固体高分辨DNP CP/MAS探头的研制及DNP实验技术的探讨

介绍了自行研制的用于动态核极化实验的固体高分辨CP/MAS探头,给出了典型含自由基固体样品的DNP增强高分辨NMR谱.并对动态核极化实验中的技术问题进行了讨论,提出了相应的解决方法.     

DNP-EPR多功能谱仪中微波桥的设计与实现

在自主研制的动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization,DNP）分子影像装置的基础上,提出了一种集DNP和电子顺磁共振（Electron Paramagnetic Resonance,EPR）于一体的多功能谱仪,并对其中的关键部件之一--微波桥进行了设计.微波桥的引入,实现了DNP微波发射机的集成化,以及在DNP谱仪基础上的EPR功能扩展.通过结构设计、电路仿真及系统测试,完成了高频谱纯度、高动态范围的微波发射机以及低噪声系数的微波检测系统的设计与制作.并通过DNP增强实验以及连续波EPR实验对微波桥的性能进行了验证.     

脉冲动态核极化增强的NMR 和MRI 系统研究

该文介绍了一种自行设计和构建的可扩展脉冲动态核极化谱仪,可以实现核磁共振波谱与磁共振成像的功能．该仪器的新颖设计主要有：1) 采用基于PCIe 的分布式总线结构,能够极大地提高数据传输效率和通信可靠性,实现精确控制脉冲序列;2) 采用外部高速的DDR 芯片存储脉冲序列元素和FID 数据,可以极大的提高脉冲序列的执行速度,减少快速成像序列的TR 时间间隔;3) 采用时钟移相技术,可以精确产生分辨率为纳秒级别的数字脉冲．最后对该仪器的动态核极化-磁共振波谱与核磁共振成像功能进行了实验验证．     

动态核极化谱仪的技术改造

介绍了动态核极化(DNP)谱仪数字系统的改造和一套的射频发射和接收系统的建立.谱仪射频通道的90°脉冲宽度为5μs,能完全满足固体交叉极化和大功率去耦的实验要求.实现了DNP增强曲线的自动测量     

MRI与MRS在肥胖症研究中的应用进展

肥胖症已经成为严重威胁人类健康的主要慢性疾病之一,磁共振成像(MRI)和磁共振波谱(MRS)技术的结合运用,对于评价脂肪组织分布和蓄积程度具有极大的优势.该文总结了近年来MRI与MRS技术在肥胖症研究中的应用进展,并讨论了MRI与MRS技术在肥胖症临床应用及科学研究中的价值.     

增强低场下脑功能磁共振成像显著性的研究

实现了基于低场0.35 T磁共振成像系统的大脑功能磁共振成像（functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI）的研究. 基于质子密度加权的快速自旋回波(Turbo Spin Echo,TSE)图像,重点研究增强低场fMRI显著性的方法,目的在于提高低场fMRI的可用性. 结果表明：健康受试者在执行手动任务期间,大脑运动区的信号强度变化可以由基于血管外质子信号增强 (Signal Enhancement by Extravascular water Protons,EEP)的对比机制探测. 优化TSE序列参数能提高图像SNR和扫描速度,并在统计分析中增加外在屏蔽图像,可以有效地提高低场下fMRI研究结果的显著性.     

DITFB/4-OH-TEMPO体系中卤键作用的19F DNP研究

卤键与氢键相似,是实现分子与分子非共价键连接的作用之一,其广泛地应用于工程材料和生命化学等领域．有关卤键相互作用的动态核极化（DNP）研究还未见报道．本文利用连续波-电子顺磁共振（CW-EPR）谱仪及自主研制的DNP实验平台对存在卤键相互作用的体系——1,4-二碘四氟苯（DITFB）/4-羟基-2,2,6,6-四甲基吡啶-1-氧自由基（4-OH-TEMPO）进行¹⁹F DNP研究,并与无卤键作用对照组——六氟苯（PFB）/4-OH-TEMPO的¹⁹F DNP增强效果进行了比较．结果发现,DITFB/4-OH-TEMPO较PFB/4-OH-TEMPO具有更窄的EPR线宽和更大的¹⁹F DNP增强．这表明自由基与DITFB卤键作用削弱了自由基之间的电子自旋-自旋相互作用,从而使自由基横向弛豫时间（T_2e）增加、线宽变窄,导致DNP饱和因子和增强倍数变大．因此,可以通过卤键调控自由基电子自旋相互作用,以改善核的DNP增强效果．     

磁共振技术在食品质量与安全研究中的应用

食品质量与安全的检测分析关乎人们生命健康,高效可靠的检测手段是该领域研究的必需条件.磁共振技术,包括核磁共振（NMR）和磁共振成像（MRI）,是20世纪的新兴的食品检测技术．由于该技术对样品几乎无破坏性,且具有可实时快速测量、可同时检测多成分、可获得样品内部图像等优点,因此在食品检测领域的应用越来越多．为了促进该技术在食品科学领域更为深入的应用,该文对磁共振技术在国内外食品质量和安全研究领域的应用现状进行了总结．     

磁共振结构成像在自闭症研究中的应用

自闭症,又称作孤独症,是一种常发生在儿童中的广泛性发育障碍,表现为交流障碍、语言障碍以及重复刻板的行为和狭窄的兴趣爱好. 磁共振成像作为一种无损伤的和多参数的影像方法,其各种检测手段均被应用于自闭症实验研究,其中结构磁共振成像(sMRI)和功能磁共振成像(fMRI)研究居多. 研究表明自闭症患者脑部结构发生了显著性改变. 该文综述了当前世界上利用磁共振结构成像研究自闭症的主要成果,包括结构磁共振成像研究脑体积变化,扩散张量成像研究自闭症的脑白质损伤. 该文也说明磁共振成像是一种十分有用的研究工具,有望在将来更多被用于探索自闭症的未知领域.     

基于AFI的快速发射场B1+成像方法

该文提出了一种基于实际翻转角成像(Actual Flip-angle Imaging,AFI)的快速发射场测量方法(Fast AFI,FAFI),将多次激发平面回波成像(Multi-shot Echo Planar Imaging,Multi-shot EPI)的采集方式运用于AFI发射场(B_1~+)测量中,充分利用AFI序列中采集的等待时间,高倍数加速了水模和人体头部、腹部及盆腔的发射场测量.该文在水模和人体(n=16)实验中,验证了采用FAFI序列得到的B_1~+测量结果与AFI结果的一致性.FAFI序列大幅加速了发射场测量,为实现动态B_1~+匀场(B_1~+shimming)和快速局部激发提供了高效的发射场测量方法.     

一种核四极共振探测系统中天线探头的设计方法

针对基于核四极共振技术的爆炸物探测系统实际要求提出一种抑制振铃拖尾的天线设计方法. 该天线探头由高Q值调谐电路、阻抗匹配电路以及振铃拖尾抑制电路组成. 电路仿真结果表明,所设计的天线探头可以有效地抑制振铃拖尾,缩短天线的恢复时间,大大提高探测系统的可靠性.     

Solid-Effect Rate for Dynamic Nuclear Polarization of Spin-l/2 and Spin-1 Nuclei

The solid-effect rate equations for the dynamic nuclear polarization of spin-1/2 (tritium or hydrogen) or spin-1 (deuterium) nuclei are derived in the limiting case of the electronspin-resonance line width being much smaller than the nuclear-magnetic-resonance frequency. The exact analytical solutions of the rate equations for spin-1/2 nuclei are given, while the rate equations for spin-1 nuclei, which are nonlinear, are solved in decoupling approximation. The nuclear polarization and the electronic polarization as well as the times to polarization are calculated in low temperature limit. It is found that there is an optimal radio frequency pumping rate for the nuclear polarizations, which is not considered until now.     

Conceptual Design Study of a Novel Gyrotron for NMR/DNP Spectroscopy

In this paper we present some initial results from a conceptual design study focused on the development of a novel frequency tunable gyrotron for nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy with signal enhancement based on the utilization of high field radiation and dynamic nuclear polarization (DNP) technique. The first variants of both the electron optical system and the resonant cavity which have been designed aiming continuous frequency tunability in a broad frequency band are presented and discussed. The selected method for frequency tunability is based on the excitation of higher order axial modes and smooth transition between them. It was selected after a critical examination of the known theoretical and practical results related to the frequency control in gyrotrons. It is believed that the current conceptual design is an appropriate basis for development of the next (optimized) design which will include also a detailed design of other components (mode converter, output window etc.) and magnetic circuit (superconducting magnet and supplementary solenoids) as well as for the overall mechanical design and fabrication of the prospective gyrotron.     

微波诱导光学核极化进展

微波诱导光学核极化（Microwave-Induced Optical Nuclear Polarization,MIONP）技术利用光激发三重态样品来极化电子,再用微波将处于非热平衡态的电子极化转移到待检测原子核,将原子核的检测灵敏度提高几个量级甚至更多．这种灵敏度极化增强方法可以用来进行蛋白质结构和动力学检测、光化学和光物理进程的基础研究、量子计算和低场核磁共振（Low-field Nuclear Magnetic Resonance,Low-field NMR）与磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging,MRI）应用研究．该文简要分析了MIONP的物理原理及其在核极化增强中的优势,结合实验条件综述了一些重要的成果．最后,对微波诱导光学核极化的前景作了展望．     

THz-waves channeling in a monolithic saddle-coil for Dynamic Nuclear Polarization enhanced NMR

A saddle coil manufactured by electric discharge machining (EDM) from a solid piece of copper has recently been realized at EPFL for Dynamic Nuclear Polarization enhanced Nuclear Magnetic Resonance experiments (DNP-NMR) at 9.4 T. The corresponding electromagnetic behavior of radio-frequency (400 MHz) and THz (263 GHz) waves were studied by numerical simulation in various measurement configurations. Moreover, we present an experimental method by which the results of the THz-wave numerical modeling are validated. On the basis of the good agreement between numerical and experimental results, we conducted by numerical simulation a systematic analysis on the influence of the coil geometry and of the sample properties on the THz-wave field, which is crucial in view of the optimization of DNP-NMR in solids.     

Analysis of the Mechanism of Photolysis of Methanol-d4 Solutions of Acetylpropionyl Peroxide with the Use of Chemically Induced Dynamic Nuclear Polarization

On the basis of the effects of chemically induced dynamic nuclear polarization of ¹H and ¹³C and the yields of reaction products, the photolysis of methanol-d ₄ solutions of acetylpropionyl peroxide is investigated within the temperature interval 193–333 K. Polarization of all the protons of ethylethanoate is detected; it is shown that the latter is formed in several chemical reactions. The role of different excited states of the peroxide in the mechanism of its photolysis is discussed.     

用于指导仲氢诱导核极化状态保存的己烯分子中五自旋的单重态制备和寿命研究

仲氢诱导核极化（PHIP）技术能极大地增强核磁共振（NMR）信号的灵敏度,已被应用于磁共振成像、原位化学反应监测等领域．除了不断提高不同分子极化后的灵敏度外,延长和保存高极化度状态对PHIP技术的应用也至关重要,其中将极化后的状态制备成核自旋单重态是目前被研究较多的一种方法．本文以能被PHIP技术极化的己烯分子为研究对象,通过设计优化控制脉冲,对分子中的一个五自旋体系进行操控,制备了多种核自旋单重态,结果表明：己烯分子的碳-碳双键上存在三种不同的核自旋单重态,它们的寿命均长于仲氢极化后产生的初始态的寿命,可以作为延缓极化度衰减的一种中间态;通过对比单重态的寿命与相应自旋的纵向弛豫时间发现,将极化后己烯的状态转化为纵向磁化可能也是一种保存极化度的有效方法．     

Pd-Cu双金属催化剂上加氢反应的仲氢诱导超极化研究

本文通过多相催化-仲氢诱导超极化（HET-PHIP）核磁共振（NMR）技术研究了Pd-Cu/SiO₂双金属催化剂上丙炔选择性加氢反应.首先利用等体积浸渍法和连续浸渍法合成了一系列不同Pd/Cu比例和形貌的Pd-Cu/SiO₂双金属催化剂.通过ALTADENA（Adiabatic Longitudinal Transport After Dissociation Engenders Net Alignment）方法发现,催化剂的Pd/Cu比例和形貌均对PHIP的极化效率有较大影响.随着Pd-Cu双金属催化剂中Pd比例的增大,PHIP极化效率降低,同时反应活性增强.在同Pd/Cu比例下,相对于等体积浸渍法,连续浸渍法制备的层叠形貌催化剂具有较弱的极化效率以及较强的催化活性,这是由于催化剂表面暴露出的Pd数量增多,导致催化活性增强;同时单个Pd集簇表面积增大,使得氢原子移动范围扩大,从而造成极化效率降低.