Hyperpolarizace (fyzika) - Hyperpolarization (physics)
tento článek možná matoucí nebo nejasné čtenářům.Leden 2014) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
Hyperpolarizace je jaderná rotace polarizace materiálu v magnetickém poli daleko za ním tepelná rovnováha podmínky určené Boltzmannova distribuce.[1] Může být aplikován na plyny jako např 129Xe a 3On a malé molekuly, kde lze úrovně polarizace zvýšit faktorem 104-105 nad úrovní tepelné rovnováhy. Hyperpolarizované vzácné plyny se obvykle používají v magnetická rezonance (MRI) plic.[2]Typicky se používají hyperpolarizované malé molekuly in vivo metabolické zobrazování. Například hyperpolarizovaný metabolit lze injikovat zvířatům nebo pacientům a metabolickou konverzi lze sledovat v reálném čase. Mezi další aplikace patří stanovení funkce neutronových spinových struktur rozptylem polarizovaných elektronů z velmi polarizovaného cíle (3He), studie povrchové interakce a experimenty s polarizací neutronů.[3]
Optické čerpání s rotační výměnou
Úvod
Optické čerpání s rotací (SEOP)[3] je jednou z několika technik hyperpolarizace popsaných na této stránce. Tato technika se specializuje na vytváření hyperpolarizovaných (HP) vzácných plynů, jako jsou 3On, 129Xe a kvadrupolární 131Xe, 83Kr a 21Ne.[4] Jsou vyžadovány ušlechtilé plyny, protože SEOP se provádí v plynné fázi, jsou chemicky inertní, nereaktivní, chemicky stabilní vzhledem k alkalickým kovům a jejich T1 je dostatečně dlouhá na to, aby vybudovala polarizaci. Odstřeďování 1/2 vzácných plynů splňuje všechny tyto požadavky a odstřeďování 3/2 ušlechtilých plynů do určité míry ano, i když některé odstřeďování 3/2 nemají dostatečné T1. Každý z těchto vzácných plynů má svou vlastní specifickou aplikaci, jako je charakterizace plicního prostoru a tkáně in vivo molekulární zobrazování a funkční zobrazování plic, studium změn metabolismu zdravých a rakovinových buněk,[4] nebo použít jako cíle pro experimenty s jadernou fyzikou.[5] Během tohoto procesu kruhově polarizovaný infračervené laserové světlo vyladěné na příslušnou vlnovou délku se používá k excitaci elektronů v alkalický kov, jako cesium nebo rubidium uvnitř uzavřené skleněné nádoby. Infračervené světlo je nezbytné, protože obsahuje vlnové délky nezbytné k excitaci elektronů alkalických kovů, i když vlnová délka nezbytná k excitaci sodíkových elektronů je pod touto oblastí (tabulka 1).
Alkalický kov | Vlnová délka (nm) |
---|---|
Sodík[6] | 590.0 |
Rubidium[7] | 794.7 |
Cesium[8] | 894.0 |
The moment hybnosti srážkami se přenáší z elektronů alkalických kovů na jádra vzácného plynu. Dusík se používá jako zhášecí plyn, který zabraňuje fluorescenci polarizovaného alkalického kovu, což by vedlo k de-polarizaci vzácného plynu. Pokud by nebyla zastavena fluorescence, světlo emitované během relaxace by bylo náhodně polarizováno, působilo by to proti kruhově polarizovanému laserovému světlu. Zatímco se v závislosti na aplikaci používají různé velikosti skleněných nádob (nazývaných také buňky), a tedy různé tlaky, pro SEOP stačí jeden amagát celkového tlaku vzácného plynu a dusíku a k uhasení fluorescence je zapotřebí 0,1 amagátu hustoty dusíku.[3] Skvělá vylepšení v 129Technologie hyperpolarizace Xe dosáhla> 50% úrovně při rychlostech 1–2 l / min, což umožňuje klinické klinické aplikace u člověka.[9]
Dějiny
Objev SEOP trvalo desítky let, než všechny kousky zapadly na místo a vytvořily kompletní techniku. Nejprve v roce 1897 vedly Zeemanovy studie sodíkových par k prvnímu výsledku optické čerpání.[4][10] Další kousek byl nalezen v roce 1950, kdy Kastler určil metodu elektronické rotace-polarizace par alkalického kovu rubidia pomocí aplikovaného magnetického pole a osvětlení páry rezonančním kruhově polarizovaným světlem.[4] O deset let později, Marie-Anne Bouchiat Provedli T. M. Carver a C. M. Varnum rotační výměna, ve kterém byla elektronická spinová polarizace přenesena na jaderná otočení ušlechtilého plynu (3On a 129Xe) prostřednictvím plynových srážek.[4] Od té doby byla tato metoda výrazně vylepšena a rozšířena pro použití s jinými vzácnými plyny a alkalickými kovy.
Teorie
Pro vysvětlení procesů excitace, optického čerpání a výměny spinů bude jako příklad použit nejběžnější alkalický kov použitý pro tento proces, rubidium. Rubidium má lichý počet elektronů, přičemž pouze jeden z nejvzdálenějších obalů může být vzrušen za správných podmínek. Mohou nastat dva přechody, jeden označovaný jako D.1 řádek, kde dochází k přechodu z 52S1/2 stav k 52P3/2 stát a další odkazoval na D2 řádek, kde dochází k přechodu z 52S1/2 do 52P1/2 Stát.[7][11] D1 a D.2 přechody mohou nastat, pokud jsou atomy rubidia osvětleny světlem o vlnové délce 794,7 nm, respektive 780 nm (obrázek 1).[7] I když je možné způsobit buzení, laserová technologie je dobře vyvinutá pro způsobení D1 dojde k přechodu. O těchto laserech se říká, že jsou naladěny na D.1 vlnová délka (794,7 nm) rubidia.
Aby se zvýšila úroveň polarizace nad tepelnou rovnováhu, musí se změnit populace spinových stavů. V nepřítomnosti magnetického pole jsou dva spinové stavy rotace I = ½ jader ve stejné energetické úrovni, ale v přítomnosti magnetického pole se energetické hladiny rozdělí na ms = ± 1/2 energetické úrovně (obrázek 2).[12] Tady, ms je moment hybnosti rotace s možnými hodnotami +1/2 (spin up) nebo -1/2 (spin down), často nakreslený jako vektory směřující nahoru nebo dolů. Rozdíl v populaci mezi těmito dvěma energetickými hladinami produkuje signál NMR. Například dva elektrony ve stavu roztočení zruší dva elektrony ve stavu roztočení a ponechají pouze jedno roztočené jádro, které bude detekováno pomocí NMR. Populace těchto stavů však mohou být změněny pomocí hyperpolarizace, což umožňuje více osídlené energetické hladiny roztočení, a proto zvyšuje signál NMR. To se provádí tak, že se nejprve opticky načerpá alkalický kov a poté se polarizace přenese do jádra vzácného plynu, aby se zvýšila populace roztočeného stavu.
Absorpce laserového světla alkalickým kovem je prvním procesem v SEOP.[3] Levo-kruhově polarizované světlo naladěné na D.1 vlnová délka alkalického kovu vzrušuje elektrony ze spinu dolů 2S1/2 (ms= -1 / 2) stav do roztočení 2P1/2 (ms= + 1/2) stav, kdy potom dochází ke koliznímu mísení při srážce atomů vzácného plynu s atomy alkalických kovů a ms= -1 / 2 stav je částečně naplněn (obrázek 3).[3] Kruhově polarizované světlo je nezbytné při nízkých magnetických polích, protože umožňuje absorbovat pouze jeden typ momentu hybnosti, což umožňuje polarizaci otáčení.[3] K uvolnění pak dochází z excitovaných stavů (ms= ± 1/2) k základním stavům (ms= ± 1/2), protože atomy kolidují s dusíkem, čímž uhasí jakoukoli šanci na fluorescenci a způsobí návrat elektronů do dvou základních stavů ve stejných populacích.[3] Jakmile jsou točení depolarizována (vraťte se do ms= -1 / 2 stav), jsou znovu excitovány laserovým světlem s kontinuální vlnou a proces se opakuje. Tímto způsobem se v m otáčí větší populace elektronůs= Stav + 1/2 se hromadí. Polarizace rubidia, PRb, lze vypočítat pomocí následujícího vzorce:
Kde n↑ a n↓ a jsou počet atomů při roztočení (mS= + 1/2) a točit dolů (mS=-1/2) 2S1/2 státy.[13]
Dále se opticky čerpaný alkalický kov srazí s ušlechtilým plynem, což umožní výměnu spinu tam, kde je elektronová polarizace alkalického kovu přenesena do jader vzácného plynu (obrázek 4). K tomu může dojít dvěma mechanismy. Moment hybnosti lze přenést pomocí binárních kolizí (obrázek 4A, nazývaných také srážky dvou těles) nebo zatímco vzácný plyn, N2 vyrovnávací plyn a alkalický kov v plynné fázi jsou drženy v těsné blízkosti pomocí van der Waalsových sil (obrázek 4B, nazývaný také tři kolize těla).[3] V případech, kdy jsou van der Waalsovy síly ve srovnání s binárními kolizemi velmi malé (jako je tomu v případě) 3He), dochází ke srážce vzácného plynu a alkalického kovu a polarizace se přenáší z AM na vzácný plyn.[3] Binární kolize jsou také možné pro 129Xe. Při vysokých tlacích dominují van der Waalsovy síly, ale při nízkých tlacích dominují binární kolize.[3]
Budování polarizace
Tento cyklus buzení, polarizace, depolarizace a re-polarizace atd. Nějakou dobu trvá, než se dosáhne čisté polarizace. Nahromadění jaderné polarizace, PN(t), je dán vztahem:
Kde ⟨PA⟩ Je polarizace alkalického kovu, γSE je směnný kurz rotace a Γ je rychlost podélné relaxace vzácného plynu.[14] Uvolnění jaderné polarizace může nastat několika mechanismy a je psáno jako součet těchto příspěvků:
Kde Γt, Γp, ΓGa Γw představují relaxaci z přechodného Xe2 dimer, trvalé Xe2 dimer, difúze gradienty v aplikovaném magnetickém poli a relaxace stěny.[14] Ve většině případů jsou největšími přispěvateli k celkové relaxaci přetrvávající dimery a relaxace stěny.[14] A Xe2 dimer může nastat, když se dva atomy Xe srazí a jsou drženy pohromadě pomocí van der Waalsových sil, a může být rozbit, když se s nimi srazí třetí atom.[15] Je to podobné jako s Xe-Rb během výměny rotace (přenosu rotace), kde jsou drženy v těsné vzájemné blízkosti pomocí van der Waalsových sil.[15] Relaxace stěny je, když se hyperpolarizovaný Xe srazí se stěnami buňky a je depolarizován kvůli paramagnetickým nečistotám ve skle.
Časová konstanta nárůstu, ΓB, lze měřit sběrem NMR spekter v časových intervalech spadajících do doby potřebné k dosažení ustálené polarizace (tj. maximální polarizace, které lze dosáhnout při maximálním výstupu signálu). Integrály signálu jsou poté vyneseny v průběhu času a mohou být přizpůsobeny k získání časové konstanty nárůstu. Shromáždění nahromaděné křivky při několika různých teplotách a vykreslení hodnot jako funkce hustoty par alkalického kovu (protože hustota par se zvyšuje se zvýšením teploty buňky) lze použít ke stanovení rychlosti destrukce rotace a rychlosti výměny rotace za atom pomocí :
Kde γ 'je rychlost rotace na atomu, [AM] je hustota par alkalického kovu a ΓSD je míra destrukce rotace.[16] Tento graf by měl být lineární, kde γ 'je sklon a ΓSD je průsečík y.
Relaxace: T1
Optické čerpání s rotací s výměnou může pokračovat donekonečna s nepřetržitým osvětlením, ale existuje několik faktorů, které způsobují uvolnění polarizace a tím návrat k populacím tepelné rovnováhy, když je osvětlení zastaveno. Aby bylo možné použít hyperpolarizované vzácné plyny v aplikacích, jako je zobrazování plic, musí být plyn přenesen z experimentálního zařízení k pacientovi. Jakmile plyn již není aktivně opticky čerpán, stupeň hyperpolarizace začíná klesat, dokud není dosaženo tepelné rovnováhy. Hyperpolarizace však musí trvat dostatečně dlouho, aby se plyn přenesl k pacientovi a získal se obraz. Podélná doba relaxace rotace, označovaná jako T1, lze snadno měřit sbíráním NMR spekter, protože polarizace v průběhu času klesá, jakmile je osvětlení zastaveno. Tato rychlost relaxace je řízena několika depolarizačními mechanismy a je zapsána jako:
Kde tři přispívající termíny jsou pro kolizní relaxaci (CR), nehomogenitu magnetického pole (MFI) a relaxaci způsobenou přítomností paramagnetického kyslíku (O2).[17] T1 doba trvání může být kdekoli od minut do několika hodin, v závislosti na tom, jak velká péče je věnována snižování účinků CR, MFI a O2. Poslední člen byl vyčíslen na 0,360 s−1 amagat−1,[18] ale první a druhý člen je těžké kvantifikovat, protože stupeň jejich příspěvku k celkovému T1 závisí na tom, jak dobře jsou experimentální nastavení a buňka optimalizovány a připraveny.[18]
Experimentální nastavení v SEOP
Aby bylo možné provést SEOP, je nejprve nutné připravit optickou buňku. Optické články (obrázek 5) jsou navrženy pro konkrétní systém a jsou vyfukovány pomocí průhledného materiálu, obvykle pyrexového skla (borosilikát). Tato buňka musí být poté vyčištěna, aby se odstranily všechny kontaminující látky, zejména paramagnetické materiály, které snižují polarizaci a T1. Vnitřní povrch článku je poté potažen tak, aby (a) sloužil jako ochranná vrstva pro sklo, aby se snížila pravděpodobnost koroze alkalickým kovem, a (b) minimalizoval depolarizaci způsobenou kolizemi molekul polarizovaného plynu s stěny buňky.[19] Snížení relaxace stěny vede k delší a vyšší polarizaci vzácného plynu.[19]
Zatímco v průběhu let bylo testováno několik povlaků, SurfaSil (obrázek 6, nyní označovaný jako uhlovodíková rozpustná silikonizační kapalina) je nejběžnějším povlakem používaným v poměru 1:10 SurfaSil: hexan, protože poskytuje dlouhý T1 hodnoty.[19] Tloušťka vrstvy SurfaSil je asi 0,3-0,4 μm.[19] Jakmile je článek rovnoměrně potažen a vysušen, je buňka umístěna do inertního prostředí a kapka alkalického kovu (~ 200 mg) je umístěna do buňky, která je poté dispergována, aby se vytvořil rovnoměrný povlak na stěnách buněk. Jedním ze způsobů přenosu alkalického kovu do buňky je destilace.[20] Při destilační metodě je článek spojen se skleněným potrubím vybaveným tak, aby udržovalo stlačený plyn i vakuum, kde je připojena ampule alkalického kovu.[21] Rozdělovač a článek jsou vakuovány, poté je porušeno těsnění ampule a alkalický kov je přesunut do článku pomocí plamene plynového hořáku.[21] Buňka je poté naplněna požadovanou směsí dusíku a vzácného plynu.[5] Je třeba dbát na to, aby nedošlo k otravě buňky v jakékoli fázi přípravy buňky (vystavte ji atmosférickému vzduchu).
V průběhu let se používalo několik velikostí a designů buněk. Požadovaná aplikace je to, co řídí design optické čerpací buňky a závisí na průměru laseru, potřebách optimalizace a úvahách o klinickém použití. Specifické alkalické kovy a plyny se také volí na základě požadovaných aplikací.
Jakmile je buňka kompletní, je povrchová cívka (nebo cívky, v závislosti na požadovaném typu cívky) přilepena na vnější stranu buňky, což a) umožňuje vytváření RF pulsů, aby se polarizované spiny naklonily do detekčního pole ( rovina x, y) a b) detekuje signál produkovaný polarizovanými jadernými spiny. Článek je umístěn v peci, která umožňuje ohřev článku a jeho obsahu, takže alkalický kov vstupuje do parní fáze, a článek je vystředěn v systému cívky, který generuje aplikované magnetické pole (podél osy z). Laser vyladěný na D1 linka (přechod elektrický dipól[14]) alkalického kovu a s průměrem svazku odpovídajícím průměru optického článku, je potom vyrovnán s optickými plochami článku tak, že celý článek je osvětlen laserovým světlem, aby byla zajištěna co možná největší polarizace ( Obrázek 7). Laser může být kdekoli mezi desítkami wattů až stovkami wattů,[3] kde vyšší výkon poskytuje větší polarizaci, ale je nákladnější. Za účelem dalšího zvýšení polarizace je za buňku umístěno zpětně odrazné zrcadlo, aby prošlo laserové světlo buňkou dvakrát. Kromě toho je za zrcadlem umístěna IR clona, která poskytuje informace o absorpci laserového světla atomy alkalických kovů. Když laser osvětluje buňku, ale buňka má pokojovou teplotu, IR clona se používá k měření procenta propustnosti laserového světla buňkou. Jak je buňka zahřívána, rubidium vstupuje do parní fáze a začíná absorbovat laserové světlo, což způsobuje snížení procenta propustnosti. Rozdíl v IR spektru mezi spektrem teploty místnosti a spektrem odebraným při zahřívání článku lze použít k výpočtu odhadované hodnoty polarizace rubidia, PRb.
Jak SEOP pokračuje ve vývoji a zdokonalování, existuje několik typů NMR cívek, pecí, cívek generujících magnetické pole a laserů, které byly a jsou používány ke generování hyperpolarizovaných plynů. Obecně jsou NMR cívky vyráběny ručně pro konkrétní účel, buď ručním otáčením měděného drátu v požadovaném tvaru,[22] nebo 3D tiskem cívky.[23] Obvykle je troubou pec s nuceným vzduchem, se dvěma plochami vyrobenými ze skla pro průchod laserového světla buňkou, odnímatelným víkem a otvorem, kterým je připojeno vedení horkého vzduchu, což umožňuje ohřev buňky vedením.[24] Cívkami vytvářejícími magnetické pole může být dvojice Helmholtzových cívek, které se používají ke generování požadované síly magnetického pole,[24] jehož požadované pole se řídí:
Kde ω je Larmourova frekvence nebo požadovaná detekční frekvence, γ je gyromagnetický poměr sledovaných jader a B0 je magnetické pole potřebné k detekci jader na požadované frekvenci.[25] Lze také použít sadu čtyř elektromagnetických cívek (tj. Od Acutranu)[22] a další konstrukce cívky se testují.
V minulosti byla laserová technologie limitujícím faktorem pro SEOP, kde bylo možné použít jen několik alkalických kovů kvůli nedostatku například cesiových laserů. Došlo však k několika novým vývojům, včetně lepších cesiových laserů, vyššího výkonu, užší spektrální šířky atd., Které umožňují zvýšit dosah SEOP. Přesto je zapotřebí několik klíčových funkcí. V ideálním případě by měl být laser spojitou vlnou, aby zajistil, že alkalický kov a vzácný plyn zůstanou po celou dobu polarizovány. Aby se vyvolala tato polarizace, musí být laserové světlo kruhově polarizované ve směru, který umožňuje polarizaci elektronů. To se provádí průchodem laserového světla přes polarizační dělič paprsků, který odděluje s a p komponenty, poté skrz čtvrtvlnnou desku, která převádí lineárně polarizované světlo na kruhově polarizované světlo.[17]
Různé vzácné plyny a alkalické kovy používané pro SEOP
SEOP byl úspěšně použit a je poměrně dobře vyvinut pro 3On, 129Xe a 83Kr pro biomedicínské aplikace.[4] Kromě toho probíhá několik vylepšení, jejichž cílem je získat vylepšené a interpretovatelné zobrazení rakovinných buněk v biomedicínské vědě.[26] Studie zahrnující hyperpolarizaci 131Probíhá Xe, který vrcholí zájmem fyziků. Rovněž jsou prováděna vylepšení, která umožňují využití nejen rubidia při přenosu spinu, ale také cesia. V zásadě lze pro SEOP použít jakýkoli alkalický kov, ale obvykle se dává přednost rubidiu kvůli jeho vysokému tlaku par, což umožňuje provádět experimenty při relativně nízkých teplotách (80 ° C - 130 ° C), což snižuje pravděpodobnost poškození skleněná buňka.[3] Kromě toho musí existovat laserová technologie pro vybraný alkalický kov a musí být dostatečně vyvinuta, aby získala podstatnou polarizaci. Dříve byly lasery dostupné k rozrušení D.1 cesní přechod nebyl dobře vyvinut, ale nyní jsou stále výkonnější a levnější. Předběžné studie dokonce ukazují, že cesium může poskytovat lepší výsledky než rubidium, přestože rubidium bylo pro SEOP volbou typu alkalického kovu.
Proč musíme používat hyperpolarizované 129Xe spíše než nehyperpolarizovaný 129Izotop Xe
Naším cílem je identifikovat infekci nebo onemocnění (například rakovinu) kdekoli v našem těle, jako je mozek, mozek, krev a tekutina a tkáně. Tato infekční buňka se nazývá kolektivně biomarker.[27] Podle Světové zdravotnické organizace (WHO) a ve spolupráci s Organizací spojených národů a Mezinárodní organizací práce přesvědčivě definovaly Biomarker jako „jakoukoli látku, strukturu nebo proces, který lze měřit v těle nebo jeho produktech a ovlivnit nebo předpovědět výskyt výsledku nebo nemoc “. Biomarker musí být kvantifikovatelný až do určité úrovně v biologickém procesu v blahobytu.[27]
Jedním konkrétním příkladem biomarkeru je cholesterol v krvi, který je u nás běžně znám spolehlivým pro koronární onemocnění srdce; dalším biomarkerem je PSA (prostatický specifický antigen) a přispívá k rakovině prostaty.[27] Existuje mnoho biomarkerů, které se považují za rakovinu: ribonukleová kyselina viru hepatitidy C (HCV-RNA), mezinárodní normalizovaný poměr (INR), protrombinový čas (PT), monoklonální protein (M protein), rakovinový antigen-125 (CA- 125), virus lidské imunodeficience - ribonukleová kyselina (HIV RNA), natriuretický peptid typu B (BNP).27a buňka lymfomu (buněčné linie Ramos a Jurkat buněčné linie) forma rakoviny.[28]
Dalšími běžnými biomarkery jsou rakovina prsu, rakovina vaječníků, kolorektální rakovina, rakovina plic a nádor na mozku.[29]
Tento verdikt vyvolávající chorobu je biomarker, existuje extrémně stopové množství, zejména počáteční stav onemocnění. Proto je identifikace nebo získávání obrázků biomarkerů obtížná a za několika okolností nejistá technologií NMR. Proto musíme použít kontrastní látku k vylepšení obrázků alespoň k vizualizaci úrovně pro lékaře. Protože molekuly biomarkeru jsou méně hojné in vivo Systém. Experiment NMR nebo MRI poskytuje velmi malý signál, i když v některých případech může analyzátor chybět špičku signálu v datech kvůli nedostatku biomarkerů. Proto, abychom se ujistili, že k dosažení skutečného závěru o existenci biomarkerů způsobujících potíže, musíme vylepšit sondu (kontrastní mechanismy), abychom získali jasný vrchol na nejviditelnější úrovni výšky vrcholu a také polohu vrchol v datech. Pokud je možné shromáždit přijatelná a jasně interpretovatelná data z NMR nebo MRI experimentu pomocí kontrastní látky, pak mohou odborníci učinit správný počáteční krok k uzdravení pacientů, kteří již trpěli rakovinou.[27] Mezi různými technikami pro získání vylepšených dat v MRI experimentu je SEOP jednou z nich.
Vědci v SEOP mají zájem používat 129Xe.[Citace je zapotřebí ] Protože 129Xe má v NMR Tech řadu příznivých údajů. pro práci jako kontrastní látka dokonce iu jiných nových plynů:
- Inertní xenon nevykazuje chemickou reakci jako jiné kovy a nekovy, protože elektronická konfigurace xenonu je plně obsazena a také není radioaktivní.[Citace je zapotřebí ]
- Získání pevného, kapalného stavu z přirozeně se vyskytujícího plynného stavu je snadné (obrázek 8). Pevný a kapalný stav 129Xe jsou experimentálně proveditelné teplotní a tlakové rozsahy.[Citace je zapotřebí ]
- Xenon má vysoce polarizovatelný elektronový mrak obklopený jádrem. Proto je snadno náchylný k rozpustnosti zejména v lipidech nebo organických sloučeninách in vivo prostředí z biologického hlediska.[Citace je zapotřebí ] (tabulka 2)
- Xenon při interakci s jinými molekulami nemění strukturně ani chemicky (podobně jako jiné vzácné plyny).
- Podle vědce Ostwalda je rozpustnost definována jako rozdělovací koeficient absorbovaného plynu k objemu absorbující kapaliny. Rozpustnost xenonu, SXe (g) = V absorbované množství Xe (g) /PROTI absorbující kapalina při standardní teplotě a tlaku (STP).
Rozpustnost xenonu ve vodném médiu 11% znamená při 25 ° C 11 ml xenonového plynu mohlo být absorbováno 100 ml vody.
Název sloučeniny rozpouštědla | Teplota (° C) | Ostwaldova rozpustnost v (v / v)% |
---|---|---|
Voda | 25 | 0.11 |
Hexan | 25 | 4.8 |
Benzen | 25 | 3.1 |
Fluorobenzen | 25 | 3.3 |
Sulfid uhličitý | 25 | 4.2 |
Voda | 37 | 0.08 |
Solný | 37 | 0.09 |
Plazma | 37 | 0.10 |
Erytrocyty (98%) | 37 | 0.20 |
Lidský albumin (100% extrapolován) | 37 | 0.15 |
Krev | 37 | 0.14 |
Olej | 37 | 1.90 |
Tuková tkáň | 37 | 1.30 |
DMSO | 37 | 0.66 |
Intralipid (20%) | 37 | 0.40 |
PFOB (perflubron) | 37 | 1.20 |
PFOB (odhadovaný 90% w / v) | 37 | 0.62 |
- Atomová velikost xenonu je velká a elektrony vnějšího pláště jsou daleko od jader, vnější elektron je vysoce náchylný k polarizaci, zejména lipidovému prostředí. Tabulka 2 ukazuje rozpustnost xenonu ve vodném médiu při 37 ° C je 8%, ale v tukové tkáni in vivo prostředí je hodnota rozpustnosti 130%. Rozpustnost vede k použití xenonu v biologickém systému jako kontrastní látky.[Citace je zapotřebí ]
- Rozpouštědlový účinek xenonu je velmi velký pro 129Xenon podle rozpustnosti (tabulka 2).[Citace je zapotřebí ] Rozsah hodnot chemického posunu pro xenon je více než 7500 ppm. Účinek rozpouštědla je však pro 1H & 13C (aktivní jádra MRI) z důvodu rozsahu hodnot nízkého chemického posunu pro 1H je 20 ppm a pro 13C je 300 ppm.[Citace je zapotřebí ] Proto pomocí 129Výhodné je Xe.
Obrázek 9 níže, V experimentálních datech NMR existují různé hodnoty chemického posunu pro různé tkáně v in vivo životní prostředí. Všechny vrcholy jsou umístěny v tak velkém rozsahu hodnot chemického posunu pro 129Xe je životaschopný. Protože 129Xe má v datech NMR dlouhý rozsah hodnot chemického posunu až 1700 ppm.[Citace je zapotřebí ] Mezi další důležité spektrální informace patří:
Obrázek 9. Data NMR pro biosenzor Xe-129 v in vivo biologický systém.[Citace je zapotřebí ]
- Přirozeně 129Pík Xe NMR byl počítán jako reference při 0,0ppm.[Citace je zapotřebí ]
- Když 129Xe se začlenil a navázal se na molekulu Cryptophane-A, poté se hodnota chemického posunu při získávání NMR posunula na přibližně 70 ppm.[Citace je zapotřebí ]
- Pokud je hyperpolarizovaný 129Plyn Xe se rozpustí v mozku, pak pět NMR spektrální vrcholy lze pozorovat.[30]
- Mezi nimi nejvyšší ostrý vrchol při 194,7 ppm. Navíc při 189 ppm vychází vrchol z ne-mozkových tkání.[Citace je zapotřebí ]
- Další dva vrcholy jsou stále neznámé při 191,6 ppm a 197,8 ppm. Při 209,5 ppm byl v datech NMR nalezen menší, ale široký vrchol 129Xe byl rozpuštěn v krevním řečišti.[Citace je zapotřebí ]
- Hyperpolarizovaný 129Xe je velmi citlivý detektor biomarkerů (forma rakoviny v živém systému).[Citace je zapotřebí ]
- Jaderná spinová polarizace 129Xe nebo obecně pro vzácné plyny můžeme pomocí techniky SEOP zvýšit až pětkrát.[3]
- Pomocí techniky hyperpolarizace SEOP můžeme získat obrazy absorpce xenonu v lidské mozkové tkáni.[31]
(Obrázek-10)129Xe(G) ukazuje uspokojivé zvýšení polarizace během SEOP ve srovnání s tepelným zvýšením polarizace. To je demonstrováno hodnotami experimentálních dat, když jsou NMR spektra získávána při různých silách magnetického pole.[22] Několik důležitých bodů z experimentálních dat jsou:
- The 129Polarizace Xe se v technologii SEOP zvýšila přibližně 144 000krát. přes tepelně vylepšeno pro 1H polarizace v NMR experimentu. Oba experimenty, které to ukázaly, byly provedeny za stejných podmínek a za použití stejné rádiové frekvence během NMR experimentu.[22]
- Podobná hodnota 140 000násobného vylepšení signálu pro 129Hyperpolarizace Xe v SEOP ve srovnání s referenční tepelně vylepšenou 13Signál C NMR je také vidět v experimentálních datech NMR. Obě data byla shromážděna při identické Larmorově frekvenci a dalších experimentálních podmínkách a stejné rádiové frekvenci během sběru dat NMR.[22]
(Obrázek 11) Podélná doba relaxace rotace (T1) je velmi citlivý s nárůstem magnetického pole, a proto je zvýšení NMR signálů patrné v SEOP v případě 129Xe.[22] Jako T1 je vyšší pro úpravu modrého značení NMR experiment ukazuje více vylepšený vrchol ve srovnání s ostatními.[22] Pro hyperpolarizované 129Xe v taškách tedlar, T1 je 38 ± 12 minut, když jsou data shromážděna v přítomnosti magnetického pole 1,5 mT. Avšak uspokojivý přírůstek v T1doba zpoždění (354 ± 24 minut), kdy byla data sbírána v přítomnosti magnetického pole 3000 mT.[22]
Využití Rb vs. Cs v SEOP NMR experimentech
Obecně můžeme použít buď 87Rb nebo 133Cs atomy alkalických kovů s inertním plynným dusíkem. Používáme však 133Cs atomy s dusíkem, aby se výměna spinu s 129Xe pro řadu výhod:
- 133Cs má přirozenou dokonalou hojnost, zatímco rubidium má dvě (85Rb a 87Rb) izotopy. Abstrakce jednoho izotopu odděleně od těchto dvou (85Rb a 87Rb) je obtížné srovnat 133CS izotop. Abstrakce 133CS je pohodlné.[Citace je zapotřebí ]
- Optická čerpací buňka je normálně provozována při nižší teplotě, aby se předešlo problémům s chemickým rozpadem. SEOP používá 133Cs při nízké teplotě, a proto má méně chemickou korozi se sklem buněčné stěny SEOP.[Citace je zapotřebí ]
- 133CS-129Xe pár má směnný kurz kolem 10%, což je více ve srovnání s 87Rb-129Xe pár má.[Citace je zapotřebí ]
Ačkoli 129Xe má spoustu preferovaných charakteristických aplikací v NMR technice, 83Kr lze také použít, protože má mnoho výhod v NMR technikách různými způsoby než 129Xe.
- 83Stabilní izotop Kr se otáčí I =9/2 a má větší stěny Vander o velikosti 2,02A0 .[32] Má kvadrupolární účinek, který lze krátkodobě a výrazně rozptýlit do blízkého prostředí (polární až nepolární média in vivo Systém).[33]
- Chemické složení materiálů může ovlivnit podélnou relaxaci hyperpolarizovaných 83Kr.[33]
- Relaxace může rozlišovat mezi hydrofobním a hydrofilním substrátem. Ačkoli 3On a 129Xe mají polovinu rotace, ale nejsou kvadrupolární aktivní.[33]
- Nicméně 21Ne (I = 3/2), 83Kr (I = 9/2) a 131Xe (I = 3/2) mít kvadrupolární moment.34 Kvadrupolární interakce způsobují, že tyto izotopy mají spinovou relaxaci.[33]
- Kvůli této spinové relaxaci a evoluci mohou být tyto izotopy použity jako kontrastní látky, které říkají, že sonda může určit strukturní rys a chemické složení povrchů pro propustné médium.[33]
- SEOP může vypočítat relaxaci rotace T1 pomocí rovnice nelineární metoda nejmenších čtverců pro 83Kr signál jako funkce času a experimentálního počtu úhlu otočení média (~ 12 °) pro NMR experimentující vysokofrekvenční pulsy.[33]
- Hyperpolarizovaný 83Kr je oddělován od 87Rb gases after spin exchanging in the optical pumping process and then used in variety of in vivo system to get MRI signal. This is the first isotope showed lots of applicability for MRI technique even though has the spin is 9½.[33]
- During experiment of canine lung tissue, the using magnet was 9.4 T, media was porous and similar porosity to alveolar dimensions which is disseminated at atmospheric pressure. Spin lattice relaxation was reasonably long enough so it is applicable in vivo system although the oxygen level could be 20%.[33]
- Tak jako 83Kr contrasting agent is promising to develop pristine in vivo MRI methodology to identify the lung diseases epically those effect have been caused in parenchyma surface due to the surfactant concentration.[33]
- Boyed the boundary this particular contrasting agent can work to figure out the size of pour of porous media in materials science.[33]
- In addition, this technique can take us about to prepare the surface coating, spatial fluctuations of surfaces. Eventually, never ending the good sign of this contrasting agent like natural abundance (11.5% of 83Kr) makes it easy to get with reasonable price $5/L.[33]
Imaging Applications of SEOP
Steps are also being taken in academia and industry to use this hyperpolarized gas for lung imaging. Once the gas (129Xe) is hyperpolarized through the SEOP process and the alkali metal is removed, a patient (either healthy or suffering from a lung disease), can breathe in the gas and an MRI can be taken.[34] This results in an image of the spaces in the lungs filled with the gas. While the process to get to the point of imaging the patient may require knowledge from scientists very familiar with this technique and the equipment, steps are being taken to eliminate the need for this knowledge so that a hospital technician would be able to produce the hyperpolarized gas using a polarizer.[22][23] Some of the polarizers are under development, some are in clinical trials, while others are already implemented into hospitals and universities.
Temperature-ramped 129Xe SEOP in an automated high-output batch model hyperpolarized 129Xe can utilize three prime temperature range to put certain conditions: First, 129Xe hyperpolarization rate is superlative high at hot condition. Second, in warm condition the hyperpolarization of 129Xe is unity. Third, at cold condition, the level of hyperpolarization of 129Xe gas at least can get the (at human body’s temperature) imaging although during the transferring into the Tedlar bag having poor percentage of 87Rb (less than 5 ng/L dose).[35]
Multiparameter analysis of 87Rb /129Xe SEOP at high xenon pressure and photon flux could be used as 3D-printing and stopped flow contrasting agent in clinical scale.[36] v situ technique, the NMR machine was run for tracking the dynamics of 129Xe polarization as a function of SEOP-cell conditioning with different operating parameters such as data collecting temperature, photon flux, and 129Xe partial pressure to enhance the 129Xe polarization (PXe).[36]
PXe | 95±9% | 73±4% | 60±2% | 41±1% | 31±1% |
Partial pressure of Xe (torr) | 275 | 515 | 1000 | 1500 | 2000 |
All of those polarization values of 129Xe has been approved by pushing the hyperpolarized 129Xe gas and all MRI experiment also done at lower magnetic field 47.5 mT.[36] Finally demonstrations indicated that such a high pressure region, polarization of 129Xe gases could be increment even more that the limit that already has been shown. Better SEOP thermal management and optimizing the polarizing kinetics has been further improved with good efficacy.[36]
SEOP on Solids
Not only can SEOP be used to hyperpolarize noble gases, but a more recent development is SEOP on solids. It was first performed in 2007[21] and was used to polarize nuclei in a solid, allowing for nuclei that cannot be polarized by other methods to become hyperpolarized.[21] For example, nuclear polarization of 133Cs in the form of a solid film of CsH can be increased above the Boltzmann limit.[21] This is done by first optically pumping cesium vapor, then transferring the spin polarization to CsH salt, yielding an enhancement of 4.0.[21]
The cells are made as previously described using distillation, then filled with hydrogen gas and heated to allow for the Cs metal to react with the gaseous hydrogen to form the CsH salt.[21] Unreacted hydrogen was removed, and the process was repeated several times to increase the thickness of the CsH film, then pressurized with nitrogen gas.[21] Usually, SEOP experiments are done with the cell centered in Helmholtz or electromagnetic coils, as previously described, but these experiments were done in a superconducting 9.4 T magnet by shining the laser through the magnet and electrically heating the cell.[21] In the future, it may be possible to use this technique to transfer polarization to 6Li or 7Li, leading to even more applications since the T1 is expected to be longer.[21]Since the discovery of this technique that allows solids to be characterized, it has been improved in such a way where polarized light is not necessary to polarize the solid; instead, unpolarized light in a magnetic field can be used.[37] In this method, glass wool is coated with CsH salt, increasing the surface area of the CsH and therefore increasing the chances of spin transfer, yielding 80-fold enhancements at low field (0.56 T).[37] Like in hyperpolarizing CsH film, the cesium metal in this glass wool method was allowed to react with hydrogen gas, but in this case the CsH formed on the glass fibers instead of the glass cell.[37]
Metastability exchange optical pumping
3He can also be hyperpolarized using metastability exchange optical pumping (MEOP).[38] This process is able to polarize 3He nuclei in the ground state with optically pumped 3He nuclei in the metastable state. MEOP only involves 3He nuclei at room temperature and at low pressure (≈a few mbars). The process of MEOP is very efficient (high polarization rate), however, compression of the gas up to atmospheric pressure is needed.
Dynamic nuclear polarization
Sloučeniny obsahující NMR -sensitive nuclei, such as 1H, 13C nebo 15N, can be hyperpolarized using Dynamic nuclear polarization (DNP). DNP is typically performed at low temperature (≈100 K) and high magnetic field (≈3 T). The compound is subsequently thawed and dissolved to yield a room temperature solution containing hyperpolarized nuclei.[39] This liquid can be used in in vivo metabolic imaging[40] for oncology[41] a další aplikace. The 13C polarization levels in solid compounds can reach up to ≈64% and the losses during dissolution and transfer of the sample for NMR measurements can be minimized to a few percent.[42] Sloučeniny obsahující NMR -active nuclei can also be hyperpolarized using chemical reactions with para-hydrogen, see Para-Hydrogen Induced Polarization (PHIP).
Parahydrogen induced polarization
Molecular hydrogen, H2, contains two different spin isomers, para-hydrogen and ortho-hydrogen, with a ratio of 25:75 at room temperature. Creating para-hydrogen induced polarization (PHIP)[43] means that this ratio is increased, in other words that para-hydrogen is enriched. This can be accomplished by cooling hydrogen gas and then inducing ortho-to-para conversion via an iron-oxide or charcoal catalyst. When performing this procedure at ~70 K (i.e. with liquid nitrogen), para-hydrogen is enriched from 25% to ca. 50%. When cooling to below 20 K and then inducing the ortho-to-para conversion, close to 100% parahydrogen can be obtained.[Citace je zapotřebí ]
For practical applications, the PHIP is most commonly transferred to organic molecules by reacting the hyperpolarized hydrogen with precursor molecules in the presence of a transition metal catalyst. Proton NMR signals with ca. 10,000-fold increased intensity[44] can be obtained compared to NMR signals of the same organic molecule without PHIP and thus only "thermal" polarization at room temperature.
Signal amplification by reversible exchange (SABRE)
Signal amplification by reversible exchange (SABRE) is a technique to hyperpolarize samples without chemically modifying them. Compared to orthohydrogen or organic molecules, a much greater fraction of the hydrogen nuclei in parahydrogen align with an applied magnetic field. In SABRE, a metal center reversibly binds to both the test molecule and a parahydrogen molecule facilitating the target molecule to pick up the polarization of the parahydrogen.[45] This technique can be improved and utilized for a wide range of organic molecules by using an intermediate "relay" molecule like ammonia. The ammonia efficiently binds to the metal center and picks up the polarization from the parahydrogen. The ammonia then transfers it other molecules that don't bind as well to the metal catalyst.[46] This enhanced NMR signal allows the rapid analysis of very small amounts of material.
Viz také
Reference
- ^ Leawoods, Jason C.; Yablonskiy, Dmitriy A.; Saam, Brian; Gierada, David S.; Conradi, Mark S. (2001). "Hyperpolarized 3He Gas Production and MR Imaging of the Lung". Concepts in Magnetic Resonance. 13 (5): 277–293. CiteSeerX 10.1.1.492.8128. doi:10.1002/cmr.1014.
- ^ Altes, Talissa; Salerno, Michael (2004). "Hyperpolarized Gas Imaging of the Lung". J Thorac Imaging. 19 (4): 250–258. doi:10.1097/01.rti.0000142837.52729.38. PMID 15502612.
- ^ A b C d E F G h i j k l m Walker, Thad G.; Happer, William (1997-04-01). "Spin-exchange optical pumping of noble-gas nuclei". Recenze moderní fyziky. 69 (2): 629–642. Bibcode:1997RvMP...69..629W. doi:10.1103/revmodphys.69.629. ISSN 0034-6861.
- ^ A b C d E F Nikolaou, Panayiotis; Goodson, Boyd M.; Chekmenev, Eduard Y. (2015-02-06). "Inside Cover: NMR Hyperpolarization Techniques for Biomedicine (Chem. Eur. J. 8/2015)". Chemistry - A European Journal. 21 (8): 3134. doi:10.1002/chem.201590031. ISSN 0947-6539.
- ^ A b Chupp, T. E.; Coulter, K. P. (1985-09-02). "Polarization ofNe21by Spin Exchange with Optically Pumped Rb Vapor". Dopisy o fyzické kontrole. 55 (10): 1074–1077. doi:10.1103/physrevlett.55.1074. ISSN 0031-9007. PMID 10031721.
- ^ Steck, D. A., Sodium D Line Data. Oregon Center for Optics and Department of Physics, University of Oregon, 2000.
- ^ A b C Steck, D. A., Rubidium 85 D Line Data. Oregon Center for Optics and Department of Physics, University of Oregon, 2013.
- ^ Steck, D. A., Cesium D Line Data. Oregon Center for Optics and Department of Physics, University of Oregon, 2010.
- ^ F. William Hersman; et al. (2008). "Large Production System for Hyperpolarized 129Xe for Human Lung Imaging Studies". Acad. Radiol. 15 (6): 683–692. doi:10.1016/j.acra.2007.09.020. PMC 2475596. PMID 18486005.
- ^ ZEEMAN, P. (1897). "The Effect of Magnetisation on the Nature of Light Emitted by a Substance". Příroda. 55 (1424): 347. Bibcode:1897Natur..55..347Z. doi:10.1038/055347a0. ISSN 0028-0836.
- ^ Steck, D. A., Rubidium 87 D Line Data. Oregon Center for Optics and Department of Physics, University of Oregon, 2015.
- ^ Levitt, M. H., Spin Dynamics. John Wiley & Sons, Ltd.: 2003.
- ^ Dreiling, J. M.; Norrgard, E. B.; Tupa, D.; Gay, T. J. (2012-11-26). "Transverse measurements of polarization in optically pumped Rb vapor cells". Fyzický přehled A. 86 (5): 053416. Bibcode:2012PhRvA..86e3416D. doi:10.1103/physreva.86.053416. ISSN 1050-2947.
- ^ A b C d Anger, B. C.; Schrank, G.; Schoeck, A.; Butler, K. A.; Solum, M. S.; Pugmire, R. J.; Saam, B. (2008-10-08). "Gas-phase spin relaxation ofXe129". Fyzický přehled A. 78 (4): 043406. Bibcode:2008PhRvA..78d3406A. doi:10.1103/physreva.78.043406. ISSN 1050-2947.
- ^ A b Chann, B.; Nelson, I. A.; Anderson, L. W.; Driehuys, B.; Walker, T. G. (2002-02-28). "129Xe−Xe Molecular Spin Relaxation". Dopisy o fyzické kontrole. 88 (11): 113201. Bibcode:2002PhRvL..88k3201C. doi:10.1103/physrevlett.88.113201. ISSN 0031-9007. PMID 11909399.
- ^ Whiting, Nicholas; Eschmann, Neil A.; Goodson, Boyd M.; Barlow, Michael J. (2011-05-26). "Xe129-Cs (D1,D2) versusXe129-Rb (D1) spin-exchange optical pumping at high xenon densities using high-power laser diode arrays". Fyzický přehled A. 83 (5): 053428. Bibcode:2011PhRvA..83e3428W. doi:10.1103/physreva.83.053428. ISSN 1050-2947.
- ^ A b Burant, A. Characterizing Hyperpolarized 129Xe Depolarization Mechanisms during Continuous-Flow Spin Exchange Optical Pumping and as a Source of Image Contrast. University of North Carolina, Chapel Hill, 2018.
- ^ A b Hughes-Riley, Theodore; Six, Joseph S.; Lilburn, David M.L.; Stupic, Karl F.; Dorkes, Alan C.; Shaw, Dominick E.; Pavlovskaya, Galina E.; Meersmann, Thomas (2013). "Cryogenics free production of hyperpolarized 129Xe and 83Kr for biomedical MRI applications". Journal of Magnetic Resonance. 237: 23–33. Bibcode:2013JMagR.237...23H. doi:10.1016/j.jmr.2013.09.008. ISSN 1090-7807. PMC 3863958. PMID 24135800.
- ^ A b C d Breeze, Steven R.; Lang, Stephen; Moudrakovski, Igor; Ratcliffe, Chris I.; Ripmeester, John A.; Santyr, Giles; Simard, Benoit; Zuger, Irene (2000). "Coatings for optical pumping cells and short-term storage of hyperpolarized xenon". Journal of Applied Physics. 87 (11): 8013–8017. Bibcode:2000JAP....87.8013B. doi:10.1063/1.373489. ISSN 0021-8979.
- ^ Sharma, M.; Babcock, E.; Andersen, K. H.; Barrón-Palos, L.; Becker, M .; Boag, S.; Chen, W. C.; Chupp, T. E.; Danagoulian, A. (2008-08-20). "Neutron Beam Effects on Spin-Exchange-PolarizedHe3". Dopisy o fyzické kontrole. 101 (8): 083002. arXiv:0802.3169. doi:10.1103/physrevlett.101.083002. ISSN 0031-9007. PMID 18764610.
- ^ A b C d E F G h i j Ishikawa, K.; Patton, B.; Jau, Y. -Y.; Happer, W. (2007-05-04). "Spin Transfer from an Optically Pumped Alkali Vapor to a Solid". Dopisy o fyzické kontrole. 98 (18): 183004. Bibcode:2007PhRvL..98r3004I. doi:10.1103/physrevlett.98.183004. ISSN 0031-9007. PMID 17501572.
- ^ A b C d E F G h i Nikolaou, P.; Coffey, A. M.; Walkup, L. L.; Gust, B. M.; Whiting, N.; Newton, H.; Barcus, S.; Muradyan, I.; Dabaghyan, M. (2013-08-14). "Near-unity nuclear polarization with an open-source 129Xe hyperpolarizer for NMR and MRI". Sborník Národní akademie věd. 110 (35): 14150–14155. Bibcode:2013PNAS..11014150N. doi:10.1073/pnas.1306586110. ISSN 0027-8424. PMC 3761567. PMID 23946420.
- ^ A b Nikolaou, Panayiotis; Coffey, Aaron M.; Walkup, Laura L.; Gust, Brogan M.; LaPierre, Cristen D.; Koehnemann, Edward; Barlow, Michael J.; Rosen, Matthew S.; Goodson, Boyd M. (2014-01-21). "A 3D-Printed High Power Nuclear Spin Polarizer". Journal of the American Chemical Society. 136 (4): 1636–1642. doi:10.1021/ja412093d. ISSN 0002-7863. PMC 4287367. PMID 24400919.
- ^ A b Ghosh, Rajat K.; Romalis, Michael V. (2010-04-26). "Measurement of spin-exchange and relaxation parameters for polarizingNe21with K and Rb". Fyzický přehled A. 81 (4): 043415. Bibcode:2010PhRvA..81d3415G. doi:10.1103/physreva.81.043415. ISSN 1050-2947.
- ^ Garg, A., Classical Electromagnetism in a Nutshell. Princeton University Press: 2012.
- ^ Chen, W. C.; Gentile, T. R.; Ye, Q .; Walker, T. G.; Babcock, E. (2014-07-07). "On the limits of spin-exchange optical pumping of 3He". Journal of Applied Physics. 116 (1): 014903. Bibcode:2014JAP...116a4903C. doi:10.1063/1.4886583. ISSN 0021-8979.
- ^ A b C d Kyle, S .; A, T. J., What is Biomarkers. US National Library of Medicine National Institutes of Health 2011, 1.
- ^ Jeong, Keunhong; Netirojjanakul, Chawita; Munch, Henrik K.; Sun, Jinny; Finbloom, Joel A.; Wemmer, David E.; Pines, Alexander; Francis, Matthew B. (2016). "Targeted Molecular Imaging of Cancer Cells Using MS2-Based 129Xe NMR". Chemie biokonjugátu. 27 (8): 1796–1801. doi:10.1021/acs.bioconjchem.6b00275. ISSN 1043-1802. PMID 27454679.
- ^ Chatterjee, Sabarni K; Zetter, Bruce R (2005). "Cancer biomarkers: knowing the present and predicting the future". Budoucí onkologie. 1 (1): 37–50. doi:10.1517/14796694.1.1.37. ISSN 1479-6694. PMID 16555974.
- ^ Rao, Madhwesha; Stewart, Neil J.; Norquay, Graham; Griffiths, Paul D.; Wild, Jim M. (2016). "High resolution spectroscopy and chemical shift imaging of hyperpolarized 129Xe dissolved in the human brain in vivo at 1.5 tesla". Magnetická rezonance v medicíně. 75 (6): 2227–2234. doi:10.1002/mrm.26241. ISSN 1522-2594. PMC 4950000. PMID 27080441.
- ^ Rao, Madhwesha R.; Stewart, Neil J.; Griffiths, Paul D.; Norquay, Graham; Wild, Jim M. (2017-08-31). "Imaging Human Brain Perfusion with Inhaled Hyperpolarized 129Xe MR Imaging". Radiologie. 286 (2): 659–665. doi:10.1148/radiol.2017162881. ISSN 0033-8419.
- ^ "Van der Waals radius", Wikipedia, 2019-03-31, vyvoláno 2019-05-13
- ^ A b C d E F G h i j k Pavlovskaya, G. E.; Cleveland, Z. I.; Stupic, K. F.; Basaraba, R. J.; Meersmann, T. (2005-12-12). "Hyperpolarized krypton-83 as a contrast agent for magnetic resonance imaging". Sborník Národní akademie věd. 102 (51): 18275–18279. Bibcode:2005PNAS..10218275P. doi:10.1073/pnas.0509419102. ISSN 0027-8424. PMC 1317982. PMID 16344474.
- ^ Barskiy, Danila A.; Coffey, Aaron M.; Nikolaou, Panayiotis; Mikhaylov, Dmitry M.; Goodson, Boyd M.; Branca, Rosa T.; Lu, George J.; Shapiro, Michail G .; Telkki, Ville-Veikko (2016-12-05). "NMR Hyperpolarization Techniques of Gases". Chemistry - A European Journal. 23 (4): 725–751. doi:10.1002/chem.201603884. ISSN 0947-6539. PMC 5462469. PMID 27711999.
- ^ Nikolaou, Panayiotis; Coffey, Aaron M.; Barlow, Michael J.; Rosen, Matthew S.; Goodson, Boyd M.; Chekmenev, Eduard Y. (2014-07-10). "Temperature-Ramped 129Xe Spin-Exchange Optical Pumping". Analytická chemie. 86 (16): 8206–8212. doi:10.1021/ac501537w. ISSN 0003-2700. PMC 4139178. PMID 25008290.
- ^ A b C d E Nikolaou, Panayiotis; Coffey, Aaron M.; Ranta, Kaili; Walkup, Laura L.; Gust, Brogan M.; Barlow, Michael J.; Rosen, Matthew S.; Goodson, Boyd M.; Chekmenev, Eduard Y. (2014-04-25). "Multidimensional Mapping of Spin-Exchange Optical Pumping in Clinical-Scale Batch-Mode 129Xe Hyperpolarizers". The Journal of Physical Chemistry B. 118 (18): 4809–4816. doi:10.1021/jp501493k. ISSN 1520-6106. PMC 4055050. PMID 24731261.
- ^ A b C Ishikawa, Kiyoshi (2011-07-07). "Glass-wool study of laser-induced spin currents en route to hyperpolarized Cs salt". Fyzický přehled A. 84 (1): 013403. Bibcode:2011PhRvA..84a3403I. doi:10.1103/physreva.84.013403. ISSN 1050-2947.
- ^ Katarzyna Suchanek; et al. (2005). "Hyperpolarized Gas Imaging of the Lung". Optica Applicata. 35: 263–276.
- ^ Jan H. Ardenkjær-Larsen; Björn Fridlund; Andreas Gram; Georg Hansson; Lennart Hansson; Mathilde H. Lerche; Rolf Servin; Mikkel Thaning; Klaes Golman (2003). "Increase in signal-to-noise ratio of > 10,000 times in liquid-state NMR". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100 (18): 10158–10163. Bibcode:2003PNAS..10010158A. doi:10.1073/pnas.1733835100. PMC 193532. PMID 12930897.
- ^ Klaes Golman; Jan H. Ardenkjær-Larsen; J. Stefan Petersson; Sven Månsson; Ib Leunbach (2003). "Molecular imaging with endogenous substances". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 100 (18): 10435–10439. Bibcode:2003PNAS..10010435G. doi:10.1073/pnas.1733836100. PMC 193579. PMID 12930896.
- ^ Day SE, Kettunen MI, Gallagher FA, Hu DE, Lerche M, Wolber J, Golman K, Ardenkjaer-Larsen JH, Brindle KM (2007). "Detecting tumor response to treatment using hyperpolarized 13C magnetic resonance imaging and spectroscopy". Nat. Med. 13 (11): 1382–1387. doi:10.1038/nm1650. PMID 17965722.
- ^ Haukur Jóhannesson; Sven Macholl; Jan H. Ardenkjær-Larsen (2009). "Dynamic Nuclear Polarization of [1-13C]pyruvic acid at 4.6 tesla". J. Magn. Reson. 197 (2): 167–175. Bibcode:2009JMagR.197..167J. doi:10.1016/j.jmr.2008.12.016. PMID 19162518.
- ^ Natterer, Johannes; Bargon, Joachim (1997). "Parahydrogen induced polarization". Pokrok ve spektroskopii nukleární magnetické rezonance. 31 (4): 293–315. doi:10.1016/s0079-6565(97)00007-1.
- ^ Duckett, S. B.; Mewis, R. E. (2012). "Application of Parahydrogen Induced Polarization Techniques in NMR Spectroscopy and Imaging". Acc. Chem. Res. 45 (8): 1247–57. doi:10.1021/ar2003094. PMID 22452702.
- ^ Eshuis, Nan; Aspers, Ruud L.E.G.; van Weerdenburg, Bram J.A.; Feiters, Martin C.; Rutjes, Floris P.J.T.; Wijmenga, Sybren S.; Tessari, Marco (2016). "Determination of long-range scalar 1 H– 1 H coupling constants responsible for polarization transfer in SABRE". Journal of Magnetic Resonance. 265: 59–66. Bibcode:2016JMagR.265...59E. doi:10.1016/j.jmr.2016.01.012. ISSN 1090-7807. PMID 26859865.
- ^ Iali, Wissam; Rayner, Peter J.; Duckett, Simon B. (2018). "Using para hydrogen to hyperpolarize amines, amides, carboxylic acids, alcohols, phosphates, and carbonates". Vědecké zálohy. 4 (1): eaao6250. Bibcode:2018SciA....4O6250I. doi:10.1126/sciadv.aao6250. ISSN 2375-2548. PMC 5756661. PMID 29326984.