应用文档 - 磁共振

固体DNP-NMR简介

药物的发现和开发依赖于人们对化合物复杂结构的理解,而对于某些固态化合物而言,其结构研究难度往往较大。

药物的发现和开发依赖于人们对化合物复杂结构的理解,而对于某些固态化合物而言,其结构研究难度往往较大。

固体核磁共振(NMR)成像为固体药物的探索打开了一扇大门,NMR的出现有助于开发过程中了解药物的化学性质和治疗效果,并进一步推进药物的整体研究进展。

固态NMR除了用于分析药物之间的相互作用和药物配制过程中的变化外,还可深入了解化合物的有机结构,而且该过程不会对药物产生破坏,因此可以对同一样品进行重复检测。

虽然NMR是检测固态药物的有效工具,但也存在着一定的缺陷。由于磁矩较小,核储层的极化很小,因此NMR灵敏度较低,与其他成像技术相比,NMR通常需要更多的样本量。

什么是DNP-NMR?

动态核极化(DNP)NMR通过转移电子自旋储能器的波耳兹曼(Boltzman)极化来增强NMR的信号强度,显著提高NMR检测的灵敏度,从而克服了标准NMR光谱灵敏度低的问题。

除了增强信号强度外,DNP-NMR还可以显著加快NMR实验过程中的数据收集速度,提供更深入、更快速的固态药物评估结果,这也扩大了对药物制剂结构研究的范围。这也使得DNP-NMR的使用越来越广泛。

机制概述

DNP是由自旋极化从电子转移到原子核而产生, 但也可能是固体化合物的辐射破坏而产生不成对的电子所致。 当电子自旋极化偏离平衡时,极化转移可通过电子-核交叉弛豫而自发发生。

热混合机制涉及极化转移中的多个电子自旋。 固体效应机制包括来自一个电子的磁传递。

DNP-NMR波谱仪:

高频DNP波谱仪系统主要有以下部件:

  • 回旋振荡器(微波源)
  • NMR探头
  • 传输线(波纹波导)

探头

使用高频微波辐射的DNP-NMR进行研究需要样品转子的机械旋转以及在电子和拉莫尔频率上施加B1磁场能力。 具体而言,探头激发核自旋并检测NMR信号。将NMR探头放在磁场的中心,然后将样品插入探头即可进行相关探索。

EPR 探头有较大的品质因数值,从而可以利用低功率微波在拉莫尔频率附近产生强大的B1磁场。该探头除了包含用于控制样品温度的硬件之外,还包含射频线圈,可以在给定磁场中以特定于原子核的频率进行调节。

布鲁克的DNP-NMR波谱仪提供LT MAS和1.9 mm DNP MAS两种探头,且均可用于较低温度的样品,可成功实现极化从电子到核自旋的转移。

回旋振荡器

DNP-NMR 系统的回旋振荡器可产生高功率微波辐射。环形阴极发射电子束,并通过超导磁体,在通过真空管到达共振腔时,电子束被压缩,从而将横向动能转换成微波。

与无法产生高功率和高频率的慢波源相反,回旋管产生的快波更适合于高场DNP。

布鲁克的回旋管提供定制设计回旋管、控制系统和超导磁体。该系统可确保高质量的微波束,以确保固态NMR实验的可靠性和稳定性。

传输线

传输线将回旋管与NMR 探头连接在一起,通过圆形波纹状波导可将THz波传输到样品。

布鲁克的DNP-NMR波谱仪

无论研究的是何种化合物,布鲁克的DNP-NMR波谱仪均可为固态NMR实验提供更高的灵敏度和更快的检测速度。DNP-NMR波谱仪通过将极化从电子自旋转移到核自旋,从而可以更好地观察药物、材料科学和生物科学中的各种化合物。

为了转移极化,布鲁克 DNP-NMR波谱仪的高功率回旋管系统通过在263 GHz,395 GHz和527 GHz频率处进行微波照射,将信号从20增强到200。 此外,该波谱仪可以进行更长时间的试验,可以在不受时间限制下安全性地进行研究。

参考文献: 

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  • Ravera E, Luchinat C, Parigi G, et al. Basic facts and perspectives of Overhauser DNP NMR. J MagnReson. 2016;264:78-87.
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  • Akbey Ü, Oschkinat H. Structural biology applications of solid state MAS DNP NMR. J MagnReson. 2016;269:213-224.0

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9.7T 回旋管的图像