精密測量院等發現水溶液中氣體磁共振信號增強新方法

　　【儀表網 儀表研發】近日，中國科學院精密測量科學與技術創新研究院與武漢大學等單位合作發展了水溶液中氣體磁共振信號增強新方法，該方法可在水溶液中顯著增強氣體的磁共振信號，從而提高磁共振分子檢測靈敏度。相關研究結果發表在《美國國家科學院院刊》(PNAS)上。
 

　　磁共振波譜與成像(NMR/MRI)作為一種重要的分析和醫學影像技術，已廣泛應用于液體、固體、生物組織檢測，成為活體狀態下顯示人體結構和功能的影像學技術之一，可對實體臟器成像，并且無輻射性、無成像深度限制。然而對于肺部來說，傳統的磁共振成像(1H MRI)技術難以實現對肺泡內的氣體成像，因此肺部成了傳統磁共振檢測的“盲區”。
 

　　氣體磁共振能彌補傳統磁共振的不足。精密測量院周欣課題組通過超極化技術將129Xe氣體磁共振信號增強50000倍以上，并已應用于人體肺部結構與功能的檢測，成功“點亮”肺部。該技術沒有侵入性，在肺部重大疾病的診斷和治療評估方面，具有其他技術的優勢。然而，將129Xe磁共振直接用于生物系統檢測沒有特異性。近年來，上發展了一系列分子“籠”，能結合129Xe原子，賦予超極化129Xe磁共振特異性檢測的能力。但是，這些分子“籠”都存在水溶性差，“籠”內129Xe信號弱的問題，提高“籠”內129Xe的信號強度是該領域面臨的一大挑戰。
 

　　該研究中，研究人員提出水穩定性的金屬有機骨架材料(MOF)——ZIF-8作為129Xe的納米“籠”來裝載129Xe，能有效提高水溶液中“籠”內129Xe的濃度，利用課題組自主研制的超極化氣體磁共振科學儀器，顯著增強了水溶液中“籠”內129Xe的磁共振信號，比傳統分子“籠”內129Xe的磁共振信號提高了200倍，實現了超極化129Xe磁共振分子影像領域的重要突破。此外，由于突破了 “籠”內Xe信號強度的壁壘，可在生物檢測中利用該信號與血液中信號之間的化學交換，放大血液中的微弱信號，從而提升血液中分子探測的靈敏度。
 

　　該方法被命名為“Hyperpolarized Xe Signal Advancement by Metal-organic framework Entrapment (Hyper-SAME)”。Hyper-SAME可與作者之前發明的Hyper-SAGE技術(PNAS，2009)相結合，進一步優化、放大129Xe的磁共振信號。這項研究顯著提高了水溶液中氣體磁共振的靈敏度和分辨率，代表著氣體磁共振作為生物醫學主要工具向著高靈敏靶向檢測邁進了一步。
 

　　精密測量院博士曾慶斌與武漢大學博士別秉林為共同第一作者，精密測量院研究員周欣、郭茜旎和武漢大學教授鄧鶴翔為共同通訊作者。該研究得到了科學技術部、國家自然科學基金委員會和中科院的支持。