核磁共振二维谱反演技术综述

二维谱的出现是核磁共振（NMR）检测技术的一次飞跃,从二维谱中可以快速、精确地对不同组分进行区分,因而在测录井和常规实验中被广泛采用. 为了给相关研究提供借鉴和参考,推动二维反演技术的发展,该文对近年来国内外在核磁共振二维谱反演技术领域的研究进展进行了综述. 从实验采集数据中反演出二维谱的过程,比一维反演需要解决更多、更复杂的问题. 通过研究罚函数正则化和子空间正则化两大类方法,分析了不同二维反演算法的优点和不足. 根据对近年来国内外相关文献的深入分析可知,虽说目前已有的二维反演算法都存在一定的局限性,但其仍然具有很大的发展空间.     

4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼戊环的11B NMR及1H-11B HMQC研究

以4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧硼戌环分子为研究对象,对碳硼烷类化合物的核磁共振(NMR)检测方法进行了研究.除了采用常规的核磁共振碳谱(~(13)C NMR)、氢谱(~1H NMR)及其二维相关谱外,引入核磁共振硼谱(~(11)B NMR)与二维异核多量子相关谱(~1H-~(11)B HMQC),对含硼类化合物结构进行了测定,该方法对于准确解析硼烷类化合物的结构具有较好的参考意义.     

二维相关谱在环境科学中的应用与展望

近年来，随着世界经济的快速发展，大量有害物质排放到环境中，全球环境问题日益严重。光谱检测分析技术由于其快速、便捷、可实现实时现场原位分析检测的特点，已经广泛的应用于水质、大气和土壤环境的检测分析。环境系统是一个开放复杂的体系，容易受到很多因素的影响，常规一维光谱技术难以从复杂的环境体系中提取感兴趣组分的特征信息。二维相关谱技术表征的是随特定外扰变化的信息，不仅能提取复杂环境中微弱的、被覆盖的特征光谱信息，而且还可以提供这些特征信息之间的关系。在综述二维相关谱技术近些年新发展的基础上，详细介绍了该技术在水、土壤和空气环境分析中的应用，其中包括水中农药残留、水中有机污染物定性定量分析、海洋黏液物质和海洋泡沫的形成机理；土壤中有机污染物定量分析、土壤污染物修复吸附机理；大气中气溶胶形成机理，污染气体定性定量分析。最后，详细介绍了二维相关谱在环境中有机质分子特性及与其他金属离子相互作用机理研究中的应用，指出二维相关谱在环境科学领域研究中具有广阔的应用前景。     

基于二维相关中红外光谱技术的无创血糖检测特异性研究

葡萄糖的特异性是实现血糖浓度检测的前提,也是论证一种血糖检测方法可行性的基础。二维相关光谱技术以其高分辨率和便捷的时序规则(Noda规则)两大优势被广泛地应用在分子间(内)反应、物质相变以及物质信息提取等研究领域。旨在应用二维相关光谱技术验证中红外光谱法无创血糖检测技术的葡萄糖特异性,首先通过分析各种离体溶液样本的二维相关光谱证明方法的理论可行性,然后开展了人体手指的中红外ATR光谱采集实验,参考OGTT方法调节实验过程中人体的血糖水平,并运用二维相关光谱技术验证所得人体光谱中的葡萄糖特征信息,从而论证中红外光谱无创血糖检测技术的可行性。     

不均匀场下空间编码超快速高分辨NMR研究进展

二维核磁共振(2D NMR)的提出和发展,为NMR技术的研究和应用提供了广阔的空间. 然而当样品或磁场本身不均匀时,高分辨的2D NMR谱难以获得. 此外,常规2D NMR实验通常需要长的采样时间. 空间编码超快速采样方法利用空间编码技术,只需单次扫描即可获得2D甚至多维NMR谱,极大地缩短了采样时间. 目前相位补偿、相干转移和分子间多量子相干等技术与空间编码技术相结合,已成功实现不均匀场下超快速获得高分辨NMR谱. 该文对不均匀场下空间编码超快速NMR方法进行了介绍,对其未来发展进行了展望.     

双傅氏变换核磁共振波谱学

二维NMR波谱是近十年来核磁共振领域内的重要新发展之一。本文综述了实现二维谱的五种可能性。给出双傅氏变换核磁共振谱的基本原理及实验的一般方法。讨论了这类谱的两个主要分支即:二维分谱解及二维相关谱。     

双傅氏变换核磁共振波谱学

二维NMR波谱是近十年来核磁共振领域内的重要新发展之一。本文综述了实现二维谱的五种可能性。给出双傅氏变换核磁共振谱的基本原理及实验的一般方法。讨论了这类谱的两个主要分支即:二维分谱解及二维相关谱。     

基于NMR的代谢组学方法最新进展及应用

代谢组学的定义“对病理/生理刺激以及基因改变时生物体系动态的代谢响应进行多参数的定量测量”已被广泛接受. 本文对代谢组学研究的最新进展及其在系统生物学中所发挥的作用进行了综述. 在代谢组学方法研究方面,着重讨论了现代NMR技术的进展及其对代谢组学所产生的影响,同时也包括用于分离的HPLC及其与质谱的连用技术. 对代谢组学广泛应用的概述,主要包括：对正常生理变化的新认识;药物和其他外源性化学物质的副作用;外源性物质对环境污染的影响以及逐渐增多的代谢组学方法在疾病检测中应用.     

JAK/STAT通路抑制剂对C57BL/6小鼠血清代谢组影响的1H NMR研究

JAK/STAT通路抑制剂已被应用于多种疾病的临床试验，但其全身性用药对机体组织细胞功能活性的影响目前尚不明确.本研究运用基于核磁共振氢谱（¹H NMR）的代谢组学方法分析了JAK/STAT通路抑制剂WP1066（20 mg/kg.bw，2天一次，持续2周）对C57BL/6小鼠血清代谢组的影响.首先采用¹H NMR技术检测了WP1066处理组和对照组小鼠血清的代谢物，然后对所得的图谱数据进行了主成分分析（PCA）以及正交偏最小二乘法分析（OPLS）.研究结果表明，抑制JAK/STAT通路可明显下调小鼠血清中的N-甲基烟酰胺（N-methylnicotinamide）水平，而上调顺乌头酸（cis-aconitate）、草酰乙酸（oxaloacetate）和乙酰胺（acetamide）水平，这些代谢物改变均与能量代谢密切相关.该结果提示代谢失衡相关指标可能作为JAK/STAT通路抑制剂治疗的临床监测参考指标.     

代谢组NMR分析与药物毒理研究

代谢组学是定量研究生物体内源性代谢物整体及其变化规律的科学,是系统生物学的一个重要组成部分. 通过代谢组分析,可以较为全面地认识给定生物系统受内因或外因的影响后其生物化学过程变化的规律. 目前,代谢组分析检测技术主要包括核磁共振波谱技术及色谱-质谱联用技术. 代谢组数据分析和挖掘技术主要包括非监督与监督的多变量分析模式识别方法. 目前已被广泛应用于病理生理、基因功能、药物毒理和环境毒理等领域. 该文简要综述了代谢组NMR分析中的实验设计、NMR谱的获取、模式识别技术和代谢组学在药物毒理评价中的应用.      

HR-MAS NMR研究大鼠颞叶、海马和内嗅皮质的生理代谢表征

颞叶结构参与了多种中枢退行性疾病的发生和发展. 了解生理状态下大鼠的这些脑区的代谢特征可以为动物模型的病理研究提供基础数据和参考. 本文采用高分辨魔角旋转核磁共振（HR-MAS NMR）波谱技术和主成分分析（PCA）方法对S.D.大鼠双侧颞叶、海马和内嗅皮质的代谢物进行了分析，结果发现这3个脑区的代谢表征存在显著差异. 颞叶区的N-乙酰天门冬氨酸和牛磺酸的浓度最高，肌醇和肌酸的浓度最低；海马区的甘氨酸和胆碱的浓度最高；而在内嗅皮质区则是谷氨酰氨的浓度最高. 另外，还证实了HR-MAS NMR-PCA技术是研究生理和病理状态下脑组织各亚结构代谢表征的一种有效的手段.     

直肠组织的高分辨魔角旋转核磁共振波谱研究

文章对6例直肠癌变及正常组织进行高分辨魔角旋转核磁共振波谱研究,结果显示直肠癌变和正常组织的核磁共振氢谱存在明显差异.这可以通过特征峰面积与0.88处峰积分面积的比值上的差异看出:(1)在化学位移0.75～1.55之间,癌组织各种氨基酸[缬氨酸,异亮氨酸,亮氨酸]与脂肪酸甲基的比值(I2/I1),癌组织乳酸盐与脂肪酸甲基的比值(I4/I1)都明显增大.(2)在化学位移1.55～2.90之间,癌变组织中亮氨酸、赖氨酸、异亮氨酸与脂肪酸甲基的比值(I7/I1),谷氨酸、谷氨酰胺、缬氨酸、琥珀酸与脂肪酸甲基的比值((I9 I11)/I1)、天冬氨酸与脂肪酸甲基的比值((I12 I14)/I1)都较正常组织明显增大.(3)在化学位移2.90～3.49之间,癌变组织氨基酸与脂肪酸甲基的比值(I15/I1)、胆碱类与脂肪酸甲基的比值((I16 I17)/I1)、牛磺酸与脂肪酸甲基的比值((I18 I19)/I1)都较正常组织明显增大.(4)在化学位移3.49～4.50之间,其他代谢物与脂肪酸甲基的比值(I20/I1),以及甘油基与脂肪酸甲基的比值(I22/I1)在癌变组织中都有增大的趋势.(5)化学位移4.5～10之间,癌变组织的核苷酸发生了变化,癌变组织的不饱和脂肪酸与脂肪酸甲基的比值(I24/I1)明显减小.(6)在化学位移-8～0.75之间,癌变组织的谱峰有减少的趋势.通过上述分析可知,通过癌变与正常组织代谢物NMR谱峰的差异,可以区分癌变和正常组织.说明核磁共振波谱技术可能发展成为一种诊断直肠癌的新方法.     

基于近似l0范数最小化的NMR波谱稀疏重建算法

在核磁共振（NMR）波谱中,过长的数据采集时间会使很多化学以及分子生物学领域的高分辨率多维谱应用难以实现. 传统的解决办法是使用随机非均匀采样代替奈奎斯特采样,但这样会使谱图质量受损. 压缩传感的出现为此提供了更好的解决办法,合适的压缩传感重建算法可以通过很少的随机非均匀采样将谱图高质量的重建出来. 该文先介绍了一种可用于谱图重建的压缩传感重建算法,名为“平滑l₀范数最小化法”,然后针对该算法对采样噪声鲁棒性较差的缺点进行了改进. 通过将改进后的算法与原算法在一维实数域信号以及NMR波谱信号重建实验中进行对比后表明,改进后的算法对噪声的鲁棒性明显提高,并能获得更好的重建性能.     

核磁共振波谱在肿瘤诊疗中的应用研究进展

在介绍肿瘤样品代谢物的核磁共振波谱技术的研究方法的基础上,从离体组织和活体组织两个方面综述核磁共振波谱(NMR)在诊断肿瘤方面的应用进展,分析了它在肿瘤诊疗中的应用前景.在离体组织方面,人们通过1H和31P-NMR谱观测病人的体液样品、培养的细胞、切除的组织等来研究脂质、磷脂等代谢物的分布,观测肿瘤与对照组织之间的差别.其中利用组织提取物的方法能够得到分辨率较高的图谱,非常适合应用于肿瘤诊断和治疗方法的研究.高分辨魔角旋转(HR-MAS)的方法在肿瘤诊断研究方面展现出新的生命力.利用高分辨魔角旋转技术可以直接得到组织细胞中很多分子水平的代谢物结构和组成信息,因此它在癌症的早期诊断中具有很好的前景.在活体核磁共振波谱诊断肿瘤方面,主要应用1H和31P核磁共振波谱,结合MRI为非侵人性肿瘤分析提供了一种临床可用的方法.MRI与MRS技术的结合将使核磁共振波谱在医学领域有更大的应用空间.     

四维NMR谱

尽管３ＤＮＭＲ谱的分辨率有所提高，但解释较大的三维异核ＮＭＲ谱时，仍存在含糊性。因此，人们希望通过增加维数进一步提高分辨率，在最近几年中出现了４ＤＮＭＲ谱，４ＤＮＭＲ谱常常是说明２ＤＮＭＲ谱的方法，４ＤＮＭＲ实验可简单地看作是由三个２ＤＮＭＲ实验所组成，新的４ＤＮＭＲ技术仍在不断地发展，已有许多将４ＤＮＭＲ谱应用于蛋白质及核酸研究的报道。     

High-resolution heteronuclear correlation spectroscopy based on spatial encoding and coherence transfer in inhomogeneous fields

Two-dimensional (2D) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy has been proven to be a powerful technique for chemical, biological, and medical studies. Heteronuclear single quantum correlation (HSQC) and heteronuclear multiple bond correlation (HMBC) are two frequently used 2D NMR methods. In combination with spatially encoded techniques, a heteronuclear 2D NMR spectrum can be acquired in several seconds and may be applied to monitoring chemical reactions. However, it is difficult to obtain high-resolution NMR spectra in inhomogeneous fields. Inspired by the idea of tracing the difference of precession frequencies between two different spins to yield high-resolution spectra, we propose a method with correlation acquisition option and J-resolved-like acquisition option to ultrafast obtain high-resolution HSQC/HMBC spectra and heteronuclear J-resolved-like spectra in inhomogeneous fields.     

Planar microcoil-based microfluidic NMR probes

Microfabricated small-volume NMR probes consisting of electroplated planar microcoils integrated on a glass substrate with etched microfluidic channels are fabricated and tested. 1H NMR spectra are acquired at 300 MHz with three different probes having observed sample volumes of respectively 30, 120, and 470 nL. The achieved sensitivity enables acquisition of an 1H spectrum of 160 microg sucrose in D2O, corresponding to a proof-of-concept for on-chip NMR spectroscopy. Increase of mass-sensitivity with coil diameter reduction is demonstrated experimentally for planar microcoils. Models that enable quantitative prediction of the signal-to-noise ratio and of the influence of microfluidic channel geometry on spectral resolution are presented and successfully compared to the experimental data. The main factor presently limiting sensitivity for high-resolution applications is identified as being probe-induced static magnetic field distortions. Finally, based on the presented model and measured data, future performance of planar microcoil-based microfluidic NMR probes is extrapolated and discussed.     

笼状β-碳苷酮衍生物的NMR研究及结构确证

以β-碳苷酮为原料合成了4个新的β-碳苷酮的笼状缩酮衍生物，采用¹H NMR、¹³C NMR、 DEPT及二维谱¹H-¹H COSY、HSQC、HMBC和高分辨质谱（HRMS）对其结构进行了研究和确证，并对它们的¹H、¹³C NMR全谱给予了准确归属.     

葡糖衍生手性N-杂环卡宾前体波谱学数据分析

以溴代正丁烷与1-（2，3，4，6-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖基）咪唑（化合物1）为原料合成了溴化1-（2，3，4，6-四-O-乙酰基-β-D-吡喃葡萄糖基）-3-正丁基咪唑盐（化合物2），它是葡萄糖衍生的手性N-杂环卡宾前体.化合物2的结构中存在多个手性碳原子，导致它的核磁共振（NMR）谱较为复杂.在此，用元素分析、红外吸收光谱（IR）以及液相色谱-高分辨质谱（LC-HRMS）对它的组成进行了分析，然后利用1D和2D NMR谱（包括¹H NMR、¹³C NMR、DEPT135、DEPT90、DEPT45、COSY、¹H-¹³C HSQC、¹H-¹³C HMBC）对化合物2的¹H和¹³C NMR信号进行了归属.     

HR/MAS高分辨魔角微量探头用于天然橡胶固体1H、13C NMR测试及其与液体BBO探头、固体CP/MAS探头测试的比较

采用BRUKER高分辨魔角微量探头（HR/MAS），液相宽带BBO探头和固体CP/MAS探头，对天然橡胶固体、乳液以及天然橡胶溶于氘代苯的溶液进行了¹H、¹³C 1D和2D NMR谱的测试和比较. 发现HR/MAS探头用于天然橡胶固体和乳液时可以得到高分辨的¹H、¹³C谱，克服了CP/MAS探头测试固体¹³C NMR谱或者是固体¹H NMR谱时，谱图存在S/N值可能较小、谱峰可能宽化的弱点.