211service.com
NMR velikosti dlaně
Zařízení pro nukleární magnetickou rezonanci pokojové velikosti se mohou zmenšit na ruční přenosná zařízení díky malému a lehkému magnetu vyvinutému německými výzkumníky.
Kapesní NMR: Speciálně navržený permanentní magnet o velikosti baterie generuje magnetické pole, které je dostatečně rovnoměrné k provádění NMR s vysokým rozlišením na chemických vzorcích v komerční NMR zkumavce.
Spektroskopie nukleární magnetické rezonance je běžným nástrojem pro studium struktury proteinů a identifikaci chemického složení materiálu. Tvoří také základ lékařské zobrazovací techniky zobrazování magnetickou rezonancí neboli MRI. K generování silných magnetických polí (asi sedm tesla) potřebných pro přesné NMR se však používají objemné a drahé supravodivé magnety.
Magnet, který vyvinul Federico Casanova a jeho kolegové v Univerzita RWTH Aachen oddělení makromolekulární chemie, má velikost přibližně standardní baterie D a váží 500 gramů. Zatímco přenosné magnety byly vyrobeny dříve, nový umožňuje NMR měření, která jsou stejně přesná jako velké komerční magnety. Toto je významný další krok směrem k mobilní NMR s vysokým rozlišením, říká Alexander Pines , profesor chemie na Kalifornské univerzitě v Berkeley, který vyvíjí nový typ kompaktních návrhů MRI.
Jak se velikost permanentního magnetu zmenšuje, generuje magnetická pole, která jsou stejnoměrná v menším objemu kvůli drobným nedokonalostem v jeho materiálu a tvaru. To znamená, že lze použít méně vzorku materiálu, takže NMR měření jsou téměř tisíckrát méně citlivá, než kdyby byl použit supravodivý magnet. Signál NMR se pak stává srovnatelným s elektronickým šumem a zařízení může přehlédnout chemikálie, které jsou přítomny ve velmi malých množstvích.
Nový magnet generuje magnetické pole o síle 0,7 tesla, ale vytváří extrémně homogenní pole. Výsledkem je, že jde o první přenosný magnet, který pracuje s konvenčními pětimilimetrovými trubicemi, do kterých jsou umístěny vzorky NMR. Cílem naší práce bylo vzít tuto trubici, udržet konstantní objem a postavit nejmenší magnet s požadovanou homogenitou, říká Casanova. Důležitá věc, kterou jsme udělali, je opravit nehomogenitu, která pochází z nedokonalostí magnetu.
Výsledky označil za působivé, Louis Bouchard , profesor chemie na Kalifornské univerzitě v Los Angeles, říká, že žádný předchozí design přenosného magnetu nedosáhl tak dobrého výkonu. Bouchardová věří, že cena magnetu by měla být mnohem nižší než cena současných komerčních NMR magnetů. To pravděpodobně povede k tomu, že takové jednotky NMR budou mnohem rozšířenější, říká. Pokud by tito kluci prodávali tento produkt komerčně, pravděpodobně bych si ho koupil.
Přenosný magnet by mohl umožnit citlivá zařízení NMR s vysokým rozlišením, která lze vzít do archeologických vykopávek k identifikaci artefaktů a do továrny k detekci kontaminace produktů. Mohl by být použit v lékařských ordinacích k rozpoznání krevních sraženin, bakterií nebo rakovinných proteinů v krvi pacienta. To by také mohlo umožnit přenosným NMR přístrojům sledovat výrobu léků a chemikálií in-line namísto odebírání chemických vzorků do NMR laboratoří k analýze.
Casanova a jeho kolegové vylepšili známý design magnetů známý jako Halbachovo pole, speciální uspořádání mnoha permanentních magnetů, které soustředí magnetická pole pouze na jednu stranu pole. Jednou z běžných konstrukcí je Halbachův válec, který má uvnitř válce intenzivní magnetické pole. Tím vědci začínají. Jak popisují v článku zveřejněném online v časopise aplikovaná chemie Nejprve naskládají tři prstence kobaltu samaria, aby vytvořili válec. Vnější průměr válce je 35 milimetrů; vnitřní průměr 15 milimetrů je dostatečně velký, aby se do něj vešla standardní NMR trubice.
Každý magnetický kroužek je vyroben z kusů lichoběžníkového tvaru s mezerami mezi nimi. Tyto mezery jsou vyplněny pravoúhlými kusy, které se posouvají dovnitř a ven až o dva milimetry. Vědci měří nehomogenitu v magnetickém poli vytvořeném Halbachovými prstenci. Poté pomocí sofistikovaných počítačových simulací vypočítají, o kolik je třeba pohnout každým z obdélníkových kusů, aby upravili magnetické pole a vyhladili nehomogenity.
Ještě lepší magnety by mohly být možné doladěním designu, říkají vědci. Zatímco síla pole magnetu je právě 0,7 tesla, zvětšení vnějšího průměru magnetu by mělo umožnit generovat 1,5 tesla, říkají vědci. A co víc, použitím magnetů vyrobených z jiných materiálů, jako je neodym, by mohly být generovány až dvě tesla.