NMRやMRIのアプリケーションのための過分極キセノン

彼らは、特定の状況下で²感度の問題を解決することができるので、過分極剤は、NMR / MRIのアプリケーションのために注目を集めている。すべてが前に実際分光やイメージング実験にNMRマグネット外人為的に増加したスピン集団間の差異を準備している3つの主要なアプローチは、現在（そして交換光ポンピング、ヒソプをスピン;、パラ水素誘起分極、PHIP動的核分極は、DNP）が使用されている。ここでは、溶液状態の実験で使用した超偏極¹²⁹ Xeの製造用に最適化されてい燮セットアップの機能と動作について説明します。

必須成分は795 nmで赤外線光子を発する強烈な光源である。レーザダイオードアレイ（LDA）は、高出力、合理的なコストで> 100 Wを提供する便利なデバイスです。多くのセットアップでは、LDAは多かれ少なかれ目の偏光を保持していることを光ファイバに放出している電子レーザー光。十分燮プロセスを保証するために、この楕円偏光は、高純度の円偏光に変換する必要があります。偏光光学系の主要な構成要素は、 図1および図2に示されており、システムのセットアップは補足ムービー1に模式的に説明されています。

円偏光を偏光させるために、我々は最初の電力密度を低減するための一次ビーム拡大光学素子（ 例えば 、ファイバコリメータ）にファイバ端を取り付けます。光は、直線偏光を発生させると、偏光ビームスプリッタキューブを通過します。このキューブを回転させることにより、我々は、パワー·メータと残留分極の好ましい軸を決定することができます。最大伝送は、キューブの速い軸は主光線の偏光軸と一致させている状況に対応しています。高い吸光係数を持つキューブ（10万：1以上）は、偏光成分の良好な分離が得られます。これは、テストすることができます最初のものは並外れたビームの最大伝送のために整列されている間回転させアナライザとして第2のビームスプリッタキューブを使用しています。

透過光の直線偏光が確認された後、795 nmのために設計され、λ/ 4波長板を円偏光に線形変換する超常光線に導入される。この目的のために、波長板の高速軸は45°ビームスプリッタキューブ速い軸に対してにより回転される。 （必要に応じて、その直線偏光軸に垂直と超常光線に対する反射普通の光の円偏光は、同様の方法で達成することができます。）

円偏光の質は回転時に一定の伝送が得られるはず第2のビームスプリッタキューブでテストすることができます。二次ビーム拡大光学系（ガリレイ望遠鏡の構成で例えば 2つのレンズが）その後、私は完全にビーム径を増大させるオーブンボックス内のポンピングプロセス用ガラスセルをlluminate。細胞におけるRb蒸気によるレーザ光 ​​の吸収がボックスの末尾にポンプセル背後にピンホールを介して監視されます。コリメータは、光分析装置（ポンピングセルのセットアップについては図3を参照して分析される減衰赤外線ビームを収集）。

ポンプセル外加熱機構が部分的にセルの中に座ったRb滴（ 図4a）を気化させ、したがって、レーザー光吸収を引き起こす。蒸気の密度はそれぞれのPIDコントローラの加熱セットポイントを経由して調整することができます。高い温度（約190℃）キセノンは偏光を構築するために、限られた時間を持っているコンパクトなセットアップのために良いです。 Xeを、N ₂とHeの混合ガスは、レーザービーム方向と反対ポンピングセル（ 図3）を通って流れる。レーザービームで整列外部磁場は、その目を確実にE IR光子は1つだけRbの遷移を励起しています。電子状態の緩和が速く、 "間違った"偏光と赤外線光子の放出を避けるために、非放射性である必要があります。ここで、N _2は、クエンチガスとして場に出る。他の1が連続してレーザー（ 図5）により枯渇しながら最終的には、Rbのシステムは、基底状態のサブレベルの1の人口過剰を構築します。 Rb原子の​​経験スピン – スピン相互作用と電子スピン分極に密着取得キセノンは、フリップフロップのプロセスでのXe核に転写される。

ポンピングセルの流出超偏極ガスは低温（ 図4b、図のようなもの）に起因するコンセントの数cm内チューブの壁に凝縮そのRbの蒸気の微量が含まれています。vivoアプリケーションでは 、しかし、追加の除去を必要とするであろうアルカリ金属（コールドトラップなどによる） の in vitro における experimeに対しそれはhyperpolarizerを離れると国税庁はガスで安全に行うことができる。テフロンチューブは、テスト·ソリューションでNMR実験を行うためにガラス装置の入口と偏光コンセントを接続します。マスフローコントローラは、NMRのセットアップに流入Xeの量を調整するために使用されます。彼らは、NMRパルスシーケンス内のコマンドによってトリガーされます。達成偏強化を確認した後、ガスは溶液状態の実験でNMR / MRI造影剤として使用することができます。

Xeは、水中で一定の溶解度（4.5ミリモル/ atm）および他の溶剤を持っています。したがって、すでにいくつかの液体の分布を表示するために造影剤として単独で機能することができます。しかし、そうでなければ不活性ガスを介して分子固有の情報を取得するために、特定の分子にNMR活性核をリンクさせることも可能である。溶解XEの分子ホストを提供することによって、それは、Xe NMR信号に分子特異性を付与することが可能である。これは、機会を提供していますデザイン官能造影剤-また、バイオセンサーと呼ばれる-このようなホスト構造は生物医学の関心のある特定の分析物（ 図6）に結合し、標的ユニットに結合されている。

バイオセンサーは、MR造影剤（<100μM）のために低い濃度で検出されるべきであると、さらに感度の向上が必要となります。これは、化学交換飽和移動（CEST）することによって達成することができる。この方法では、ケージXeの磁化を破壊し、溶液中の遊離Xeのシグナル変化を観察することによって、間接的にバイオセンサーを検出します。超偏極核がいくつか連続して10ミリ秒後に交換されているので、多くの100から1000の核が検出されたプールに情報を転送し、信号CAを増幅する。 10 ³倍（動画2参照）。