近日，中國科學(xué)院精密測量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院與武漢大學(xué)等單位合作發(fā)展了水溶液中氣體磁共振信號增強新方法，該方法可在水溶液中顯著增強氣體的磁共振信號，從而提高磁共振分子檢測靈敏度。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上。
磁共振波譜與成像(NMR/MRI)作為一種重要的分析和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于液體、固體、生物組織檢測，成為活體狀態(tài)下顯示人體結(jié)構(gòu)和功能的影像學(xué)技術(shù)，可對實體臟器成像，并且無輻射性、無成像深度限制。然而對于肺部來說，傳統(tǒng)的磁共振成像(1H MRI)技術(shù)難以實現(xiàn)對肺泡內(nèi)的氣體成像，因此肺部成了傳統(tǒng)磁共振檢測的“盲區(qū)”。
氣體磁共振能彌補傳統(tǒng)磁共振的不足。精密測量院周欣課題組通過超極化技術(shù)將129Xe氣體磁共振信號增強50000倍以上，并已應(yīng)用于人體肺部結(jié)構(gòu)與功能的檢測，成功“點亮”肺部。該技術(shù)沒有侵入性，在肺部重大疾病的診斷和治療評估方面，具有其他技術(shù)*的優(yōu)勢。然而，將129Xe磁共振直接用于生物系統(tǒng)檢測沒有特異性。近年來，上發(fā)展了一系列分子“籠”，能結(jié)合129Xe原子，賦予超極化129Xe磁共振特異性檢測的能力。但是，這些分子“籠”都存在水溶性差，“籠”內(nèi)129Xe信號弱的問題，提高“籠”內(nèi)129Xe的信號強度是該領(lǐng)域面臨的一大挑戰(zhàn)。
該研究中，研究人員*提出水穩(wěn)定性的金屬有機骨架材料(MOF)——ZIF-8作為129Xe的納米“籠”來裝載129Xe，能有效提高水溶液中“籠”內(nèi)129Xe的濃度，利用課題組自主研制的超極化氣體磁共振科學(xué)儀器，顯著增強了水溶液中“籠”內(nèi)129Xe的磁共振信號，比傳統(tǒng)分子“籠”內(nèi)129Xe的磁共振信號提高了200倍，實現(xiàn)了超極化129Xe磁共振分子影像領(lǐng)域的重要突破。此外，由于突破了 “籠”內(nèi)Xe信號強度的壁壘，可在生物檢測中利用該信號與血液中信號之間的化學(xué)交換，放大血液中的微弱信號，從而提升血液中分子探測的靈敏度。
該方法被命名為“Hyperpolarized Xe Signal Advancement by Metal-organic framework Entrapment (Hyper-SAME)”。Hyper-SAME可與作者之前發(fā)明的Hyper-SAGE技術(shù)(PNAS，2009)相結(jié)合，進一步優(yōu)化、放大129Xe的磁共振信號。這項研究顯著提高了水溶液中氣體磁共振的靈敏度和分辨率，代表著氣體磁共振作為生物醫(yī)學(xué)主要工具向著高靈敏靶向檢測邁進了一步。
精密測量院博士曾慶斌與武漢大學(xué)博士別秉林為共同作者，精密測量院研究員周欣、郭茜旎和武漢大學(xué)教授鄧鶴翔為共同通訊作者。該研究得到了科學(xué)技術(shù)部、國家自然科學(xué)基金委員會和中科院的支持。
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