麻省理工学院的研究人员已经开发出一种显着提高核磁共振波谱(NMR)灵敏度的方法，该技术用于研究多种分子的结构和组成，包括与阿尔茨海默氏病和其他疾病有关的蛋白质。

亚瑟·阿莫斯·诺耶斯(Arthur Amos Noyes)化学教授罗伯特·格里芬(Robert Griffin)说，使用这种新方法，科学家应该能够在短短几分钟内分析出以前需要数年才能破解的结构。这种依靠微波功率短脉冲的新方法可以使研究人员确定许多至今仍难以研究的复杂蛋白质的结构。

这项研究的资深作者格里芬说：“这项技术将为化学，生物，材料和医学开辟广阔的新领域，而这些领域目前尚无法获得。”

麻省理工学院的博士后Kong Ooi Tan是该论文的主要作者，该论文发表于1月18日的《科学进展》杂志上。前麻省理工学院的博士生Chen Yang和Guinevere Mathies以及布鲁克生物旋转公司的Ralph Weber也是该论文的作者。

增强灵敏度

传统的NMR利用原子核的磁性来揭示包含这些原子核的分子的结构。通过使用与氢和其他同位素标记的原子(如碳或氮)的核自旋相互作用的强磁场，NMR可以测量这些核的化学位移特征。这些偏移对于每个原子都是唯一的，因此可以用作指纹，可以进一步利用这些指纹来揭示那些原子是如何连接的。

NMR的灵敏度取决于原子的极化，即每个自旋集合中“向上”和“向下”核自旋总体之间差异的度量。极化越大，可获得的灵敏度越高。通常，研究人员试图通过施加高达35特斯拉的更强磁场来增加样品的极化。

麻省理工学院等离子体科学与融合中心的格里芬和理查德·特金(Richard Temkin)在过去的25年中一直在开发另一种方法，该方法使用称为动态核极化(DNP)的技术进一步增强了极化。该技术涉及将极化的自由基从不成对的电子转移到正在研究的样品中的氢，碳，氮或磷核。这增加了极化作用，使发现分子的结构特征变得更加容易。

DNP通常通过使用称为回旋加速器的仪器用高频微波连续照射样品来执行。这将NMR灵敏度提高了约100倍。但是，此方法需要大量功率，并且在可能提供更大分辨率提高的更高磁场下效果不佳。

为了克服这个问题，麻省理工学院的团队想出了一种方法，该方法可以传递短脉冲的微波辐射，而不是连续地暴露微波。通过以特定的频率传送这些脉冲，它们能够将极化强度提高多达200倍。这与传统DNP所实现的改进类似，但是它仅需要7%的功率，并且与传统DNP不同，它可以在更高的磁场下实现。