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    摘要成像是人類獲取信息的核心方式之一,人類約80%的信息來源于裸眼視覺的成像感知。因此,提升成像技術(shù)對于提高信息感知和處理能力至關(guān)重要。

      【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日,廈門大學化學化工學院高錦豪教授課題組在發(fā)展多通道19F核磁共振技術(shù)進行成像和信息編碼方面取得重要進展。相關(guān)成果以“Super-multiplexed imaging and coding in the range of radio frequency”為題,發(fā)表在Nature Communications。
     
      成像是人類獲取信息的核心方式之一,人類約80%的信息來源于裸眼視覺的成像感知。因此,提升成像技術(shù)對于提高信息感知和處理能力至關(guān)重要。其中,多通道成像因能同時采集多個獨立信號,能夠顯著提升信息獲取密度,在生物醫(yī)學成像、遙感探測等領(lǐng)域已得到廣泛應用。然而,受限于物理原理,許多現(xiàn)有成像技術(shù)的通道數(shù)仍較為有限。開發(fā)具有更高通道數(shù)的成像技術(shù),不僅能提升信息密度,還能在信息爆炸的時代提供更高效的數(shù)據(jù)獲取手段,具有重要的應用價值。
     
      磁共振成像(MRI)是一種依賴磁性原子核在射頻波段的發(fā)射信號來進行成像的技術(shù)。因其深層穿透能力,1H磁共振成像(1H MRI)已廣泛應用于生物醫(yī)學領(lǐng)域,用于獲得生物體內(nèi)的解剖學信息。相比之下,19F磁共振成像(19F MRI)以19F原子核為信號源,具有獨特的優(yōu)勢。首先,19F具有超過350 ppm的寬化學位移范圍,理論上可提供70多個獨立信號通道;其次,19F的生物本底信號極低,使得其成像信號專一性高。然而,當前19F MRI的應用主要集中在生物示蹤,如細胞追蹤和生物靶標監(jiān)測,且目前最多僅實現(xiàn)了9通道成像。19F MRI在多通道成像和信息編碼方面的潛力尚未被充分挖掘。
     

     
      高錦豪教授課題組選擇22種具有不同化學位移的含氟砌塊,并引入季銨鹽結(jié)構(gòu),設(shè)計合成了22種氟化膽堿衍生物(FCho)作為19F MRI信號源,成功驗證了22通道19F MRI的可行性(如圖)。選擇其中16個通道進行了二進制16位編碼,實現(xiàn)了19F MRI信息編碼的概念性驗證。基于FCho的獨特離子性質(zhì),結(jié)合氟化酰胺(FAm),構(gòu)建了氟化深共熔溶劑(FDES),表現(xiàn)出MRI信號雙組分可調(diào)控特性。FDES是一種高效的信息存儲介質(zhì),適用于多重二維碼加密、雙色水印等應用。在此基礎(chǔ)上,課題組開發(fā)了基于FDES的氟化離子凝膠,既保留了FDES的高氟含量和雙組分特性,又克服了液態(tài)FDES的流動性限制,使其具備固定形狀,可附著于物體表面或內(nèi)部。得益于MRI的高穿透能力,離子凝膠可作為隱蔽的防偽標簽,通過19F MRI在不破壞物品結(jié)構(gòu)的情況下無損讀取隱藏信息。此外,課題組還開發(fā)了一種基于肉眼視覺和19F MRI感知的空間信息加密策略,實現(xiàn)了更高級的信息加密方式。該研究不僅拓展了磁共振成像的應用邊界,還展示了多通道19F MRI在信息編碼、存儲和加密中的潛在價值,為成像技術(shù)與信息技術(shù)的結(jié)合提供了新的可能性。
     
      該項研究工作主要在高錦豪教授和林泓域教授的共同指導下完成,2021級博士生江宇航為第一作者。該論文得到國家自然科學基金(22125702、22077107、22477104)和福建省自然科學基金(2023J06002)等項目資助。

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