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.     

金刚石薄膜的磁共振研究

颗粒状的金刚石单晶是一种性能优越的材料,它具有优良的物理、化学性质,如特殊的硬度、化学稳定性、热的良导体和低的电导率以及优良的光学特性,但因其形态所限,至今未能在更多的领域内得到充分的应用和开发。近年来,由于低压合成技术的发展,金刚石薄膜成为引人注目的功能材料。它除了具备金刚石单晶的性质外,在电子技术、光学声学领域的应用前景,比粒状金刚石更为广泛。现在制备金刚石薄膜方法主要是低压化学气相沉积(CVD)法,但是薄膜的化学结构及形成过程并不是非常清楚,同时薄膜中的杂质如H,N等原子成键情况也没有完全被了解。本文报道了我们利用核磁共振(NMR)和电子自旋共振(ESR)方法对两个天然丰度的金刚石薄膜样品的研究结果,为评价薄膜的质量和了解成膜过程提供了参考。     

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.     

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.     

~(13)C-NMR技术研究聚丙烯构型

自从~1H—NMR技术被应用于研究溶液烯烃聚合链构型后,为确定丙烯聚合链的真实构型提供了有力的研究手段。但是由于~1H—NMR波谱的化学位移比较小,造成谱线之间相互重迭,给图谱的分析带来困难。随着NMR技术的迅速发展,Zambelli等用质子全去偶~(13)C—NMR技术得到了分辨率好、灵敏度高的聚丙烯模型化合物的谱图,迅速开展了~(13)C—NMR技术在聚丙烯中的应用。     

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.     

取代呲啶杂环碱在水中质子化作用平衡常数的测定

利用NMR方法来研究平衡反应的报道很多。例如用~1H NMR化学位移可测定pK_α值;也可以用NMR方法测定一些溶液平衡时的结构、溶剂化数和热力学函数;1~H、~(13)C和~(15)N NMR谱还可用来确定平衡中异构体存在的比例。本文利用Handloser的方法测定了具有不同取代基吡啶碱类的平衡常数,并从中推断这些基团的电子效应。     

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     

二乙三胺五乙酸吡哆醇酯钆、锰配合物的合成、弛豫率及其肝靶向性

将肝靶向性基团吡哆醇通过间隔基引入到二乙三胺五乙酸(DTPA)配体,再与Gd³⁺或Mn²⁺配位,合成了两类顺磁性金属配合物.其结构经¹H NMR, UV和IR表征.测定了这些配合物在水溶液中水质子的纵向弛豫率R₁.配体用放射性核素⁹⁹Tc标记,研究了配体的肝靶向性.实验结果表明,引入靶向基团后配体对肝细胞显示靶向性.动物磁共振成像实验进一步证实了配合物的肝靶向性.     

简化的投影重建法核磁共振成象

核磁共振(NMR)成象是七十年代发展起来的一种新型成象技术,它提供的信息不仅与样品的核自旋密度有关,而且可与样品核的弛豫机构(弛豫时间T_1、T_2)以及样品的流速、扩散系数等参量有关,NMR成象可对成     

(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.     

0.5Na_2O·B_2O_3玻璃的~(11)B变温核磁共振研究

将NMR方法运用于玻璃结构的研究已经取得了很大的进展。近年来也有文献报道运用变温NMR技术研究玻璃的熔体结构,但局限于单一组分玻璃,如B_2O_3,SiO_2玻璃等。 Bray等曾用NMR方法研究了RNa_2O·B_2O_3玻璃态结构,认为R=0.5时玻璃的基     

一种高分辨的局部谱估计方法——FID重建法

脉冲傅里叶变换核磁共振(NMR)波谱自70年代前后引入核磁共振领域以来,发挥了巨大的作用,它使信息具有可加工性,并使累加成为提高信噪比的良好手段.在此基础上发展的多维NMR更是成为化学家、生物学家研究分子结构的得力助手.但是,随着NMR向更高维发展,要处理的数据量、实验时间和所需的存储空间成几何级数增长.另一方面,通常采用的快速傅里叶变换算法(FFT)存在不少缺点,如采样点只能取2~n(n为整数),当数字     

核磁共振法测定复杂样品中微量有机氟毒物初探——鼠药毒饵及有毒菜汤中氟乙酸钠和氟乙酰胺的测定

核磁共振法(NMR)是鉴定有机化合物的强有力手段,广泛用于纯化合物的结构鉴定。但是,NMR法测定复杂基质(matrix)中有机氟毒物未见文献报道,本文在这方面进行了探索性研究。氟乙酸钠和氟乙酰胺是两种剧毒灭鼠药,它们的测定有GC法、HPLC法、TLC法和化学显色法等。     

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.     

储油岩心的核磁共振微成像

核磁共振(NMR)微成像是一种正在兴起的快速、无损、直观显示和监测多孔非均匀介质内部结构和微观动态过程的现代分析测试及基础研究手段,在油藏描述与强化采油机理研究中具有广阔的应用前景,是世界石油工业的前沿技术.本工作旨在探索适合于各种类型储油岩石结构描述的NMR微成像实验方法.     

对NaCl晶体~(23)Na NMR的FID节拍现象的一个新解释

对于NaCl晶体中~(23)Na核磁共振(NMR)的自由感应衰减(FID)信号的节拍现象,本文提出了一个新的解释。认为这样的FID所对应的非高斯型共振吸收线,实际上是由多重的高斯型谱线叠加而成的。使用本文所讨论的延迟取样的NMR(Delay Sompling NMR)方法——简称为DLNMR,不但可以展现出这些多谱线的结构,而且还发现这些谱线的自旋-自旋弛豫     

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     

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     

太平正长石的微结构与~(29)Si NME谱研究

周玲棣等,对一些用X射线粉末衍射法确定为正长石的晶体进行了~(29)Si和~(27)Al核磁共振谱研究,发现这些正长石的~(29)Si NMR谱并不象一些人所描述的那样是两个分别占T_2和1/2T_1位置的峰,而具有3个峰。笔者对安徽太平花岗岩岩墙中正长石斑晶的微结构与~(29)Si NMR谱进行了研究,以期对该正长石的~(29)Si NMR谱具有3个峰作出解释。