超极化129Xe磁共振波谱和成像及在生物医学中的应用

文章简要介绍了磁共振波谱和成像的基本原理和对限制其灵敏度的挑战,详细阐述了为增强磁共振信号而制备超极化129Xe的物理机制,论述了129Xe在生物组织中的溶解性以及化学位移的特异性,综述了当前超极化129Xe在肺部、脑部成像领域的研究进展和在临床方面应用所取得的有代表性的研究成果,并讨论了基于超极化129Xe分子生物探针的超灵敏磁共振技术的研究前景,最后对超极化129Xe在生物医学领域的应用与发展作了展望.     

超极化~(129)Xe磁共振波谱和成像及在生物医学中的应用

文章简要介绍了磁共振波谱和成像的基本原理和对限制其灵敏度的挑战,详细阐述了为增强磁共振信号而制备超极化129Xe的物理机制,论述了129Xe在生物组织中的溶解性以及化学位移的特异性,综述了当前超极化129Xe在肺部、脑部成像领域的研究进展和在临床方面应用所取得的有代表性的研究成果,并讨论了基于超极化129Xe分子生物探针的超灵敏磁共振技术的研究前景,最后对超极化129Xe在生物医学领域的应用与发展作了展望.     

超极化129Xe自动收集-升华装置研究

因其较高的核自旋极化度所提供的探测灵敏度,超极化¹²⁹Xe气体已被成功应用于动物和人体磁共振成像（MRI）.但是,在超极化¹²⁹Xe的收集-升华过程中,多种因素会导致¹²⁹Xe核自旋弛豫,进而限制其应用范围.本文通过理论模型分析和实验测量,验证了温度、磁场、螺旋冷阱材质等对冷冻恢复过程中超极化¹²⁹Xe弛豫的影响;同时,测量了自动收集-升华装置的稳定性.研究结果表明,升华方式和冷阱材质对¹²⁹Xe极化度损耗的影响显著;自制收集-升华装置的自动化程度高、长时间稳定,¹²⁹Xe极化度的恢复率可达到85.6% ± 4.7%.本研究非常有助于提升超极化¹²⁹Xe在动物和人体MRI中的使用效率.     

组织蛋白酶B响应的超极化129Xe MRI探针对肺癌细胞的超灵敏探测

组织蛋白酶B（Cat B）是一种溶酶体半胱氨酸蛋白酶,在细胞代谢中起重要作用.已有研究表明Cat B在肺癌细胞中会过表达.因此,细胞内Cat B水平的检测非常重要.迄今为止,细胞内Cat B的检测方法主要为荧光成像,但该技术受限于渗透性和自发荧光背景干扰.为了解决这些问题,我们设计了一种基于超极化¹²⁹Xe磁共振成像的新型探针.它由一个作为¹²⁹Xe核磁共振（NMR）报告基团的穴番分子笼和一个作为Cat B特异性可裂解基团的酰胺键组成.当探针与Cat B相互作用时,酰胺键的断裂会导致其¹²⁹Xe化学位移发生变化.结合超极化-化学交换饱和转移（Hyper-CEST）技术,可为Cat B提供一种新颖的检测方法.     

新型葫芦[6]脲纳米颗粒超极化129Xe"分子笼"研究

在相同浓度下,超极化¹²⁹Xe的核磁共振（NMR）灵敏度是传统质子NMR的10 000倍以上,但单原子Xe不具有靶向性,只有单一NMR信号.若超极化¹²⁹Xe与“分子笼”相结合,就能获得新的“笼”内Xe信号,为发展超极化¹²⁹Xe分子探针奠定基础.因此,构建新型的“分子笼”是发展新型超极化¹²⁹Xe分子探针的一个重要方向.葫芦[6]脲纳米颗粒的出现能改善以葫芦[6]脲为主体的¹²⁹Xe分子探针水溶性差、信号弱等缺点.本文构建了水溶性的葫芦[6]脲纳米颗粒,并发现其具有葫芦[6]脲/纳米颗粒内部两个“笼”内¹²⁹Xe信号.这一发现使这种纳米颗粒具有成为超极化¹²⁹Xe分子探针的潜力,能降低检测结果中假阳性和假阴性的发生率,值得更深入的探索和研究.     

超极化气体肺部磁共振成像

磁共振成像(MRI)技术具有非侵入、无放射性的特点,在临床疾病诊断中具有独特的优势,但是肺部空腔的特殊结构使传统质子MRI无法对其直接成像.自旋交换光抽运(SEOP)方法可以使惰性气体原子的极化度增强4个量级以上,从而使肺部的气体MRI成为可能.该文介绍了超极化惰性气体肺部MRI的最新研究进展,包括超极化气体磁共振相关参数的测量方法、肺部通气结构成像、肺部气体交换功能成像,同时比较了常用于肺部MRI气体的优点和缺点.     

低场流动系统中超极化^129Xe气体辐射阻尼的研究

辐射阻尼现象通常只有在高磁场中，利用高分辨率谱仪，才能观测到液态，像水质子这样具有大自旋浓度的信号。但是我们在低场流动系统中，利用光泵自旋交换的方法，获得高度极化的^129Xe气体，从而使我们能观测到，流动系统下超极化^129Xe的气态辐射阻尼信号。     

低场流动系统中超极化129Xe气体辐射阻尼的研究

辐射阻尼现象通常只有在高磁场中,利用高分辨率谱仪,才能观测到液态,像水质子这样具有大自旋浓度的信号.但是我们在低场流动系统中,利用光泵自旋交换的方法,获得高度极化的129Xe气体,从而使我们能观测到,流动系统下超极化129Xe的气态辐射阻尼信号.     

激光极化129Xe的生物磁共振成像研究进展

激光光抽运自旋交换方法能够极大地增强＾１２９Ｘｅ核自旋极化,其获得的非平衡极化度远远高于在相同磁场里玻尔兹曼平衡值。     

胶束型磁共振成像分子探针的设计与应用

飞速发展的分子影像学在肿瘤的早期诊断及检测中发挥着越来越重要的作用.磁共振成像(MRI)是分子影像学的重要分支,具有其他成像技术不可比拟的优越性和广阔的发展前景.它不需要放射性示踪剂,没有电离辐射,具有高的空间、时间分辨率和组织对比度.近年来,新型磁共振分子探针及成像序列取得了一系列进展,包括环境响应型分子探针、¹⁹F成像、¹²⁹Xe超极化成像以及化学交换饱和转移成像等,进一步拓展了MRI的应用范围.研究和开发靶向性好、弛豫效率高且安全性好的新型多模态MRI造影剂,进一步提高灵敏度是MRI领域的一项重要课题,例如将胶束的特性与一些MRI新方法结合,寻找合适的胶束体系,以提高MRI分子探针的灵敏度;或者引入多模态分子探针,弥补磁共振方法的不足.本文综述了胶束型MRI分子探针核心技术的研究进展与应用,并指出分子影像技术在生物医学工程研究和临床诊断中的重要性.     

Measurement of 129Xe frequency shift due to Cs–129Xe collisions

Enhancement factor K0, which characterizes NMR and EPR frequency shifts for Cs-129Xe, is measured for the first time. The enhancement factor r-o was measured to be （702±41） at 80 ℃ and （653±20） at 90 ℃, using the NMR frequency shift, detected by atomic magnetometer at a low magnetic field of 100 nT. This result is useful for predicting the EPR frequency shifts for Cs and the NMR frequency shifts for 129Xe in spin-exchange cells.     

129Xe NMR study of Xe adsorption on multiwall carbon nanotubes

¹²⁹Xe NMR spectroscopy has been used to study the adsorption of Xe on multi-wall carbon nanotubes (MWCNT). The results obtained have shown the ¹²⁹Xe NMR ability to probe the intercrystalline (aggregate) and the inner porosity of CNT. In particular, the effects on porosity of tubes openings by hydrogen exposure and of ball milling were examined. Dramatic changes observed in the ¹²⁹Xe NMR spectra after moderate ball milling of MWCNTs were attributed to the destruction of the initial intercrystalline pore structure and to the Xe access inside the nanotubes. To examine the exchange dynamics the mixture of as-made and milled MWCNTs was studied with one- and two-dimensional (1D and 2D) ¹²⁹Xe NMR. The exchange between the interior of milled nanotubes and the aggregate pores of as-made MWCNTs was fast on the NMR acquisition time scale. The Xenon exchange between the interior of the as-made MWCNTs and the large aggregate pores occurred on a longer time scale of 10 ms, as was established by 2D ¹²⁹Xe NMR exchange spectroscopy. Variable temperature ¹²⁹Xe NMR data were also discussed and analyzed in terms of the fast exchange approximation.     

129Xe NMR研究MCM-22分子筛中的Xe-Xe作用

¹²⁹Xe NMR 测量得到Xe-Xe碰撞产生的δ_Xe-Xe，该值要比自由 的Xe和在NaY、CaA分 子筛中的值小很多. 通过一定的理论分析，证明在MCM-22分子筛超笼中的Xe-Xe碰撞作用类似于一维气体碰撞，同时表明δ_Xe-Xe也和δ_S（由Xe与孔壁碰撞产生 的化学位移）一样与分子筛的孔道结构密切相关.      

超极化气体氙-129的低场NMR测量

在自旋交换光泵过程中,多种参数可能会影响到最终可获得的超极化气体氙-129核自旋极化度.通过低场(0.002 T)核磁共振(NMR)系统研究了连续流动工作模式的自旋交换光泵过程,当混合工作气体流量为0.3 SLPM和0.5 SLPM时,实验测量得到最佳光泵泡工作温度;对于同位素富集和自然丰度的氙-129气体,核自旋极化度的建立时间分别为15 min和22 min.由于混合工作气体的压力以及组分会导致铷原子吸收线的频移和展宽,并且影响到其线型,实验通过低场NMR系统测量确定了用于自旋交换光泵的最佳激光工作波长.低场NMR测量为获得具有高核自旋极化度的超极化气体氙-129,并且能够用于人体肺部MRI研究提供了实验依据.