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精密測量院等發(fā)現(xiàn)水溶液中氣體磁共振信號增強新方法

閱讀:2103      發(fā)布時間:2020-8-7
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 近日,中國科學院精密測量科學與技術創(chuàng)新研究院與武漢大學等單位合作發(fā)展了水溶液中氣體磁共振信號增強新方法,該方法可在水溶液中顯著增強氣體的磁共振信號,從而提高磁共振分子檢測靈敏度。相關研究結果發(fā)表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。
  磁共振波譜與成像(NMR/MRI)作為一種重要的分析和醫(yī)學影像技術,已廣泛應用于液體、固體、生物組織檢測,成為活體狀態(tài)下顯示人體結構和功能的影像學技術,可對實體臟器成像,并且無輻射性、無成像深度限制。然而對于肺部來說,傳統(tǒng)的磁共振成像(1H MRI)技術難以實現(xiàn)對肺泡內(nèi)的氣體成像,因此肺部成了傳統(tǒng)磁共振檢測的“盲區(qū)”。
  氣體磁共振能彌補傳統(tǒng)磁共振的不足。精密測量院周欣課題組通過超極化技術將129Xe氣體磁共振信號增強50000倍以上,并已應用于人體肺部結構與功能的檢測,成功“點亮”肺部。該技術沒有侵入性,在肺部重大疾病的診斷和治療評估方面,具有其他技術*的優(yōu)勢。然而,將129Xe磁共振直接用于生物系統(tǒng)檢測沒有特異性。近年來,上發(fā)展了一系列分子“籠”,能結合129Xe原子,賦予超極化129Xe磁共振特異性檢測的能力。但是,這些分子“籠”都存在水溶性差,“籠”內(nèi)129Xe信號弱的問題,提高“籠”內(nèi)129Xe的信號強度是該領域面臨的一大挑戰(zhàn)。
  該研究中,研究人員*提出水穩(wěn)定性的金屬有機骨架材料(MOF)——ZIF-8作為129Xe的納米“籠”來裝載129Xe,能有效提高水溶液中“籠”內(nèi)129Xe的濃度,利用課題組自主研制的超極化氣體磁共振科學儀器,顯著增強了水溶液中“籠”內(nèi)129Xe的磁共振信號,比傳統(tǒng)分子“籠”內(nèi)129Xe的磁共振信號提高了200倍,實現(xiàn)了超極化129Xe磁共振分子影像領域的重要突破。此外,由于突破了 “籠”內(nèi)Xe信號強度的壁壘,可在生物檢測中利用該信號與血液中信號之間的化學交換,放大血液中的微弱信號,從而提升血液中分子探測的靈敏度。
  該方法被命名為“Hyperpolarized Xe Signal Advancement by Metal-organic framework Entrapment (Hyper-SAME)”。Hyper-SAME可與作者之前發(fā)明的Hyper-SAGE技術(PNAS,2009)相結合,進一步優(yōu)化、放大129Xe的磁共振信號。這項研究顯著提高了水溶液中氣體磁共振的靈敏度和分辨率,代表著氣體磁共振作為生物醫(yī)學主要工具向著高靈敏靶向檢測邁進了一步。
  精密測量院博士曾慶斌與武漢大學博士別秉林為共同作者,精密測量院研究員周欣、郭茜旎和武漢大學教授鄧鶴翔為共同通訊作者。該研究得到了科學技術部、國家自然科學基金委員會和中科院的支持。

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