区分岩心中大孔和微孔的核磁共振微成像方法

本文报道利用岩心中饱和流体的核磁共振(NMR)自旋密度(D)、纵向弛豫时间(T_1)加权、以及横向弛豫时间(T_2)加权三种微成像相结合区分储油岩石中的大孔和微孔的实验方法和结果.实验在Bruker MSL-400超导NMR谱仪微成像附件上完成,样品为用盐水饱和的天然岩心,其外形是直径13mm,长度28mm     

生物复杂环境下的核磁共振技术和应用:机遇与挑战并存

核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术是研究生物大分子结构、动力学和相互作用最理想的工具之一.近年来,高场NMR波谱仪的使用和NMR实验方法的不断创新,在很大程度上提高了NMR技术检测的灵敏度和分辨率,使NMR技术得到快速发展和广泛应用.目前,生命科学与物质科学的交叉融合使生命科学研究从观察、描述性科学转向定量、可预测性科学,多种学科交叉渗透发展已成为科学研究领域十分普遍的现象.在这种趋势下,生物复杂环境下的磁共振谱学研究体系日趋成熟,本文重点回顾和讨论了多学科交叉研究趋势下NMR技术在生物复杂体系中的应用和发展,主要包括复杂膜环境下的膜蛋白研究、复杂细胞环境下的细胞内NMR(in-cell NMR)研究以及骨组织的固体NMR研究等.     

关节软骨和骨关节炎的傅里叶变换红外光谱学显微成像研究进展

傅里叶变换红外光谱学显微成像(FTIRI)将傅里叶变换红外光谱测量和微区成像技术有机结合起来,同时采集样品的分子光谱和表面形貌信息,可以获得样品空间各微区位置的组成和分子结构信息.本文简述了该成像系统的构成、特点和工作原理,介绍了FTIRI在生物医学/光学领域新开辟的关节软骨光谱成像.重点介绍了该技术用于研究正常关节软骨和骨关节炎软骨所取得的代表性成果和进展,分析了部分局限性及其在该领域的未来发展前景.     

MRI:获奖及其风波

2003年诺贝尔生理学或医学奖授予两位物理学家--美国的劳特布(P.C.Lauterbur)和英国的曼斯菲尔德(P.Mansfield),以表彰他们"在磁共振成像(MRI)方面的发现"."磁共振"是"核磁共振"(NMR)的简称,MRI成像技术作为一种重要的医学诊断手段,在医院里已经相当普及.     

超声、磁共振多功能微气泡造影剂的制备和应用

随着包膜微气泡材料和制备技术的发展, 微气泡超声造影剂不仅用于超声成像诊断, 而且在分子成像、药物传输及靶向治疗等多个领域得到广泛的研究与应用. 实验制备了膜壳装载Fe₃O₄纳米颗粒、中心包裹氮气的聚合物微气泡造影剂, 体外超声成像(US)显影实验发现该微气泡具有良好的超声图像增强作用. 利用包膜微气泡在超声场作用下的振动模型研究其动力学行为发现, 膜壳中包裹的Fe₃O₄纳米颗粒在一定浓度范围内能增加微气泡的膜壳散射截面, 增强超声波的背向散射强度, 从而显著增强超声图像的显影效果; 当超过一定Fe₃O₄纳米颗粒浓度则会导致微气泡膜壳散射截面减小, 从而降低超声图像增强效果. 另一方面体外磁共振成像(MRI)显影实验证明, 随着膜壳中Fe₃O₄纳米颗粒含量的增加, MRI增强效果亦增加. 因此为了制备US和MRI双重显影增强的微气泡造影剂, 控制磁性纳米颗粒在微气泡膜壳中的包裹量十分重要.     

纳米生物医学成像表征与医学功能生物界面

基于微尺度(微/纳米)功能生物界面的成像与表征,集成并发展了以原子力显微镜、环境扫描电子显微镜等纳米源头技术为主导的,具有相互协同、验证、补充的多信息、多层次联合成像、表征及微加工设备功能群,实现了活体生物界面微尺度成像与表征方法学上的突破.进而,强调"医学功能界面"的概念,针对血管、骨和肿瘤相关医学功能界面,深入开展"微尺度构建-功能-力学耦合机制"研究.在此基础上,受血管内皮细胞为载体的血流/血液/血管相互作用功能界面的启发,实现黏附可控医学功能界面的仿生设计与制备;同时在中医"补气活血"理论的指导下,开辟"生物力药理学"这一新的交叉研究领域,强调生物力学因素在药理学研究和临床诊疗活动中的重要作用,建立可作为Biomarker另一类形式的临床样品微尺度力学参数指标,并倡导将"实验台/病床"双向引导的转化医学模式实施于诊断与治疗中.     

彼得·曼斯菲尔德(1933-2017)

<正>彼得·曼斯菲尔德发明了革命性的医疗技术——磁共振成像技术(MRI)。英国著名物理学家彼得·曼斯菲尔德在1972年的发现推动了磁共振成像技术(MRI)的发展,造福了数以百万计的人。曼斯菲尔德是一位受过传统训练的物理学家,他意识到可以利用核磁共振(NMR)技术获得活体组织的横截面影像。他开发的安全、无侵袭技术可以对组织切片的软组织和器官清晰成像,革新了医疗诊断,改变了人脑的研究。仰赖这项工     

选择激发脉冲的有限脉宽响应滤波设计方法

近年来,频率选择激发受到广泛的研究并成功地应用于核磁共振(NMR)的各类实验之中.溶剂峰抑制、双共振、多量子相关以及多维NMR均与选择激发有关,或许它的最重要应用是在NMR成象上.如今,选择激发单元(SEU)已成为现代NMR谱仪的重要组成部分.     

测络合物离解常数的核磁共振方法研究

目前NMR手段已广泛应用于研究金属离子络合物的络合平衡.根据金属离子或配体的NMR参数随浓度的变化,来测得络合物的离解常数.络合平衡过程是一种动态平衡过程,如果这种过程相对于NMR时间标度是慢交换过程,就可以直接从NMR谱的积分强度计算出络合平衡常数.遗憾的是,绝大多数络合平衡的动态过程都是快交换过程,这就给NMR方法测定络合平衡常数带来一些困难.     

溶胀的γ-辐照交联顺1,4-聚丁二烯的NMR微成象

核磁共振成象在生物医学中已经成为一种成熟的技术.它在材料科学中将找到广泛应用的前景.目前已开始用于研究各种类型材料的性质,如含有液体添加剂的陶瓷材料,含石油岩心和弹性高聚物.我们已经报道了辐照交联顺1,4-聚丁二烯本体材料的NMR微成象.本文通过溶胀成象给出辐照交联结构的信息.     

选择激发脉冲的有限脉宽响应滤波设计方法

<正>近年来,频率选择激发受到广泛的研究并成功地应用于核磁共振(NMR)的各类实验之中.溶剂峰抑制、双共振、多量子相关以及多维NMR均与选择激发有关,或许它的最重要应用是在NMR成象上.如今,选择激发单元(SEU)已成为现代NMR谱仪的重要组成部分.     

(Bi_(1.6)Pb_(0.4))Sr_2Ca_2Cu_3O_y中(63)~Cu核磁共振的变温研究

从1987年以来,人们对高临界温度超导材料作了大量的核磁共振(NMR)测量,主要集中在Y系123相的单晶和磁取向样品上.发现这类超导体不能用传统的Fermi液体物理图象来理解其在正常态的NMR行为,以及在超导态时表现出非常规电声配对机制.由此引出的分析和讨论都对各种理论模型作了实验上的限制.由于Bi系氧化物超导体存在调制结构,在化学均匀性和单相性方面都比Y系差.这样每个晶格位置的化学环境有很大的分布,会引起NMR谱线的增宽.这种材料本征结构上的特点限制了它的NMR研究,特别是Bi系2223相,因为单相样品难于得到,有关这种材料中铜的NMR研究至今报道甚少.     

NMR谱的去卷积处理及其在成像中的应用

一、前言 在核磁共振(NMR)实验中,得到的谱图是某两个函数卷积的情形是很多的。如由于磁场不均匀造成谱图分辨率的下降,如果我们去除了磁场不均匀引起的线型变化对谱的卷积作用,就可能获得理想的高分辨谱;在NMR成像中,投影谱受到样品本征线型的卷积作用造成像的分辨率下降和失真,在某些情形下需要消除本征线型的影响。除了NMR谱的处理以外,其他数字信号处理中也经常面临此类问题,称为去卷积处理,但在实现中需解决一系列问     

多探针扫描探针显微镜研究进展与应用

扫描探针显微镜(SPM)是微纳尺度形貌表征、物性测量及微纳操作的重要工具之一.传统的SPM只有单一探针,功能单一,多探针扫描探针显微镜(MP-SPM)的出现拓展了SPM的应用.MP-SPM的多个探针可充当精确定位的测量电极,从而提供了一种无损探测样品微纳尺度电学输运性质的方法;也可相当于多只独立活动的"手",相互配合实现复杂的纳米操作;还可以探针成像,成像信息作为其他探针操作的先验/反馈信息,从而提高操作的效率及准确性.本文首先介绍了MP-SPM的基本仪器结构,多探针距离缩小及位置标定方法,以及使用多探针技术测量材料电阻率的原理,接着总结了近年来MP-SPM在样品微纳尺度电学输运性质测量、微纳操作、并行成像与操作以及新型力学性质测量等方面的应用,最后探讨了该技术的前沿发展以及面临的机遇与挑战.     

多肽及蛋白质中天然丰度15N的NMR检测

~15N的核磁共振(NMR)研究是蛋白质溶液结构解析中的一个重点.用NMR对生物大分子的溶液构象进行研究的第一步,往往就是通过~15N的异核多量子相干(HMQC)谱的测定来定出酰胺质子的归属,再进行全相关谱(TOCSY)和核欧沃豪斯(Overhauser)增强谱(NOESY)等其他谱的实验 由于~15N天然丰度很低(约0.37%),直接对蛋白质中天然丰度~15N进行NMR的研究几乎没有报道.三维及多维NMR实验在对样品进行~15N富集处理的条件下能够更为方便、有效地测定蛋白质溶液结构,但很多蛋白质是从天然物质中提取出来的,纯化过程已很复杂,要获得~15N标记的蛋白质样品更加不容易.同位素标记技术十分繁琐,成本昂贵,不是每一个从事蛋白质溶液结构研究的实验室所能实现的.因此对蛋白质中天然丰度~15N的NMR研究具有十分重要的意义.     

用甲基橙作紫外探针表征聚乙撑亚胺衍生物的疏水微区

在酶的结构中,疏水部位的底物结合作用(Substrate binding)是酶的一个非常主要的功能.在酶的功能模拟中,引入类似于酶的微区对于理解酶的特殊催化能力具有重要意义.前文报道了不等性微区概念的提出并用 NMR 技术表征了聚乙撑亚胺(PEI)衍生物的疏水微区.本文利用甲基橙(MO)染料作探针进一步表征了 PEI 衍生物的疏水微区.甲基橙的最大吸收蜂(λ_(max))在低极性的介质中移向低波长:在水中λ_(max) 为465nm,在有机溶剂中为420—430nm.这一位移已被用于表征溶液中聚合物的微环境.因此,由部分季铵化的 PEI 提供的微环境的本质同样可以通过 PEI 衍生物对 MO 紫外吸收的影响来进行研究.     

新核磁共振波谱仪

1979年春天,美国卡内基-梅朗(Carnegie-Mellon)大学的一台新的核磁共振(NMR)波谱仪投入实验工作. 这台新的装置在14.1特斯拉的超导磁场中得到质子的最高进动频率为600兆赫.这是目前NMR波谱仪达到的最高磁场.目前市场上能得到的带有持久(电流)超导线圈的NMR波谱仪的最高磁场为8.4特斯拉,相当于360兆赫.400兆赫的NMR波谱仪正开始出现于市场上.在没有谱线随磁场提高而增宽的情形下,生物化学和生物物理研究工作者利用这台仪器可以期望在分开不同分子环境的氢核的NMR峰时,把分辨率提高一倍. 这台Carnegie-Mellon NMR波谱仪能区别共振频率仅相差0.3赫(5×10~(-10))的结构.这样的灵敏     

植物重要膜蛋白的扩散与胞吞机制

膜蛋白作为细胞膜的重要组成部分,通常会发生胞吞循环以调控其在细胞膜上的数量平衡,或响应外界环境的刺激.单分子成像技术是近年来发展起来的,可用于在活细胞条件下对单个分子进行观测和研究的新技术,具有较高的时空分辨率,实现了在纳米和微秒水平上对单个分子的快速实时成像和精确分析.本文结合作者所在实验室取得的研究成果,介绍了利用单分子技术,包括全内反射荧光显微术、荧光相关光谱、荧光互相关光谱分析等方法,对植物几种重要膜蛋白在质膜上的运动特征以及胞吞途径的研究工作,总结了植物中脂筏微区分布及脂筏参与的胞吞途径对膜蛋白功能的调控机制,展望了植物质膜微区的精确划分以及膜蛋白胞吞之后的去向等方面所面临的难题.     

动态扫描在NR-PC 平板透镜目标探测成像中的应用

用时域有限差分法(FDTD)研究了基于等效负折射光子晶体(NR-PC)平板透镜的动态扫描系统在目标探测成像中的应用. 通过对负折射光子晶体(NR-PC)平板透镜的仿真和研究得到: 由于微禁带和共振激发效应, 在共振频率0.3068(a/λ)处出现很强的光波透射峰, 从点源发出的光波在经由NR-PC 平板透镜聚焦于目标后, 在该处将会产生极强的后向散射波, 使得后向散射波的再聚焦横向扫描分辨率和图像分辨率有了极大的提高. 另外, 通过将非动态扫描方案与动态扫描方案进行对比, 可以发现动态扫描方案能够获得较好的再聚焦分辨率,具有一定的优越性. 为将理想化的LHM 平板透镜探测成像系统转化为可实现的NR-PC 平板透镜系统提供了重要依据, 从而对优化探测成像系统的性能、实现小目标的探测及成像具有十分重要的意义.     

氨基化单分散超顺磁荧光PGMA多功能微球制备

通过分散聚合法制备微米级单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)微球, 并对其进行氨基改 性, 随后在微球内部原位沉积合成磁性纳米粒子, 溶胀渗入量子点, 最终制备了氨基化、微米级、单分散、超顺磁、荧光复合多功能聚合物微球. 通过扫描电子显微镜(SEM)观察微球表面形貌, 并计算平均粒径及变异系数, 结果显示微球平均粒径为1.42 μm, 变异系数3.8%. 傅里叶红外光谱仪(FTIR)表征证明PGMA微球成功引入氨基. X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分析表明原位生成了磁性纳米粒子, 微球具有超顺磁性. 荧光显微镜观察到多功能微球具有较强荧光强度. 紫外灯照射下磁分离实验表明微球兼具磁性和荧光. 所合成的多功能微球有希望应用于生物分离、生物成像、生物标记和荧光检测等领域.