[发明专利]多孔基质中的核自旋超极化

说明书

一种增强目标分子(10)的核自旋极化的方法，其使用与目标分子(10)共限域于多孔分子基质(20)中的超极化的源材料(12)。所述基质(20)可为具有适当直径的凹槽的D4R‑聚硅氧烷共聚物，例如polyoligosiloxysilicone 2号(PSS‑2)。将源材料(12)(如仲氢)与目标分子(10)一起转移至基质(20)，施用外部压力以迫使它们进入基质(20)的凹槽。将源材料(12)和目标分子(10)一起进行纳米限域，使自旋极化从源材料(12)到目标分子(10)的转移得以实现或增强。当从基质(20)移出目标分子(10)时，增强的自旋极化大大增强了目标分子(10)在任意后续磁共振测量中的信号强度。

发明背景

技术领域

本发明概括地涉及样品材料的磁共振分析的领域，更具体而言，涉及使用磁共振测量技术分析样品的核自旋极化的领域。

背景技术

核磁共振(NMR)是这样一种现象，其中某些原子核与所施加的磁场成比例地变为磁极化的，因此将吸收并重新发射电磁辐射。它是某些测量技术(包括磁共振成像(MRI)和NMR光谱)的基础。测量NMR信号的一个难点是它们的信号强度相对较低，这需要强大的磁体，其通常使用在低温环境中需要进行极端冷却的超导电磁线圈。

易受NMR影响的核具有与它们的磁矩相关的固有核“自旋”，其自旋极化由外部磁场对齐。这些极化程度往往相对较低，例如，甚至在当前可实现的最高施加磁场值下，平行取向(alignment)相对于反平行取向仍有百万分之一比例的偏向。这导致NMR信号的信号强度相对较低。然而，过去已经使用了增加这种原子核的极化幅度的方法，该过程称为“超极化”。通常，原子核只能在特定环境下超极化，而且该过程通常仅限应用于特定的化合物或材料中特定的原子核。一个常见的实例是分子氢H₂的原子核。然而，已经证明了将超极化转移到感兴趣的分子的原子核的某些方法。其中，最熟知的是动态核极化(DNP)，其中电子的自旋极化被转移到目标原子核，但是此过程需要极低的温度(低至1开尔文)、微波辐射以及用含有一个或多个非成对电子的化合物掺杂样品。还已经证明了一种不同的超极化方法，称为仲氢诱导极化(PHIP)，其中氢分子的单重态仲氢(p-H₂)(其在室温下通常仅占氢分子的约25％)被富集至更高的百分比并被用于将自旋极化转移到其他分子。但是，这种p-H₂的富集也需要低温条件并且将氢分子的非仲部分(正氢，o-H₂)催化转化成p-H₂。此外，通过NMR或MRI来研究将p-H₂的氢核超极化转移到感兴趣分子是一个具有挑战性的过程，该过程可能会受到低浓度的p-H₂、与目的分子的混合较差和它们相互作用的化学特异性的影响。

发明内容

根据本发明，提供一种增强目标分子的核自旋极化的方法，该方法使用超极化的源材料和纳米多孔基质，例如纳米孔尺寸在任意给定方向上均小于约1微米的基质。将源材料和目标分子转移到多孔分子基质中(在某些情况下连同流体溶剂一起)，并且在外部压力下，它们被一起限域(confine)于基质的纳米级凹槽(recess)中持续预定的时间，然后从纳米多孔基质中移除目标分子。在纳米级限域(nanoconfinement)的这段时间内，超极化将会从源材料转移到目标分子，从而为它们提供了增强的自旋极化，这将极大地增加了目标分子在随后的磁共振测量期间的磁共振信号的幅度。