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Probing molecular dynamics with hyperpolarized ultrafast Laplace NMR using a low-field, single-sided magnet†
Chemical Science ( IF 7.6 ) Pub Date : 2018-06-28 00:00:00 , DOI: 10.1039/c8sc01329b Jared N King 1 , Alfredo Fallorina 1 , Justin Yu 1 , Guannan Zhang 2 , Ville-Veikko Telkki 3 , Christian Hilty 2 , Tyler Meldrum 1
Chemical Science ( IF 7.6 ) Pub Date : 2018-06-28 00:00:00 , DOI: 10.1039/c8sc01329b Jared N King 1 , Alfredo Fallorina 1 , Justin Yu 1 , Guannan Zhang 2 , Ville-Veikko Telkki 3 , Christian Hilty 2 , Tyler Meldrum 1
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Laplace NMR (LNMR) offers deep insights on diffusional and rotational motion of molecules. The so-called “ultrafast” approach, based on spatial data encoding, enables one to carry out a multidimensional LNMR experiment in a single scan, providing from 10 to 1000-fold acceleration of the experiment. Here, we demonstrate the feasibility of ultrafast diffusion–T2 relaxation correlation (D–T2) measurements with a mobile, low-field, relatively low-cost, single-sided NMR magnet. We show that the method can probe a broad range of diffusion coefficients (at least from 10−8 to 10−12 m2 s−1) and reveal multiple components of fluids in heterogeneous materials. The single-scan approach is demonstrably compatible with nuclear spin hyperpolarization techniques because the time-consuming hyperpolarization process does not need to be repeated. Using dynamic nuclear polarization (DNP), we improved the NMR sensitivity of water molecules by a factor of 105 relative to non-hyperpolarized NMR in the 0.3 T field of the single-sided magnet. This enabled us to acquire a D–T2 map in a single, 22 ms scan, despite the low field and relatively low mole fraction (0.003) of hyperpolarized water. Consequently, low-field, hyperpolarized ultrafast LNMR offers significant prospects for advanced, mobile, low-cost and high-sensitivity chemical and medical analysis.
中文翻译：
使用低场单面磁铁通过超极化超快拉普拉斯 NMR 探测分子动力学†
拉普拉斯核磁共振 (LNMR) 可以深入了解分子的扩散和旋转运动。这种基于空间数据编码的所谓“超快”方法使人们能够在单次扫描中进行多维 LNMR 实验，从而使实验加速 10 至 1000 倍。在这里，我们展示了使用移动、低场、相对低成本的单侧 NMR 磁体进行超快扩散 – T 2弛豫相关 ( D – T 2 ) 测量的可行性。我们证明该方法可以探测广泛的扩散系数（至少从10 -8到10 -12 m 2 s -1 ）并揭示异质材料中流体的多种成分。单扫描方法显然与核自旋超极化技术兼容，因为不需要重复耗时的超极化过程。使用动态核极化 (DNP)，我们在单侧磁体 0.3 T 场中将水分子的 NMR 灵敏度相对于非超极化 NMR 提高了 10 5倍。这使我们能够在单次 22 毫秒扫描中获取D – T 2图，尽管超极化水的场强和摩尔分数相对较低 (0.003)。因此，低场、超极化超快 LNMR 为先进、移动、低成本和高灵敏度的化学和医学分析提供了重要的前景。
更新日期：2018-06-28
中文翻译：
使用低场单面磁铁通过超极化超快拉普拉斯 NMR 探测分子动力学†
拉普拉斯核磁共振 (LNMR) 可以深入了解分子的扩散和旋转运动。这种基于空间数据编码的所谓“超快”方法使人们能够在单次扫描中进行多维 LNMR 实验，从而使实验加速 10 至 1000 倍。在这里，我们展示了使用移动、低场、相对低成本的单侧 NMR 磁体进行超快扩散 – T 2弛豫相关 ( D – T 2 ) 测量的可行性。我们证明该方法可以探测广泛的扩散系数（至少从10 -8到10 -12 m 2 s -1 ）并揭示异质材料中流体的多种成分。单扫描方法显然与核自旋超极化技术兼容，因为不需要重复耗时的超极化过程。使用动态核极化 (DNP)，我们在单侧磁体 0.3 T 场中将水分子的 NMR 灵敏度相对于非超极化 NMR 提高了 10 5倍。这使我们能够在单次 22 毫秒扫描中获取D – T 2图，尽管超极化水的场强和摩尔分数相对较低 (0.003)。因此，低场、超极化超快 LNMR 为先进、移动、低成本和高灵敏度的化学和医学分析提供了重要的前景。
京公网安备 11010802027423号