A ressonância magnética nuclear (RMN) é uma ferramenta analítica com uma ampla gama de aplicações, incluindo a ressonância magnética que é usada para fins diagnósticos na medicina. No entanto, a RMN geralmente requer a geração de campos magnéticos poderosos, o que limita o escopo de seu uso.
Pesquisadores que trabalham na Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e no Helmholtz Institute Mainz (HIM) descobriram agora novas maneiras potenciais de reduzir o tamanho dos dispositivos correspondentes e também o possível risco associado, eliminando a necessidade de campos magnéticos fortes. Isto é conseguido combinando a chamada RMN de campo zero a ultrabaixo com uma técnica especial de hiperpolarização. "Este novo método empolgante é baseado em um conceito inovador. Ele abre uma ampla gama de oportunidades e supera desvantagens anteriores", disse a Dra. Danila Barskiy, vencedora do Prêmio Sofja Kovalevskaja que trabalha na disciplina relevante na JGU e HIM desde 2020.

Nova abordagem para permitir medições sem campos magnéticos fortes

A geração atual de dispositivos de RMN é – por causa dos ímãs – extremamente pesada e cara. Outro fator complicador é a atual escassez de hélio líquido que é empregado como refrigerante. "Com nossa nova técnica, estamos gradualmente movendo o ZULF NMR para um status de completamente livre de ímãs, mas ainda temos muitos desafios a superar", afirmou Barskiy.

Para tornar os ímãs redundantes nesse contexto, Barskiy teve a ideia de combinar a ressonância magnética nuclear de campo zero a ultrabaixo (ZULF NMR) com uma técnica especial que possibilita a hiperpolarização dos núcleos atômicos. ZULF NMR é uma forma de espectroscopia recentemente desenvolvida que fornece resultados analíticos abundantes sem a necessidade de grandes campos magnéticos.

Outra vantagem sobre a RMN de alto campo é o fato de que seus sinais também podem ser prontamente detectados na presença de materiais condutores, como metais. Os sensores empregados para ZULF NMR, normalmente magnetômetros bombeados opticamente, são altamente sensíveis, fáceis de usar e já estão disponíveis comercialmente. Assim, é relativamente simples montar um espectrômetro ZULF NMR.

SABRE-Relay:transferindo a ordem de rotação como um bastão

No entanto, o sinal de NMR gerado é uma questão a ser tratada. Os métodos que foram usados ​​até agora para gerar o sinal são adequados apenas para a análise de uma seleção limitada de produtos químicos ou estão associados a custos exorbitantes. Por esta razão, Barskiy decidiu explorar a técnica de hiperpolarização SABRE, que permite alinhar os spins nucleares em grandes números em solução.

Existem várias dessas técnicas que produziriam um sinal suficiente para detecção em condições ZULF. Entre eles está o SABRE, abreviação de Signal Amplification by Reversible Exchange, que provou ser particularmente adequado. Central para a técnica SABRE é um complexo de metal de irídio que medeia a transferência da ordem de rotação do para-hidrogênio para um substrato.

Barskiy conseguiu contornar as desvantagens resultantes da ligação temporária da amostra ao complexo empregando o SABRE-Relay, um aprimoramento muito recente da técnica SABRE. Neste caso, o SABRE é usado para induzir a polarização que é então retransmitida para um substrato secundário.

Spin química na interface da física e da química

Em seu artigo intitulado "Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance", publicado em Science Advances , Dr. Danila Barskiy, autor principal Erik Van Dyke, e seus co-autores relatam como eles foram capazes de detectar os sinais de metanol e etanol extraídos de uma amostra de vodka.

"Este exemplo simples demonstra como fomos capazes de estender a faixa de aplicação do ZULF NMR com a ajuda de um método de hiperpolarização barato, rápido e versátil", resumiu Barskiy. "Esperamos ter conseguido chegar um pouco mais perto do nosso objetivo de viabilizar o desenvolvimento de dispositivos compactos e portáteis que possam ser usados ​​para análise de líquidos como sangue e urina e, no futuro, possivelmente possibilitando a discriminação de determinados produtos químicos como glicose e aminoácidos." + Explorar mais

Colocando outra peça no quebra-cabeça da matéria escura