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基于高分辨率磁共振谱学技术在生物组织中的应用初探

赖伟楠  
【摘要】:核磁共振(Nuclear magnetic Resonance,NMR)波谱分析技术能够为分子结构解析、成分分析等提供准确的化学位移、J偶合常数以及谱峰积分面积等信息,是生物化学、材料科学以及生命科学研究领域一种不可或缺的分析工具。高分辨率的核磁共振谱学技术是科研工作者们孜孜不倦所探讨的课题之一。目前为止,高分辨率的核磁共振谱学技术主要有纯化学位移方法,分子间多量子相干(intermolecular multiple-quantum coherences,iMQCs)方法等。纯化学位移方法是近几年比较热门的课题,它消除了因J偶合而产生的谱峰裂分,只保留化学位移信息,减轻了谱图的拥挤程度从而提高了谱图的分辨率。自分子间多量子相干现象被发现以来,便在核磁共振领域引起广泛的关注,由于其独特的信号性质,在许多方面特别是在不均匀场下获取高分辨谱方面得到了广泛的应用。本论文主要探讨高分辨率磁共振谱学技术在生物组织中的应用,主要内容如下:一、首先对核磁共振发展历史进行了简要回顾;然后简述了纯化学位移技术的概念和发展进程,并详细介绍了几种常用的纯化学位移谱方法;其次对定域谱的概念、原理以及典型方法做了介绍;最后介绍了分子间多量子相干现象及其应用。二、我们提出了一种PSYCHE纯化学位移模块与空间定域模块相结合的纯化学位移一维定域谱方法,即PSYCHE-IDPRESS方法。我们将该方法应用于宽腔磁体中完整生物组织的检测,获得了一维纯化学位移定域谱。完整的猪脑离体组织实验和活体鼠脑实验证明了该方法能够从所选体素区域获得良好的谱图。与常规PRESS定域谱方法相比,PSYCHE-IDPRESS方法能够获得免于J偶合裂分影响的纯化学位移一维谱,在分辨率上获得一定提高,该方法是常规方法的有益补充,有望在活体生物定域研究中获得更多的应用。三、基于分子间双量子相干、折叠校正和三维采样技术的结合,我们提出了一种全新的高分辨二维J分解谱序列,该序列可用于因外界环境引起或者本征磁化率引入的不均匀磁场下获得高分辨二维J分解谱。溶液样品和脑模型样品的实验结果证实了该方法能够有效抵抗磁场不均匀并恢复出高分辨J分解谱谱信息。此外,该方法不需要特殊的硬件设备以及实验前样品预处理操作(如萃取等),能有效克服常规方法依赖样品萃取和魔角旋转的缺点,真正实现对待测样品的无损检测,可视为对常规二维J分解谱方法在不均匀磁场等不理想条件下样品检测的一种补充手段。


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