核磁共振光譜是一種用于研究多種分子結構和組成的技術，包括與阿爾茨海默氏癥和其他疾病相關的蛋白質(zhì)。最近，麻省理工學院的研究人開發(fā)出一種方法來顯著提高核磁共振光譜（NMR）的靈敏度。

Arthur Amos Noyes化學教授羅伯特格里芬說，使用這種新方法，科學家們應該能夠在幾分鐘之內(nèi)分析以前需要多年才能破譯的結構。這種新方法依賴于微波功率的短脈沖，可以讓研究人員確定迄今為止難以研究的許多復雜蛋白質(zhì)的結構。“這項技術應該開辟出目前無法進入的化學，生物，材料和醫(yī)學科學的廣泛領域?！痹撜撐挠?月18日發(fā)表于在Sciences Advances雜志上。

傳統(tǒng)的核磁共振利用原子核的磁性來揭示含有這些核的分子的結構。通過使用與氫的核自旋和其他同位素標記的原子（例如碳或氮）相互作用的強磁場，NMR測量稱為這些核的化學位移的性狀。這些偏移對于每個原子都是獨特的，因此可以作為指紋，可以進一步利用這些指紋來揭示這些原子是如何連接的。

（圖片來源：MIT News）

核磁共振的靈敏度取決于原子的極化 - 每個自旋系統(tǒng)中“向上”和“向下”核自旋的總體差異的測量。極化越大，可以實現(xiàn)的靈敏度越高。通常情況下，研究人員試圖通過施加更強的磁場來增加樣品的極化，最高可達35特斯拉。

麻省理工學院等離子體科學與融合中心的Griffin和Richard Temkin在過去25年中開發(fā)的另一種方法是使用稱為動態(tài)核極化（DNP）的技術進一步增強極化。該技術涉及將來自自由基的未配對電子的極化轉(zhuǎn)移到所研究的樣品中的氫，碳，氮或磷核。這增加了極化并使得更容易發(fā)現(xiàn)分子的結構特征。

DNP通常通過使用稱為回旋管的儀器用高頻微波連續(xù)照射樣品來進行。這將NMR靈敏度提高了約100倍。然而，這種方法需要很大的功率，并且在較高的磁場下不能很好地工作，這可以提供更高的分辨率改進。

為了克服這個問題，麻省理工學院的團隊提出了一種方法來提供短脈沖的微波輻射，而不是連續(xù)的微波輻射。通過以特定頻率提供這些脈沖，它們能夠?qū)O化強度提高200倍。這類似于傳統(tǒng)DNP所實現(xiàn)的改進，但它僅需要7％的功率，與傳統(tǒng)的DNP不同，可以在更高的磁場下實現(xiàn)。

“我們可以通過有效利用微波輻射以非常有效的方式轉(zhuǎn)移極化，”Tan說。 “對于連續(xù)波照射，你只需要激發(fā)微波功率，你無法控制相位或脈沖長度?！?/p>

研究人員表示，隨著靈敏度的提高，以前需要近110年才能分析的樣本可以在一天內(nèi)進行研究。在科學進展論文中，他們通過使用它來分析標準測試分子（如甘油 - 水混合物）來證明該技術，但他們現(xiàn)在計劃將其用于更復雜的分子。

其中一個感興趣的蛋白分子是淀粉樣β蛋白，其積聚在阿爾茨海默病患者的大腦中。研究人員還計劃研究各種膜結合蛋白，如離子通道和視紫紅質(zhì)，它們是細菌膜和人類視網(wǎng)膜中的光敏蛋白。由于靈敏度非常高，這種方法可以從更小的樣本量中獲得有用的數(shù)據(jù)，這可以更容易地研究難以大量獲得的蛋白質(zhì)。（生物谷Bioon.com）

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