach chemicznych w komercyjnej rurce NMR.

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego jest powszechnym narzędziem do badania struktury białek i identyfikacji składu chemicznego materiału. Stanowi również podstawę medycznej techniki obrazowania rezonansem magnetycznym, czyli MRI. Jednak do generowania silnych pól magnetycznych (około siedmiu tesli) potrzebnych do precyzyjnego NMR wykorzystuje się masywne i drogie magnesy nadprzewodzące.

Magnes opracowany przez Federico Casanovę i jego współpracowników z Uniwersytet RWTH w Akwizgranie wydział chemii makromolekularnej ma rozmiar mniej więcej standardowej baterii D i waży 500 gramów. Chociaż magnesy przenośne były już produkowane, nowy umożliwia pomiary NMR, które są tak samo precyzyjne, jak duże magnesy komercyjne. To znaczący dodatkowy krok w kierunku mobilnego NMR o wysokiej rozdzielczości, mówi Aleksandra Sosny , profesor chemii na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley, który opracowuje nowy typ kompaktowych projektów MRI.

Gdy rozmiar magnesu trwałego się kurczy, generuje pola magnetyczne, które są jednolite na mniejszej objętości z powodu drobnych niedoskonałości materiału i kształtu. Oznacza to, że można zużyć mniej próbki materiału, co sprawia, że ​​pomiary NMR są prawie tysiąc razy mniej czułe niż w przypadku użycia magnesu nadprzewodzącego. Sygnał NMR staje się wówczas porównywalny z szumem elektronicznym, a urządzenie może przeoczyć substancje chemiczne obecne w bardzo małych ilościach.

Nowy magnes generuje pole magnetyczne o natężeniu 0,7 tesli, ale generuje niezwykle jednorodne pole. W rezultacie jest to pierwszy przenośny magnes współpracujący z konwencjonalnymi pięciomilimetrowymi rurkami, w których umieszczane są próbki NMR. Celem naszej pracy było wzięcie tej tuby, utrzymanie stałej objętości i zbudowanie najmniejszego magnesu o pożądanej jednorodności, mówi Casanova. Ważną rzeczą, którą zrobiliśmy, jest skorygowanie niejednorodności wynikającej z niedoskonałości magnesu.

Nazywanie wyników imponującymi, Louis Bouchard , profesor chemii z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Los Angeles, twierdzi, że żaden poprzedni projekt przenośnego magnesu nie osiągnął tak dobrych wyników. Bouchard uważa, że ​​koszt magnesu powinien być znacznie niższy niż koszt dzisiejszych komercyjnych magnesów NMR. To prawdopodobnie doprowadzi do tego, że takie jednostki NMR będą znacznie bardziej rozpowszechnione, mówi. Gdyby ci faceci sprzedawali ten produkt komercyjnie, prawdopodobnie kupiłbym jeden.

Przenośny magnes mógłby stworzyć czułe urządzenia NMR o wysokiej rozdzielczości, które można zabrać na wykopaliska archeologiczne w celu identyfikacji artefaktów oraz do fabryki w celu wykrycia skażenia produktów. Może być stosowany w gabinetach lekarskich do wykrywania skrzepów krwi, bakterii lub białek nowotworowych we krwi pacjenta. Mogłoby to również umożliwić przenośnym urządzeniom NMR monitorowanie produkcji leków i chemikaliów na linii, zamiast pobierania próbek chemicznych do laboratoriów NMR w celu analizy.

Casanova i jego koledzy udoskonalili dobrze znaną konstrukcję magnesu znaną jako tablica Halbacha, specjalny układ wielu magnesów trwałych, który skupia pola magnetyczne tylko po jednej stronie tablicy. Jedną z popularnych konstrukcji jest cylinder Halbacha, który ma wewnątrz cylindra intensywne pole magnetyczne. Od tego zaczynają naukowcy. Jak opisują w artykule opublikowanym online w czasopiśmie Chemia stosowana , najpierw układają trzy pierścienie z samaru-kobaltu, aby wykonać cylinder. Średnica zewnętrzna cylindra wynosi 35 milimetrów; średnica wewnętrzna 15 milimetrów jest wystarczająco duża, aby pomieścić standardową rurkę NMR.

Każdy pierścień magnetyczny składa się z kawałków w kształcie trapezu z przerwami pomiędzy nimi. Te luki są wypełnione prostokątnymi kawałkami, które wsuwają się i wysuwają o maksymalnie dwa milimetry. Naukowcy mierzą niejednorodność pola magnetycznego wytworzonego przez pierścienie Halbacha. Następnie, za pomocą zaawansowanych symulacji komputerowych, obliczają, ile potrzebują, aby przesunąć każdy z prostokątnych elementów, aby dostosować pole magnetyczne i wygładzić niejednorodności.

Naukowcy twierdzą, że nawet lepsze magnesy mogą być możliwe dzięki dopracowaniu projektu. Podczas gdy natężenie pola magnesu wynosi obecnie 0,7 tesli, zwiększenie zewnętrznej średnicy magnesu powinno umożliwić wygenerowanie 1,5 tesli, twierdzą naukowcy. Co więcej, za pomocą magnesów wykonanych z innych materiałów, takich jak neodym, można było wygenerować nawet dwie tesle.

ukryć