美因茨大学 用于超极化成像的模型，带有使用新技术获得的成像切片的图示
荣誉:南安普敦大学劳里纳斯·达吉斯 磁共振成像已经广泛用于医学诊断目的
超极化磁共振成像是一个较新的发展，其研究和应用潜力尚未充分开发
约翰尼斯·谷登堡大学美因茨分校(JGU)和亥姆霍兹研究所美因茨分校的研究人员现已揭示了一种观察体内代谢过程的新技术
他们的单线态对比核磁共振成像方法使用容易产生的氢来实时跟踪生化过程
他们的研究成果已在Angewandte Chemie国际版上发表，并被编辑选为“热门论文”，我
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，这是一个快速发展且意义重大的领域中的重要出版物
在过去的几十年里，使用核磁共振成像进行医学检查已经成为标准做法
它可用于研究人体软组织，如大脑、椎间盘，甚至肿瘤的形成
“例如，核磁共振成像可以向我们展示大脑的结构，但它们没有告诉我们体内发生的生物分子过程，部分原因是核磁共振成像的灵敏度低，”博士说
该研究的第一作者、JGU大学德米特里·布德克教授和他领导的工作组成员詹姆斯·艾尔斯
用氢原子代替碳或氮同位素 一种显著增强磁共振信号的方法是超极化
这在外部磁场的帮助下实现了产生信号的核自旋的显著对准
超极化增强磁共振成像已经被用于研究体内的生物分子过程；不幸的是，碳同位素碳-13或氮同位素氮-15的使用伴随着某些缺点
“因此，如果我们能够直接使用氢原子，将会有相当大的好处
氢气的灵敏度更高，含量更丰富，检测设备也很容易获得，”艾赛斯说
然而，氢的缺点是它的快速弛豫时间
这意味着超极化的原子很快恢复到它们的原始状态，以至于很难产生图像
医生
詹姆斯·艾尔斯和他的同事利用氢原子核的一种特殊量子态解决了这个问题，这种特殊量子态被称为单重态，来源于所谓的准氢
“这意味着我们能够克服超极化质子成像的缺点，特别是那些与短弛豫时间有关的缺点，”艾尔斯解释说
虽然氢通常有几秒钟的弛豫时间，但在单线态的情况下，这可能是几分钟
单线态也是非磁性的，因此无法观察到
只有当分子不再对称时才能观察到
当使用富马酸盐时，新陈代谢会引发超极化 在正在讨论的研究中，科学家们描述了他们使用富马酸盐进行单线对比核磁共振成像的技术，富马酸盐是一种作为代谢中间产物自然产生的生物分子
首先，富马酸盐是由前体分子和仲氢生成的
通过加入一个重水分子，超极化的富马酸盐被转化成苹果酸盐
这种转换消除了分子的对称性，使其具有磁性和可检测性
“然后我们可以使用相关的磁信号进行成像，”博士说
詹姆斯·艾尔斯指出
碳13标记的富马酸盐已经是一种在超极化成像中起重要作用的分子
这项工作为进行富马酸盐成像提供了可能性，具有观察氢而不是碳13的所有优点
此外，使用仲氢也是有益的，因为它容易生产:氢气在催化剂存在下简单冷却，然后除去
然后，生成的仲氢可以被加热，并在仲氢状态下保持稳定数月
“超极化磁共振成像正处于发展的早期阶段，我们的贡献是一个令人兴奋的新的磁共振成像变体，”艾尔斯总结道
有可能在不同的时间点记录超极化信号的图像，这使得能够实时跟踪代谢过程
达姆施塔特大学凝聚态物理化学小组负责人、该研究的相应作者格尔德·本特考夫斯基教授补充说:“氢激发极化与长寿命自旋态和酶促转化的结合，最终打开了一扇具有成本效益的富马酸盐和癌症代谢中类似肿瘤标志物的磁共振成像的大门。”
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