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‘亚博手机版’金刚石可能是未来的核磁共振/磁共振成像技术的关键

作者:亚博手机版 时间:2021-10-07 11:06
本文摘要:美国能源部(DOE)伯克利劳伦斯国家实验室(BerkeleyLab)和加州大学(UC)伯克利分校的研究人员早已论证,金刚石有可能是未来的核磁共振(NMR)和磁共振光学(MRI)技术的关键。AlexPines的研究小组记录了第一块室温下给定磁场和晶体倾向下,金刚石中碳-13原子核的原位NMR超极化。

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美国能源部(DOE)伯克利劳伦斯国家实验室(BerkeleyLab)和加州大学(UC)伯克利分校的研究人员早已论证,金刚石有可能是未来的核磁共振(NMR)和磁共振光学(MRI)技术的关键。AlexPines的研究小组记录了第一块室温下给定磁场和晶体倾向下,金刚石中碳-13原子核的原位NMR超极化。  AlexanderPines是伯克利实验室材料科学部和伯克利大学GlennT.Seaborg化学教授席位的高级学院教授,在其主导的一项研究中,研究人员记录了第一块室温下给定磁场和晶体倾向下,金刚石中碳-13原子核的原位NMR超极化。超极化的碳-13磁矩信号表明NMR/MRI信号敏感度获得了相对于传统的NMR/MRI磁体在室温下一般来说有可能的信号敏感度远超过多个数量级的强化。

此外,这种超极化是用于微波构建的,而不是依赖准确的磁场来展开超极化移往。  Pines是公开发表在《NatureCommunications》上一篇关于本研究的论文的通讯作者。该论文的标题是《金刚石中光泵浦氮空位中心的室温原位原子核磁矩超极化》。Pines研究小组的一位成员JonathanKing是该文的第一作者。

  作者报告,仔细观察到了百分之六的体原子核磁矩极化,这是一个比热容均衡大170000倍左右的核磁共振信号强化。超极化磁矩信号可以通过标准NMR探针展开原位检测,不必须往返移动样品或者准确的晶体倾向。作者指出这种新的超极化技术应当可以使在室温条件下对液体和液体的核磁共振研究的灵敏度获得数量级上的强化。

  我们的研究结果代表了一个与Weizmann科学研究所的LucioFrydman和其同事在其开创性实验中获得的结果非常的核磁共振信号强化,但是是在金刚石中通过微波诱导动态原子核超极化,不必须准确掌控磁场和晶体倾向,Pines说道:室温超极化金刚石关上NMR/MRI极化从一个惰性、有毒、不易分离出来的源移往到给定样本的可能性,这是当代NMR/MRI技术长年执着的一个目标。  同时具备化学特异性和非破坏性的特点使NMR/MRI技术在还包括化学、材料、生物和医学等的普遍领域内沦为一种不可或缺的技术。

然而,它的敏感度问题依然是一个长久的挑战。NMR/MRI信号是基于电子和原子核的一种被称作磁矩的本征量子特性。

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电子和原子核可以像一个转动的小磁铁棒一样被分配一个向下或向上的方向状态。NMR/MRI信号各不相同被往一个方向极化的核磁矩的大多数即极化程度越高,信号就越强劲。Pines和他的研究小组成员经过几十年的希望,早已研发了大量的方法来超极化原子核的磁矩。

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在过去的两年中他们仍然专心于金刚石晶体和一种称作氮空位(NV)中心的杂质,在氮空位中心里光学和磁矩权利被耦合在一起。  当显金刚石晶体的晶格中邻接的两个碳原子被从晶格中移除,留给两个空隙,其中一个被一个氮原子填满,另一个维持遗缺的时候,就获得了一个氮空位(NV)中心,Pines说明说道。

这使得在氮原子和空位之间经常出现非束缚的电子,产生独有和具体的电子自旋极化态。  在之前的研究中,Pines和他的团队找到,较低强度磁场可以用来将NV中心电子自旋极化传送到附近的碳-13原子核,从而产生超极化核。这个被称作动态核极化的磁矩移往过程在以前就早已被用作强化核磁共振信号,但总是在高强度磁场和低温条件下展开。Pines和他的团队通过在金刚石旁边摆放一个永久磁铁避免了这些拒绝。

  在我们的新研究中,我们利用微波而不是磁场来给定电子和碳-13原子核之间的能量,从而避免了一些艰难的对磁场强度和对准的容许,使得我们的技术更容易用于,King说道:另外,在我们以前的研究中,我们通过光学测量间接推测核极化的不存在,因为我们无法测试是样品整体极化还是只有十分相似NV中心的核被极化。通过几乎避免对磁场的必须,我们现在需要用NMR必要测量大块样品。

  在《NatureCommunications》的文章里,Pines,King和其他联合作者说道,可以有效地构建到现有的生产技术并建构低表面面积金刚石器件的超极化金刚石应当可以为极化转移获取一个标准化的平台。


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