2006年中法固体核磁共振波谱学讲习班在武汉举行

2006年10月17日~21日,由中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室、武汉磁共振中心和法国里尔科技大学(Universite des Sciences etTechnologies de Lille)联合举办了“2006年中法固体核磁共振波谱学讲习班”(Sino-French Workshop on Solid State NMR Spcetroscopy 2006),会议邀请了一些在固体NMR领域卓有成就的中法学者来武汉讲学,吸引了来自中法两国近百位代表参加.法国里尔科技大学的催化与固态化学实验室主任Jean-Paul Amoureux教授、法国高温材料研究中心的Dominique Massiot教授(兼Magnetic Reson…     

19F固体核磁共振技术研究膜蛋白相互作用的进展

固体核磁共振技术因其可实现细胞膜环境中的蛋白质结构研究而广受关注.¹⁹F元素由于灵敏度高、天然丰度高,无生物背景等优点,被广泛应用于生物核磁共振技术中.氟标固体核磁共振技术常被用于细胞膜中蛋白质的相互作用研究,如：抗菌肽与细胞膜的相互作用、聚合膜蛋白结构分析等.此篇综述介绍了常用的蛋白质氟标修饰的实验方法,总结了常用的¹⁹F生物固体核磁共振实验技术,以及介绍了应用¹⁹F固体核磁共振研究膜蛋白的成功案例.此外,此篇综述讨论了¹⁹F固体核磁共振技术在蛋白质研究中的局限性.     

固体核磁共振谱学研究层状双氢氧化物

层状双氢氧化物(LDHs)作为一类非常重要的无机超分子材料,已经被广泛应用于催化、离子交换、生命科学等众多领域．固体核磁共振谱学是研究层状双氢氧化
物局域结构和动态特征的一种强有力手段,提供了非常丰富的信息．特别是最近,借助固体核磁共振在探索层状双氢氧化物的结构方面取得了非常重要的进展（如：阳离子的有序性信息）．该文主要介绍了最近40 年来固体核磁共振研究层状双氢氧化物方面的重要进展．     

低温诱导桑蚕体内腺体相行为的高分辨^13C固体核磁共振研究

为什么蚕在常温常压水溶液条件下即能纺出力学性能优异的蚕丝纤维, 一直是科学家们感兴趣的问题. 在过去的几十年, 人们曾用多种表征手段, 如双折射、扫描电镜、原子力显微镜和电子散射等, 在界观尺度下对蚕在吐丝过程中腺体的相行为进行研究. 发现腺体在靠近吐丝口时呈液晶态, 并认为这是导致蚕丝力学性能的重要因素. 本文则在分子水平尺度下利用核磁共振方法, 对五龄蚕活体在常温和6 ℃下存储数天后解剖的腺体进行研究. 经对化学位移及其线型的各向异性分析发现, 当将体内腺体沿吐丝方向分为3部, 即后部、中部及靠近吐丝口的前部时, 常温下, 腺体后部和中后部分子呈无规线团, 而腺体中中部、中前部和前部分子呈液晶态. 6 ℃时, 中后部分子亦呈液晶态, 前部分子排列则各向异性更大, 说明更为有序. 这种液晶态呈分形结构, 在小于纳米尺度下为无规线团, 大于纳米尺度呈有序排列. 这表明, 降温过程可使呈无规线团的丝素蛋白分子转变为液晶态, 其效果如同蚕在吐丝过程中对其腺体施加的剪切应力. 该结果对于人们探索人工合成高性能类丝素纤维的纺丝工艺和条件将有启发和指导作用.     

固体核磁共振研究蒙脱土的有机插层改性

以钠基蒙脱土和有机蒙脱土为研究对象,分别利用29Si魔角旋转核磁共振谱(29Si MAS NMR)、1H-29Si交叉极化/魔角旋转核磁共振谱(1H-29Si CP/MAS NMR)和1H魔角旋转核磁共振谱(1H MAS NMR)对蒙脱土的纯度、蒙脱土片层间的有机插层反应、有机-无机界面相互作用、蒙脱土界面硅原子的受限...     

氧化物纳米材料表面结构与性质的固体核磁共振波谱研究

氧化物纳米材料的多种应用与其表面结构和性质密切相关.近年来,固体核磁共振波谱在相关研究中提供了关键信息.本综述总结了近期发展的、以固体核磁共振波谱为主的两种表征氧化物纳米材料表面结构和性质的方法,包括表面选择的同位素标记¹⁷O核磁共振波谱与动态核极化表面增强核磁共振波谱,并对氧化物纳米材料的固体核磁共振波谱研究的发展趋势进行了展望.     

尼龙6结晶和动力学的固体高分辨^13C NMR研究

用MSL—400核磁共振(NMR)波谱仪记录了尼龙6的~(13)C交叉极化魔角旋转(CP/MAS)NMR谱,发现固态下ω碳原子有两个峰,尼龙6记为ω_1和ω_2。在同一样品的~(13)C NMR溶液谱中,这两个峰合并成一个峰,证明固态尼龙6中两种晶区是共存的。在固态,ω_2峰比ω_1峰向高场偏移2.2ppm。测量了尼龙6—系列不同接触时间的CP/MAS NMR谱以研究动态行为。用SIMPLEX非线性最小二乘法拟合技术计算了交叉极化速率和质子T_(1ρ)~H用Ngai公式计算了固态尼龙6的运动参数。     

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。     

通过超宽139La固体核磁共振波谱研究层状La(OH)2NO3

层状稀土氢氧化物是一类新型的稀土功能材料,本文采用固体核磁共振（SSNMR）方法研究了同时具备离子交换能力和非线性光学特性的层状La（OH）₂NO₃化合物,探讨了通过四极核CPMG（QCPMG）脉冲序列和变频谱图采集获取超宽¹³⁹La SSNMR谱图的方法,并描述了适用于此类实验的滤波方程和谱图重建方法.重建谱图同时包含四极核中心跃迁和卫星跃迁信息,本文使用QUEST软件对超宽¹³⁹La NMR谱图进行了模拟,获取的四极耦合常数C_Q和非对称因子η_Q均与CASTEP密度泛函理论计算值高度吻合.SSNMR实验结果证实层状La（OH）₂NO₃化合物属于非中心对称结构（P2₁）,解决了对其结构长期以来存在的争论.     

生物固体核磁共振中样品发热的研究进展

近年来,固体核磁共振被广泛应用于膜蛋白、纤维化蛋白等体系的结构和功能研究．在固体核磁共振实验中,快速魔角旋转或高功率射频场照射等实验条件将导致样品发热．生物样品发热能导致严重的后果,例如样品温度的快速升高,信号分辨率、信噪比的降低,发热严重时甚至导致样品的不可逆损坏．近年来,人们对样品发热问题进行了一些研究,发现通过优化样品制备条件或固体核磁共振实验条件,以及改进探头设计等手段,可以在一定程度上减轻样品发热．该文主要综述了生物固体核磁共振研究中导致样品发热的原因和减轻样品发热的方法．     

High-Resolution Solid-State NMR Spectroscopy of Steroids and Their Derivatives

Abstract: Steroids are an important class of organic compounds containing a vast array of biologically and physiologically essential molecules. Due to their availability, relatively straightforward derivatizability, and endogeneity, they are widely used in pharmacological applications. The investigation of molecular and physicochemical properties of active pharmaceutical ingredients (APIs) in the solid state is important, because these properties are directly related to their pharmacological activity. Several methods are available for this purpose. Solid-state NMR spectroscopy offers a nondestructive and flexible technique, providing both structural and dynamic information. It can be applied to every solid physical state (both crystalline and amorphous) as well as to materials with different compositions. The current article aims at gathering together some of the recent and most important studies in the area of high-resolution solid-state NMR spectroscopy of steroids and their derivatives completed with related theoretical reports not forgetting to outline the future remarks.     

固体核磁共振中膜蛋白双交叉极化效率与动力学参数相关的定量分析

固体核磁共振（NMR）中双交叉极化（DCP）是用于膜蛋白信号指认的多维异核相关实验的基本技术模块.DCP的效率在很大程度上决定了多维异核相关实验的效率.本文分析了3种典型的膜环境中的膜蛋白（AQPZ、DAGK和EV71 2B）的DCP效率及其影响因素.结果显示,在相同的实验条件下,3种蛋白样品的DCP效率存在明显差异：其中AQPZ的DCP效率最高（31%）,DAGK的效率次之（23%）,EV71 2B的效率最低（14%）.通过测量它们在旋转坐标下的自旋-晶格弛豫时间（T_1ρ）和偶极耦合常数（D_HN）,发现膜蛋白的运动会明显缩短T_1ρ,但对D_HN的影响较小.在实验的基础上,建立了T_1ρ与DCP效率相关的模型,并基于DCP动力学的定量分析,证明了运动导致的T_1ρ缩短是降低DCP效率的主要原因.因此,可以通过定量分析未知样品的T_1ρ来预测其DCP的最优效率,为DCP实验的优化提供依据.     

Computation of Orientational Averages in Solid-State NMR by Gaussian Spherical Quadrature

We investigate Gaussian spherical quadrature as a method for calculating orientational averages in solid-state NMR. For the case of magic-angle-spinning sideband amplitudes of isolated spins-1/2, we demonstrate the superiority of Gaussian spherical quadrature over other orientational averaging methods. Depending on the shift anisotropy parameters and the desired accuracy, the computation speed is enhanced by a large factor (between two and many hundreds). In addition, a method for improving any present sampling scheme is devised. Such schemes are called SHREWD (Spherical Harmonic Reduction or Elimination by a Weighted Distribution). The role of orientational symmetry in solid-state NMR is explored. We also discuss the limitations of the Gaussian spherical quadrature methods.     

C Selective Polarization and Spin Diffusion in a Lipid Bilayer-Bound Polypeptide by Solid-State NMR

While ¹⁵N solid-state NMR has proven to be very advantageous for the development of structural biological methods, ¹³C spectroscopy has increased sensitivity and spectral dispersion. However, large natural abundance signals and homonuclear dipolar interactions pose significant problems. Here we have used a pair of ¹³C-labeled sites in a lipid-solubilized polypeptide to show the selective polarization can be used in combination with spin diffusion to achieve simplified spectra. Both unoriented and oriented samples have been used, with the latter providing a well-resolved homonuclear dipolar splitting.     

甲烷水合物的固体核磁共振碳谱与激光拉曼光谱研究

甲烷水合物（CH₄·nH₂O）是主要由甲烷和水分子构成的冰状笼型化合物,在自然界储量巨大．固体核磁共振（NMR）波谱和激光拉曼光谱是在分子水平分析甲烷水合物的重要手段．该文利用低温固体核磁共振碳谱（¹³C NMR）对合成的甲烷水合物结构进行了研究,分别使用¹³C交叉极化（¹³C CP）和高功率质子去偶（¹H HPDEC）2种脉冲程序采集甲烷水合物的¹³C NMR谱图,结合实验结果分析及理论推导可知,使用¹H HPDEC方法得到的¹³C NMR谱图信号更强,更利于定量分析;甲烷气体与冰粉合成的甲烷水合物为I型,其大笼和小笼占有率分别为0.988和0.824,水合数为6.07;甲烷气体与SH2站位沉积物和冰粉合成的甲烷水合物也为I型,其大笼和小笼占有率分别为0.987和0.887,水合数为5.98;SH2站位沉积物使合成的甲烷水合物的小笼占有率提高、水合数降低、水合物饱和度提高．激光拉曼光谱结果证实了上述结果的准确性．该文为甲烷水合物测试提供了重要的方法参考．     

铜丝光沸石上甲醇羰基化反应的固体核磁共振研究

利用固体核磁共振方法,研究了铜修饰丝光沸石(Cu-H-MOR)分子筛催化甲醇(CH3OH)与一氧化碳(CO)羰基化反应过程.通过研究反应过程中生成的各吸附物种与Cu2+的相互作用,分别对这些吸附物种进行了归属,确定了铜甲氧基(Cu-OCH3)和铜乙酰基(Cu-(CO)-CH3)为羰基化反应过程的中间产物,讨论了可能的反应机理.     

聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物的固体NMR研究

采用我们前期发展的测定多相高聚物中界面相厚度及相区尺寸的NMR新方法对两种不同嵌段结构的聚苯乙烯-聚丁二烯嵌段共聚物进行了研究,并与关于界面相厚度的高分子物理理论结果进行对比. 该NMR方法采用偶极滤波-自旋扩散技术分别测定非界面相的柔性区与界面相中质子的百分含量,然后根据界面相与柔性相的几何关系计算界面相厚度. 研究结果表明这两种嵌段共聚物具有几乎相同的界面相厚度,该结果与Helfand等人关于多相高聚物中界面相厚度的自洽场理论预言基本符合.     

固体核磁共振研究固体酸催化剂酸性进展

酸性直接与固体酸催化剂的活性相关,因此研究固体酸催化剂的酸性受到了科研工作者的广泛关注. 固体核磁共振技术已经成为研究固体酸催化剂酸性的一种强有力的工具. 该文介绍了固体核磁共振的特点和各种常用技术,着重综述了固体核磁共振研究固体酸催化剂酸性的进展.     

固体核磁共振技术在骨基生物材料研究中的应用

骨是人体的结构组织之一,又是重要的造血器官,它在支持和保护体内器官、贮存钙和磷、参与人体代谢和为肌肉提供附着等方面具有重要的作用,因此了解骨的微观结构对预防和治疗骨疾病有重要意义.由于骨形态多样化,无机和有机成分共存,而且骨样品对物理和化学处理十分敏感,因此对其研究存在许多实验困难.与其他表征技术相比,固体核磁共振（NMR）检测对骨样品不需要任何处理,不会破坏其自身结构,可以实现原位检测.另外,骨头中的许多元素（¹H、¹³C、³¹P、¹⁹F、⁴³Ca、²⁹Si、²⁵Mg和⁸⁷Sr）都是NMR可观察核,因此高分辨固体NMR技术是研究骨基生物材料的强有力工具.该文综述了近年来固体NMR技术在骨基生物材料研究中的应用进展.