超极化氙NMR和MRI的应用

超极化剂的NMR / MRI的应用得到越来越多的关注，因为他们可以在某些情况下，解决了敏感的问题^2。目前使用三种主要方法（动态核极化，DNP，仲氢诱导极化，PHIP和自旋交换光抽运燮）的实际光谱成像实验前准备人为地增加核磁共振磁体的自旋群体差异外。在这里，我们描述的燮设定的功能和操作进行了优化，在溶液状态的实验中使用的超极化¹²⁹ Xe的生产。

的一个重要组成部分，是一种强烈的光源，发射红外光子在795 nm处。激光二极管阵列（LDA）是方便的设备，提供高输出功率> 100 W，在合理的成本。在许多设置中，LDA是发射到光纤中，更多或更少的偏振保持的日E激光光。为了保证足够燮过程，这个椭圆偏振必须将其转换成高纯度的圆极化。在图1和图2所示的偏光光学系统的主要组成部分的，和设置系统的补充电影1中示意性说明。

为圆极化光，我们首先将光纤末端，一个主要的光学扩束（ 例如 ，光纤准直器），以减少功率密度。然后，光穿过偏振分束器立方体，产生直线偏振光。我们可以通过旋转这个立方体确定最佳的剩余极化轴用功率计。最大传输对应于多维数据集的快轴的对齐的情况下，与主要的光的偏振轴。立方体的高消光系数（10万：1或更好）的偏振分量产生了良好的分离。这可通过而旋转，而第一个额外的普通光束的最大传输对准作为分析仪使用的第二束分光器立方体。

一旦已被证实的线性偏振的透射光，设计为795 nm的λ/ 4波片被引入额外的普通光束转换成圆偏振的线性。为了这个目的，波片的快轴的是由45°相对于分束器立方体快轴转动。 （如果需要的话，其线性偏振轴垂直于额外的寻常光束反射的普通光束的圆偏振的可以以类似的方式实现的。）

圆偏振的质量可与第二分束器立方体旋转时，应该得到恒定的传输进行测试。一个二次光学扩束（ 例如，两个镜片在伽利略望远镜配置），然后增加的光束直径，完全我lluminate的玻璃烤箱箱内抽水过程中的细胞。 Rb蒸气在单元格中的激光的吸收进行监测，通过泵送小区后面的销孔在底框：准直器收集的减毒的红外光束，用光学光谱仪进行分析（参见图3，用于泵送单元设置）。

泵送小区甲外侧加热机构部分坐在里面的细胞（ 图4a）的Rb液滴蒸发，并因此使激光吸收。的蒸气的密度可以通过调整各自的PID控制器的加热设定点。高温（约190℃），良好的紧凑型设置，氙气在有限的时间来建立极化。含有氙，N ₂和He的气体混合物流经泵送的细胞（ 图3）的激光束方向相反。用激光束对准的外部磁场确保第Ë红外光子只抽一个RB过渡的。电子态的放宽是快速和必须以避免非辐射发射红外光子与“错误”偏振。这里，作为骤冷气体的N ₂进场。最终，其Rb系统建立人口过剩之一的接地状态次能级的激光（ 图5），而另一种是连续地耗尽。氙气中的铷原子的紧密联系，以体验转移到触发器过程的氙原子核自旋相互作用的电子自旋极化。

泵送小区流出的超极化气体中含有微量的Rb蒸气冷凝液上的管壁内的低温（类似于图4b）的出口，由于几个厘米， 在体内应用，但是，会需要额外的消除碱金属（ 例如，通过冷阱）而在体外 experime，个核苷酸可以安全地执行与气体当它离开hyperpolarizer。聚四氟乙烯管连接偏振器出口与入口的玻璃装置执行NMR实验测试解决方案。使用质量流量控制器的NMR设置流入量进行调整的Xe。他们通过NMR脉冲序列中的命令被触发。检查实现极化增强后，气体可以被用作一个NMR / MRI造影剂，在溶液状态下实验。

氙具有一定的在水中的溶解度（4.5毫摩尔/ ATM）和其他溶剂。因此，它已经可以在其自己的服务作为造影剂显示的分布的一些液体。然而，它也能够连结NMR活性核，以便获得通过其他惰性气体的分子的特定信息的某些分子。通过提供一个分子溶解的Xe主机，它是可能的，赋予分子特异性的Xe NMR信号。这提供了机会，设计官能造影剂-也被称为生物传感器-时，这样的主机结构靶向绑定到特定的分析物的生物医学的兴趣（ 图6）的单元，其被耦合到。

需要进一步的灵敏度增强MR造影剂（<100μM），低浓度的生物传感器时，应当被检测到。通过化学交换饱和转移（CEST），这样就可以实现。此方法检测的生物传感器间接由破坏的笼中的Xe的磁化和观察的信号改变在溶液中的游离的Xe。由于超极化核的不断更换后约10毫秒，100多到1000细胞核转移到检测池的信息，放大信号CA。 10倍（见电影2）。