[发明专利]利用核自旋单态选择性检测目标物的方法

说明书

本发明公开了一种利用核自旋单态选择性检测目标物的方法，利用核自旋单态不受脉冲梯度场影响的特点，在制备所述目标物核自旋耦合体系的核自旋单态后，对所述目标物施加脉冲梯度场弥散除目标物核自旋单态以外的其他磁共振信号，并保持所述目标物核自旋单态信号，进而实现对所述目标物核磁信号的选择性检测。本发明所述的利用核自旋单态选择性检测目标物的方法，具有很好地精确度、灵敏度和选择性，能够消除其它物质信号的干扰，准确地从组成成分复杂的体系中检测得到所述目标物分子的信号，在生物学、医学、化学、化工等领域具有重要的应用价值。

技术领域

本发明属于磁共振检测领域，具体涉及利用核自旋单态选择性检测目标物的方法。

背景技术

磁共振成像(MRI)和波谱(MRS)的原理都是利用一定频率的射频信号去激发在外磁场作用下的核自旋，进而产生共振信号。现代MRI和MRS已发展成为一种非常强大的医学诊断手段，特别适应于脑组织、神经系统以及人体软组织等部位的诊断检测和科学研究。在MRI和MRS中的一个核心技术是脉冲序列。脉冲序列是指按特定目的设计的脉冲或脉冲组合。通过脉冲序列可以实现对待测物中的核自旋的操控，并产生预期的磁共振信号。收集待测物磁共振信号，并进行相应数据处理即可获得待测物的MRI和MRS。

传统MRI和MRS常常是对待测物中质子核自旋的观测。如果观测的对象为生物活体，信号来源主要是生物活体中的水分子。由于水分子在生物体不同部位和器官、正常组织和病灶中具有的不同含量，或者不同的分子弛豫性质。MRI的医疗诊断通常就是基于这些水分子性质差异而得以实现。与MRI不同，MRS技术是利用MRI技术选择待测生物体特定部位，然后对选定部位进行磁共振波谱检测。从原理上来说，MRS可以检测出生物体内包括水，脂肪，多种氨基酸，以及葡萄糖等生化分子。然而由于各种生化分子结构多样、生物体内环境复杂，MRS的信号通常非常复杂，不同生化分子的信号之间重叠严重。传统MRS技术常常无法实现对特定分子的选择性观测。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种利用核自旋单态选择性检测目标物的方法。核自旋单态是核自旋耦合体系的一种特殊自旋状态。该状态具有以下几个特点：1、核自旋单态可以通过合理设计的脉冲序列制备；2、制备核自旋单态的脉冲序列与分子的化学结构相关，不同的分子结构对应不同的核自旋单态制备脉冲序列；3、该自旋状态在脉冲梯度场作用下不发生自旋状态演化。

基于以上特点，本发明设计了一系列基于核自旋单态磁共振脉冲序列。这些脉冲序列的核心设计思想是利用核自旋单态不受脉冲梯度场影响的特点，在制备所述目标物核自旋耦合体系的核自旋单态后，对所述目标物施加脉冲梯度场弥散除目标物核自旋单态以外的其他磁共振信号，并保持所述目标物核自旋单态信号，进而实现对所述目标物核磁信号的选择性检测。本发明所述的方法，具有很好地精确度、灵敏度、重现性和选择性，能够消除其它物质信号的干扰，准确地从组成成分复杂的体系中检测得到所述目标物分子的信号，在生物学、医学、化学、化工等领域具有重要的应用价值，是一种新的独创技术。

利用核自旋单态的制备脉冲序列与分子的化学结构相对应的特点，核自旋单态的制备脉冲序列可以对特定目标分子的信号进行选择。目标分子通常为具有自旋耦合体系(核自旋数＝2)的各类化合物分子。通常情况下，具有多自旋耦合体系的化合物分子都可以被用于制备单重态及进行选择性观测。这种分子的化学结构要求是：具有至少一对相互耦合的同种类核自旋，核与核自旋之间具有一定的化学位移差，且其化学位移及耦合常数较稳定，不会随着外界环境(如温度，PH值等)的变化而变化。在本发明的实施过程中，通常需要根据目标物多自旋耦合体系的化学位移和J耦合设计所述核自旋单态制备脉冲。其中，核自旋单态制备脉冲的设计属于本领域的公知常识。通常来说，自旋耦合体系(核自旋数＝2)中各自旋的化学位移和自旋之间的J耦合是核自旋单态的制备脉冲序列的关键参数。根据自旋耦合体系性质不同，核自旋单态制备脉冲的设计需要进行相应的调整。弱自旋耦合体系(J.Am.Chem.Soc.126(2004),6228-6229)和强自旋耦合体系(Phys.Chem.Chem.Phys.,13(2011),5556-5560)通常具有不同的单态制备脉冲序列。