В первом их метод позволяет датчику, гиперполяризованному ксеноновому газу, быть расторгнутым в мелкие образцы веществ, не разрушая их молекулярный заказ.Техника приносит аналитическую власть гиперполяризованного газа NMR к материалам, которые слишком хрупки, чтобы принять ксеноновый газ посредством пузырения или сотрясения, которые являются обычными способами доставки. Это могло помочь ученым узнать больше о продвинутых полимерах, фильтрах и катализаторах для производственных процессов, и жидкокристаллических дисплеях, чтобы назвать несколько заявлений.
Исследование было выполнено в лаборатории пионера NMR Александра Пайнса, главного ученого способности с Подразделением Материаловедения Berkeley Lab и профессора Гленна Т. Сиборга УКА Беркли Химии. Эшли Труксэл и Слабый Клэнси, кто аспиранты УКА Беркли и члены Подразделения Материаловедения Berkeley Lab, провели исследование с несколькими другими учеными.
Их работа была издана онлайн 8 марта в журнале Angewandte Chemie.«Наше устройство обеспечивает новый, прочный способ ввести гиперполяризованный ксеноновый газ в образец, не тревожа заказ его молекул», говорят Сосны. «Это позволит нам использовать NMR, чтобы изучить новые типы вязких и хрупких материалов, а также материалов что иерархически совокупность в более сложные структуры, такие как синтетические мембраны и биологические клетки».Спектроскопия NMR, как ее магнитно-резонансная томография (MRI) кузена отображения, использует магниты со сверхпроводящей обмоткой, чтобы поляризовать выравнивание ядерных вращений в образце. Когда пульс радиочастоты применен, вращения ядер щелкают и затем возвращаются к выравниванию, которое производит характерную собственную частоту.
Частота преобразована датчиками NMR в спектральное считывание типа, распределение и состояние реакции молекул в материале.Часто, однако, только небольшой процент ядерных вращений в образце поляризован, который значительно ограничивает чувствительность NMR. Один способ повысить силу и чувствительность сигналов NMR состоит в том, чтобы гиперполяризовать ядерные вращения, означая, что ядра поляризованы далеко вне их тепловых условий равновесия. Ксенон изотопа 129 относительно легко гиперполяризовать и дает большой сигнал NMR в ответ на небольшие изменения в его среде.
Это пузырилось в материал, который ученые хотят проанализировать с NMR, и вращение ксеноновых ядер отчитывается, что внутри.Но у гиперполяризованного ксенонового газа есть одно большое ограничение: когда это пузырилось в вязкое решение или на молекулярном уровне выровняло материал, пузыри разрушают образец, иногда на грани разрушения его.Ученые Berkeley Lab теперь преодолели это ограничение. Их метод растворяет гиперполяризованный ксеноновый газ в хрупкие образцы, не нанося ущерб их молекулярному заказу.
Вот то, как это работает: образец, который будет изучен, помещен в полых силиконовых волокнах мембраны. Ксеноновый газ распространяется через колонки, и только ксенон в колонках проанализирован. Сигнал NMR приобретен, и ксеноновый газ распространяется из колонок, чтобы быть замененным новым газом.
«Наша система по существу вдыхает ксенон в и из колонок, таким образом, источник сигнала постоянно пополняет», говорит Труксэл. «В дополнение к тому, чтобы быть неразрушающим к образцу, подход требует очень небольшого количества образца, таким образом, анализ NMR очень эффективен».Ученые продемонстрировали свой неразрушающий подход к двум материалам, которые не могут быть исследованы гиперполяризованным ксеноновым газом использование обычных методов. В одном примере они использовали устройство, чтобы отследить фазовые переходы в MBBA, органическом жидком кристалле.
«Понимание точно, когда и почему жидкий кристалл подвергается фазовому переходу, может помочь нам использовать в своих интересах свойства, возможно приведя к лучшим электронным дисплеям, например», говорит Труксэл.Ученые также использовали устройство, чтобы проанализировать бактериофаг с жидкими прозрачными свойствами, указывая, что техника может быть применена к широкому спектру биологических материалов.
Исследование было поддержано Офисом Министерства энергетики Науки.