تلقى هذا المشروع البحثي بتمويل من مجلس البحوث الأوروبي في إطار برنامج الجماعة الأوروبية الإطاري السابع (FP7/2007-2013) / ERC اتفاقية المنحة رقم 242710 وبالإضافة إلى ذلك كان مدعوما من قبل برنامج العلوم الحدودي الإنسان وبرنامج Noether ايمى من الألمانية مؤسسة أبحاث (995/2-1 الدائمة المعنية بحقوق الإنسان).

<ol>
	<li>Schr&#246;der, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Xenon+for+NMR+biosensing+-+Inert+but+alert.">Xenon for NMR biosensing - Inert but alert.</a> Phys Med. , (2011).</li><li>Viale, A., Reineri, F., Santelia, D., Cerutti, E., Ellena, S., Gobetto, R., Aime, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarized+agents+for+advanced+MRI+investigations.">Hyperpolarized agents for advanced MRI investigations.</a> Q J Nucl. Med. Mol. Imaging. 53, 604-617 (2009).</li><li>Walker, T. G., Happer, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-exchange+optical+pumping+of+noble-gas+nuclei.">Spin-exchange optical pumping of noble-gas nuclei.</a> Rev. Mod. Phys. 69, 629-642 (1997).</li><li>Albert, M. S., Cates, G. D., Driehuys, B., Happer, W., Saam, B., Springer, C. S., Wishnia, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+magnetic+resonance+imaging+using+laser-polarized+129Xe.">Biological magnetic resonance imaging using laser-polarized 129Xe.</a> Nature. 370, 199-201 (1994).</li><li>Cherubini, A., Bifone, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarised+xenon+in+biology.">Hyperpolarised xenon in biology.</a> Progr. NMR Spectrosc. 42, 1-30 (2003).</li><li>Goodson, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+magnetic+resonance+of+laser-polarized+noble+gases+in+molecules,+materials,+and+organisms.">Nuclear magnetic resonance of laser-polarized noble gases in molecules, materials, and organisms.</a> J. Magn. Reson. 155, 157-216 (2002).</li><li>Nikolaou, P., Whiting, N., Eschmann, N. A., Chaffee, K. E., Goodson, B. M., Barlow, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Generation+of+laser-polarized+xenon+using+fiber-coupled+laser-diode+arrays+narrowed+with+integrated+volume+holographic+gratings.">Generation of laser-polarized xenon using fiber-coupled laser-diode arrays narrowed with integrated volume holographic gratings.</a> J. Magn. Reson. 197, 249-254 (2009).</li><li>Ruppert, K., Brookeman, J. R., Hagspiel, K. D., Mugler, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+lung+physiology+with+xenon+polarization+transfer+contrast+(XTC).">Probing lung physiology with xenon polarization transfer contrast (XTC).</a> Magn. Reson. Med. 44, 349-357 (2000).</li><li>Driehuys, B., Cofer, G. P., Pollaro, J., Mackel, J. B., Hedlund, L. W., Johnson, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+alveolar-capillary+gas+transfer+using+hyperpolarized+129Xe+MRI.">Imaging alveolar-capillary gas transfer using hyperpolarized 129Xe MRI.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 103, 18278-18283 (2006).</li><li>Spence, M. M., Rubin, S. M., Dimitrov, I. E., Ruiz, E. J., Wemmer, D. E., Pines, A., Yao, S. Q., Tian, F., Schultz, P. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functionalized+xenon+as+a+biosensor.">Functionalized xenon as a biosensor.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 10654-10657 (2001).</li><li>Schr&#246;der, L., Lowery, T. J., Hilty, C., Wemmer, D. E., Pines, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging+using+a+targeted+magnetic+resonance+hyperpolarized+biosensor.">Molecular imaging using a targeted magnetic resonance hyperpolarized biosensor.</a> Science. 314, 446-449 (2006).</li><li>Schrank, G., Ma, Z., Schoeck, A., Saam, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+a+low-pressure+high-capacity+129Xe+flow-through+polarizer.">Characterization of a low-pressure high-capacity 129Xe flow-through polarizer.</a> Phys. Rev. A. 80, 063424 (2009).</li><li>Levron, D., Walter, D. K., Appelt, S., Fitzgerald, R. J., Kahn, D., Korbly, S. E., Sauer, K. E., Happer, W., Earles, T. L., Mawst, L. J., Botez, D., Harvey, M., DiMarco, L., Connolly, J. C., M&#246;ller, H. E., Chen, X. J., Cofer, G. P., Johnson, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+hyperpolarized+129Xe+produced+by+spin+exchange+with+diode-laser+pumped+Cs.">Magnetic resonance imaging of hyperpolarized 129Xe produced by spin exchange with diode-laser pumped Cs.</a> Appl. Phys. Lett. 73, 2666 (1998).</li><li>Zhou, X., Sun, X. P., Luo, J., Zeng, X. Z., Liu, M. L., Zhan, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+Hyperpolarized+129Xe+Gas+Without+Nitrogen+by+Optical+Pumping+at+133Cs+D2+Line+in+Flow+System.">Production of Hyperpolarized 129Xe Gas Without Nitrogen by Optical Pumping at 133Cs D2 Line in Flow System.</a> Chin. Phys. Lett. 21, 1501-1503 (2004).</li><li>Zhou, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hyperpolarized+noble+gases+as+contrast+agents.">Hyperpolarized noble gases as contrast agents.</a> Methods Mol. Biol. 771, 189-204 (2011).</li><li>Seltzer, S. J., Michalak, D. J., Donaldson, M. H., Balabas, M. V., Barber, S. K., Bernasek, S. L., Bouchiat, M. A., Hexemer, A., Hibberd, A. M., Kimball, D. F., Jaye, C., Karaulanov, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+antirelaxation+coatings+for+alkali-metal+vapor+cells+using+surface+science+techniques.">Investigation of antirelaxation coatings for alkali-metal vapor cells using surface science techniques.</a> J. Chem. Phys. 133, 144703 (2010).</li></ol>

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

الجوانب الهامة في إعداد زينون hyperpolarized هي الشوائب الأكسجين في مشعب الغاز بما في ذلك الخلية الضخ والإضاءة الكافية للخلية مع الضوء المستقطب دائريا. المصباح الكهربائي المذكورة أعلاه الاختبار هو طريقة بسيطة للكشف عن تركيزات الأكسجين الضارة أثناء نقل الروبيديوم. قد تفقد...

وكلاء Hyperpolarized تكتسب اهتماما متزايدا لNMR / MRI التطبيقات نظرا لأنها يمكن أن تحل المشكلة حساسية في ظل ظروف معينة 2. وتستخدم حاليا ثلاثة مناهج رئيسية (الاستقطاب النووية الحيوية، DNP؛ شبه الهيدروجين الناجم عن الاستقطاب، PHIP، وتدور تبادل البصرية الضخ، سيوب) أن جميع السكان تعد تدور زيادة مصطنعة الفرق خارج المغناطيس NMR قبل الطيفي التجربة الفعلية أو التصوير . نحن هنا وصف وظيفة وتشغيل الإعداد سيوب الذي تم الأمثل لإنتاج 129 اكس المستخدمة في التجارب hyperpolarized حل الدولة. عنصر أساسي هو مصدر انبعاث الضوء المكثف الفوتونات تحت الحمراء في 795 نانومتر. صفائف يزر ديود (LDA) هي الأجهزة التي توفر مريحة ارتفاع انتاج الطاقة&gt; 100 W بتكلفة معقولة. في العديد من الاجهزة، ويتم انبعاث LDA إلى الألياف الضوئية التي يحتفظ أكثر أو أقل من ال الاستقطابه ضوء الليزر. يجب لضمان عملية سيوب كافية يمكن تحويل هذا الاستقطاب إلى بيضاوي الشكل الدائري الاستقطاب بدرجة نقاء عالية. وترد المكونات الرئيسية للبصريات الاستقطاب في أرقام 1 و 2 و إنشاء نظام ويفسر تخطيطي في الفيلم التكميلية 1. لاستقطاب دائري ضوء نعلق أولا نهاية الألياف البصرية إلى توسيع شعاع الأساسية (على سبيل المثال، وهو تلسكوب الموازاة الألياف) للحد من كثافة الطاقة. ويمر الضوء من خلال المكعب ثم شعاع الاستقطاب الخائن، وتوليد الضوء المستقطب خطيا. عن طريق تناوب هذا المكعب يمكننا تحديد المحور المفضل للالاستقطاب المتبقية مع السلطة متر. الإرسال القصوى يتوافق مع الحالة التي تكون فيها محاذاة محور سريع من المكعب مع محور الاستقطاب ضوء الرئيسية. مكعبات مع معاملات الانقراض عالية (100،000: 1 أو أفضل) تسفر عن فصل مكونات جيدة من الاستقطاب. يمكن اختبار هذهباستخدام الحزمة الخائن 2 مكعب كما أن محلل يتم استدارة بينما يتم محاذاة أول واحد لنقل الحد الأقصى من الحزم غير عادية. مرة واحدة وقد تم تأكيد الاستقطاب الخطي من الضوء المرسل، هو عرض لوحة الموجة λ / 4 المصممة ل795 نانومتر في شعاع غير عادية لتحويل خطي إلى الاستقطاب الدائري. لهذا الغرض، ومحور سريع من لوحة الموجة يتم استدارة بنسبة 45 ° نسبة إلى شعاع مكعب محور الخائن بسرعة. (إذا رغبت، يمكن أن يتحقق من شعاع الاستقطاب الدائري العادي ينعكس على خطي مع الاستقطاب عمودي إلى محور شعاع غير عادية بطريقة مماثلة.) ويمكن اختبار نوعية الاستقطاب دائري مع مكعب شعاع الخائن الثانية التي ينبغي أن تسفر انتقال ثابت على التناوب. A توسيع شعاع الثانوية البصريات (على سبيل المثال اثنين من العدسات في تكوين تلسكوب الجليل) ثم يزيد قطرها إلى شعاع تماما طlluminate الخلية الزجاج لعملية الضخ داخل مربع الفرن. ويتم رصد امتصاص ضوء الليزر بواسطة بخار الروبيديوم في الخلية من خلال ثقب دبوس وراء الخلية ضخ في نهاية المربع: لتلسكوب الموازاة يجمع شعاع IR الموهن إلى تحليل الطيف الضوئي مع (انظر الشكل 3 للخلية ضخ الإعداد ). آلية التسخين خارج الخلية ضخ يبخر جزئيا قطرة الروبيديوم يجلس داخل الخلية (الشكل 4A) وبالتالي يسبب الليزر امتصاص الضوء. ويمكن تعديل كثافة بخار عن طريق تسخين نقطة مجموعة من وحدة تحكم PID منها. درجات حرارة عالية (حوالي 190 درجة مئوية) جيدة للالاجهزة المدمجة حيث زينون لديه كمية محدودة من الوقت لبناء الاستقطاب. تحتوي على خليط الغاز XE، N 2 وكان يتدفق عبر الخلية ضخ المعاكس لاتجاه الشعاع ليزر (الشكل 3). حقل مغناطيسي خارجي تتماشى مع شعاع الليزر يضمن أن اله الفوتونات IR يتم ضخ واحد فقط الانتقال الروبيديوم. تخفيف الولايات الإلكترون بسرعة ويجب أن تكون غير الإشعاعي لتجنب انبعاث الفوتونات IR مع الاستقطاب &quot;خاطئة&quot;. هنا، 2 N يأتي دور كغاز إخماد. في نهاية المطاف، ونظام الروبيديوم يتراكم على الزيادة السكانية واحد من مستويات ثانوية الحالة الأرضية بينما يتم استنفاد باستمرار الآخر بواسطة الليزر (الشكل 5). زينون الحصول على اتصال وثيق إلى ذرات الروبيديوم الخبرات تدور تدور التفاعلات ويتم نقل الاستقطاب تدور الإلكترونات على النوى اكس في الوجه بالتخبط العمليات. الغاز hyperpolarized المتدفقة من الخلية ضخ يحتوي على كميات ضئيلة من بخار الروبيديوم أن المكثفات على الحائط داخل أنابيب الطول قليل من منفذ نظرا لدرجة حرارة منخفضة (على غرار الشكل 4B). في التطبيقات الجسم الحي، ومع ذلك، يتطلب القضاء إضافية من الفلزات القلوية (مثل من خلال فخ بارد) في حين أنه في المختبر experimeلا يمكن أن يؤديها اليلة بسلام مع الغاز كما أنها تترك hyperpolarizer. تفلون أنابيب يربط منفذ المستقطب مع مدخل جهاز الزجاج لإجراء تجارب على NMR حلول الاختبار. وتستخدم وحدات تحكم تدفق الشامل لضبط كمية اكس التي تصب في الإعداد NMR. يتم تشغيلها من قبل الأوامر في تسلسل نبض NMR. بعد التحقق من تعزيز الاستقطاب تحقيق ذلك، يمكن استخدام الغاز كعامل النقيض NMR / MRI في التجارب حل الدولة. XE لديها القابلية للذوبان في الماء بعض (4.5 مم / ATM) وغيرها من المذيبات. ولذلك يمكن أن تكون بالفعل من تلقاء نفسها كعامل النقيض لعرض توزيع بعض السوائل. ومع ذلك، فمن الممكن أيضا ربط نوى NMR-نشطة لجزيئات معينة من أجل الحصول على معلومات محددة الجزيئية من خلال غاز خامل غير ذلك. من خلال توفير مجموعة الجزيئية لاكس المنحل، أنه من الممكن أن يضفي خصوصية الجزيئية للإشارة NMR XE. هذا يتيح الفرصة لوكلاء تصميم النقيض functionalized - وتسمى أيضا أجهزة استشعار العوامل البيولوجية - عندما يقترن هذا الهيكل المضيف إلى وحدة استهداف التي تربط لanalytes محددة من الفائدة الطبية الحيوية (الشكل 6). مطلوب مزيد من تعزيز الحساسية عند يجب أن يتم الكشف عن و biosensor بتركيزات منخفضة للأن عوامل التباين MR (&lt;100 ميكرومتر). ويمكن تحقيق هذا عن طريق التحويل الكيميائية التشبع الصرف (CEST). هذا الأسلوب يكشف بشكل غير مباشر و biosensor من خلال تدمير مغنطة من زي قفص ومراقبة تغير إشارة اكس الحرة في الحل. منذ يتم استبدال باستمرار نواة hyperpolarized بعد نحو 10 مللي، وكثير النوى نقل 100 حتي 1000 المعلومات على الكشف عن تجمع وتضخيم إشارة كاليفورنيا. 10 3 أضعاف (انظر فيلم 2).

<table border="1" style=";text-align:right;direction:rtl"><tbody><tr><td> اسم كاشف </td><td> شركة </td><td> كتالوج رقم </td><td> التعليقات (اختياري) </td></tr><tr><td> RB سبيكة </td><td> سيغما الدريخ </td><td> 276332-1G </td><td></td></tr><tr><td> P 4 O 10 </td><td> سيغما الدريخ </td><td> 79610-500G </td><td></td></tr><tr><td> ع </td><td> PRAXAIR </td><td></td><td></td></tr><tr><td> XE </td><td> سيغما الدريخ </td><td> 00472-1EA </td><td></td></tr><tr><td> O 2 </td><td> سيغما الدريخ </td><td> 00476-1EA </td><td></td></tr><tr><td> ليزر نظام </td><td> QPC ليزر / ليزر العمليات </td><td> Brightlock 50 </td><td></td></tr><tr><td> فراغ النظام </td><td> فايفر </td><td> HiCube </td><td></td></tr><tr><td> المزدوجات الحرارية </td><td> نيوبورتأوميغا </td><td> SA2F-KI-3M </td><td></td></tr><tr><td> السيليكون سخان </td><td> نيوبورت أوميغا </td><td> FMA5514 </td><td></td></tr><tr><td> الضغط على المفاتيح </td><td> نيوبورت أوميغا </td><td> PR 33X-V-10 </td><td></td></tr><tr><td> عملية متر </td><td> نيوبورت أوميغا </td><td> INFCP-100B </td><td></td></tr><tr><td> وحدات تحكم تدفق الشامل </td><td> نيوبورت أوميغا </td><td> MFC </td><td></td></tr><tr><td> PID المنظمين </td><td> نيوبورت أوميغا </td><td> CN7800 </td><td></td></tr><tr><td> برنامج حاسوبي لمراقبة </td><td> نيوبورت أوميغا </td><td> DasyLab </td><td></td></tr><tr><td> الحصول على البيانات </td><td> نيوبورت أوميغا </td><td> Daqboard 3000 </td><td></td></tr><tr><td> فراغ أجهزة الاستشعار </td><td> أورليكن </td><td> TTR91 </td><td></td></tr><tr><td> فراغ تحكم </td><td> VACOM </td><td> MVC-3 </td><td></td></tr><tr><td> شعاع تلسكوب الموازاة </td><td> Thorlabs </td><td> F810SMA-780 </td><td></td></tr><tr><td> شعاع الاستقطاب الخائن مكعب </td><td> Thorlabs </td><td> GL15-B </td><td></td></tr><tr><td> λ لوحة / 4 الموجة </td><td> Thorlabs </td><td> WPQ10M-780 </td><td></td></tr><tr><td> العدسات شعاع التوسع </td><td> Thorlabs </td><td></td><td></td></tr><tr><td> مطياف الضوئية </td><td> المحيط للبصريات </td><td> HR4000 </td><td></td></tr><tr><td> الألياف البصرية </td><td> المحيط للبصريات </td><td></td><td></td></tr><tr><td> انخفاض ضغط أنبوب NMR </td><td> Wilmad </td><td> 513 7LPV-7 </td><td></td></tr><tr><td> 5MM NMR أنبوب </td><td> سيغما الدريخ </td><td> HX58.1 </td><td></td></tr><tr><td> لفائف هيلمهولتز </td><td> Phywe </td><td> 06960-00 </td><td></td></tr><tr><td> تنصهر سيلييهCA الشعيرات الدموية </td><td> Polymicro </td><td> TSG 250350 </td><td></td></tr></tbody></table>

hyperpolarized xenon for nmr and mri applications

الرنين المغناطيسي النووي (NMR) والتصوير الطيفي (MRI) يعانون من انخفاض الحساسية المتأصلة بسبب قوية المجالات المغناطيسية الخارجية حتى من T 10 ~ توليد صغيرة فقط للكشف الصافية للمغنطة من العينة في درجة حرارة الغرفة 1. وبالتالي، فإن معظم NMR وتطبيقات تعتمد على التصوير بالرنين المغناطيسي الكشف عن الجزيئات في تركيز عال نسبيا (على سبيل المثال، الماء لتصوير الأنسجة البيولوجية) أو تتطلب اكتساب مرات المفرطة. وهذا يحد من قدرتنا على استغلال خصوصية مفيدة جدا للإشارات الجزيئية NMR للعديد من تطبيقات الكيمياء الحيوية والطبية. ومع ذلك، نهج جديدة ظهرت في السنوات القليلة الماضية: يمكن التلاعب من الأنواع تدور الكشف قبل الكشف داخل المغناطيس NMR / MRI زيادة كبيرة في مغنطة، وبالتالي يتيح الكشف عن الجزيئات عند تركيز أقل من ذلك بكثير 2. هنا، نقدم طريقة لاستقطاب خليط الغاز زينون (XE 2-5٪، و 10٪N 2، والتوازن) في إعداد التعاقد مع كاليفورنيا. 16000 أضعاف تعزيز الإشارات. الليزر الصمام الثنائي الحديثة خط ضاقت تسمح الاستقطاب كفاءة استخدام الفوري 7 و خليط من الغاز حتى إذا لم يتم فصل الغازات النبيلة من المكونات الأخرى. وأوضح الجهاز سيوب ويتجلى تحديد الاستقطاب تدور للسيطرة تحقيق أداء الأسلوب. يمكن استخدام الغاز hyperpolarized للتصوير الفضاء الفراغ، بما في ذلك التصوير تدفق الغاز أو نشرها في الدراسات واجهات مع غيرها من المواد 8،9. وعلاوة على ذلك، إشارة NMR اكس حساس للغاية لبيئتها الجزيئية 6. هذا الخيار يتيح لاستخدامها كعامل النقيض NMR / MRI عندما يذوب في محلول مائي مع المضيفين الجزيئية functionalized هذا الفخ مؤقتا الغاز 10،11. ويتجلى الكشف المباشر والكشف عن حساسية عالية غير المباشرة لمثل هذه التركيبات في وضع كل الطيفية والتصوير. &lt;/ P&gt;

Watch this Scientific Journal Video about Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications at JoVE.com

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

يوصف إنتاج مصابيح hyperpolarized عن طريق تبادل تدور البصرية ضخ (سيوب). هذه الطريقة تعطي ~ 10000-أضعاف تعزيز الاستقطاب تدور النووية من اكس-129 ولها تطبيقات في التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي والتصوير. وهناك أمثلة من تجارب المرحلة الغاز وحل الدولة.

Hyperpolarized زينون لNMR وتطبيقات التصوير بالرنين المغناطيسي

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 ...

hyperpolarized-xenon-for-nmr-and-mri-applications

Research

JoVE Journal

Engineering

19.4K Views.  Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie. يوصف إنتاج مصابيح hyperpolarized عن طريق تبادل تدور البصرية ضخ (سيوب). هذه الطريقة تعطي ~ 10000-أضعاف تعزيز الاستقطاب تدور النووية من اكس-129 ولها تطبيقات في التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي والتصوير. وهناك أمثلة من تجارب المرحلة الغاز وحل الدولة.

Video: Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

Solid-state Graft Copolymer Electrolytes for Lithium Battery Applications

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 &deg;C), flammable, and volatile organic electrolytes. These organic based electrolyte systems are viable at ambient temperatures, but require a cooling system to ensure that temperatures do not exceed 80 &deg;C. These cooling systems tend to increase battery costs and can malfunction which can lead to battery malfunction and explosions, thus endangering human life. Increases in petroleum prices lead to a huge demand for safe, electric hybrid vehicles that are more economically viable to operate as oil prices continue to rise. Existing organic based electrolytes used in lithium ion batteries are not applicable to high temperature automotive applications. A safer alternative to organic electrolytes is solid polymer electrolytes. This work will highlight the synthesis for a graft copolymer electrolyte (GCE) poly(oxyethylene) methacrylate (POEM) to a block with a lower glass transition temperature (Tg) poly(oxyethylene) acrylate (POEA). The conduction mechanism has been discussed and it has been demonstrated the relationship between polymer segmental motion and ionic conductivity indeed has a Vogel-Tammann-Fulcher (VTF) dependence. Batteries containing commercially available LP30 organic (LiPF6 in ethylene carbonate (EC):dimethyl carbonate (DMC) at a 1:1 ratio) and GCE were cycled at ambient temperature. It was found that at ambient temperature, the batteries containing GCE showed a greater overpotential when compared to LP30 electrolyte. However at temperatures greater than 60 &deg;C, the GCE cell exhibited much lower overpotential due to fast polymer electrolyte conductivity and nearly the full theoretical specific capacity of 170 mAh/g was accessed.

Lithium ion batteries employ flammable and volatile organic electrolytes that are suitable for ambient temperature applications. A safer alternative to organic electrolytes are solid polymer batteries. Solid polymer batteries operate safely at high temperatures (&gt;120 &deg;C), thus making them applicable to high temperature applications such as deep oil drilling and hybrid electric vehicles. This paper will discuss (a) the polymer synthesis, (b) the polymer conduction mechanism, and (c) provide temperature cycling for both solid polymer and organic electrolytes.

الحالة الصلبة الشوارد كوبوليمر الكسب غير المشروع ليثيوم تطبيقات البطارية

Battery safety has been a very important research area over the past decade. Commercially available lithium ion batteries employ low flash point (&lt;80 ...

Use of a Multi-compartment Dynamic Single Enzyme Phantom for Studies of Hyperpolarized Magnetic Resonance Agents

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due to fundamental constraints imposed by the hyperpolarized state, exotic imaging and reconstruction techniques are commonly used. A practical system for characterization of dynamic, multi-spectral imaging methods is critically needed. Such a system must reproducibly recapitulate the relevant chemical dynamics of normal and pathological tissues. The most widely utilized substrate to date is hyperpolarized [1-13C]-pyruvate for assessment of cancer metabolism. We describe an enzyme-based phantom system that mediates the conversion of pyruvate to lactate. The reaction is initiated by injection of the hyperpolarized agent into multiple chambers within the phantom, each of which contains varying concentrations of reagents that control the reaction rate. Multiple compartments are necessary to ensure that imaging sequences faithfully capture the spatial and metabolic heterogeneity of tissue. This system will aid the development and validation of advanced imaging strategies by providing chemical dynamics that are not available from conventional phantoms, as well as control and reproducibility that is not possible in vivo.

A multi-compartment dynamic phantom is used to simulate some biology of interest for metabolic studies using hyperpolarized magnet resonance agents.

استخدام متعدد مقصورة الحيوي واحدة أنزيم فانتوم للدراسات وكلاء الرنين المغناطيسي Hyperpolarized

Imaging of hyperpolarized substrates by magnetic resonance shows great clinical promise for assessment of critical biochemical processes in real time. Due ...

Three-dimensional Particle Tracking Velocimetry for Turbulence Applications: Case of a Jet Flow

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic recording of image sequences. The basic components, features, constraints and optimization tips of a 3D-PTV topology consisting of a high-speed camera with a four-view splitter are described and discussed in this article. The technique is applied to the intermediate flow field (5 &#60;x/d &#60;25) of a circular jet at Re &#8776; 7,000. Lagrangian flow features and turbulence quantities in an Eulerian frame are estimated around ten diameters downstream of the jet origin and at various radial distances from the jet core. Lagrangian properties include trajectory, velocity and acceleration of selected particles as well as curvature of the flow path, which are obtained from the Frenet-Serret equation. Estimation of the 3D velocity and turbulence fields around the jet core axis at a cross-plane located at ten diameters downstream of the jet is compared with literature, and the power spectrum of the large-scale streamwise velocity motions is obtained at various radial distances from the jet core.

A three-dimensional particle tracking velocimetry (3D-PTV) system based on a high-speed camera with a four-view splitter is described here. The technique is applied to a jet flow from a circular pipe in the vicinity of ten diameters downstream at Reynolds number Re &#8776; 7,000.

ثلاثي الأبعاد السرعة بواسطة الجسيمات تتبع للتطبيقات الاضطراب: حالة من تدفق جت

3D-PTV is a quantitative flow measurement technique that aims to track the Lagrangian paths of a set of particles in three dimensions using stereoscopic ...

Colloidal Synthesis of Nanopatch Antennas for Applications in Plasmonics and Nanophotonics

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic nanoscale patch antennas. This includes a detailed procedure for the fabrication of thin films with a well-controlled thickness over macroscopic areas using layer-by-layer deposition of polyelectrolyte polymers, namely poly(allylamine) hydrochloride (PAH) and polystyrene sulfonate (PSS). These polyelectrolyte spacer layers serve as a dielectric gap in between silver nanocubes and a gold film. By controlling the size of the nanocubes or the gap thickness, the plasmon resonance can be tuned from about 500 nm to 700 nm. Next, we demonstrate how to incorporate organic sulfo-cyanine5 carboxylic acid (Cy5) dye molecules into the dielectric polymer gap region of the nanopatch antennas. Finally, we show greatly enhanced fluorescence of the Cy5 dyes by spectrally matching the plasmon resonance with the excitation energy and the Cy5 absorption peak. The method presented here enables the fabrication of plasmonic nanopatch antennas with well-controlled dimensions utilizing colloidal synthesis and a layer-by-layer dip-coating process with the potential for low cost and large-scale production. These nanopatch antennas hold great promise for practical applications, for example in sensing, ultrafast optoelectronic devices and for high-efficiency photodetectors.

A protocol for the colloidal synthesis of silver nanocubes and fabrication of plasmonic nanoscale patch antennas with sub-10 nm gaps is presented.

الغروية توليف Nanopatch هوائيات للتطبيقات في Plasmonics وبصريات النانو

We present a method for colloidal synthesis of silver nanocubes and the use of these in combination with a smooth gold film, to fabricate plasmonic ...

Fabrication of Polymer Microspheres for Optical Resonator and Laser Applications

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, interface precipitation, and mini-emulsion. In all methods, well-defined, micrometer-sized spheres are obtained from a self-assembling process in solution. The vapor diffusion method can result in spheres with the highest sphericity and surface smoothness, yet the types of the polymers able to form these spheres are limited. On the other hand, in the mini-emulsion method, microspheres can be made from various types of polymers, even from highly crystalline polymers with coplanar, &#960;-conjugated backbones. The photoluminescent (PL) properties from single isolated microspheres are unusual: the PL is confined inside the spheres, propagates at the circumference of the spheres via the total internal reflection at the polymer/air interface, and self-interferes to show sharp and periodic resonant PL lines. These resonating modes are so-called "whispering gallery modes" (WGMs). This work demonstrates how to measure WGM PL from single isolated spheres using the micro-photoluminescence (&#181;-PL) technique. In this technique, a focused laser beam irradiates a single microsphere, and the luminescence is detected by a spectrometer. A micromanipulation technique is then used to connect the microspheres one by one and to demonstrate the intersphere PL propagation and color conversion from coupled microspheres upon excitation at the perimeter of one sphere and detection of PL from the other microsphere. These techniques, &#181;-PL and micromanipulation, are useful for experiments on micro-optic application using polymer materials.

Protocols for the synthesis of microspheres from polymers, the manipulation of microspheres, and micro-photoluminescence measurements are presented.

تصنيع المجهرية البوليمر لمرنان البصرية وتطبيقات الليزر

This paper describes three methods of preparing fluorescent microspheres comprising &#960;-conjugated or non-conjugated polymers: vapor diffusion, ...

Protocol for the Evaluation of MRI Artifacts Caused by Metal Implants to Assess the Suitability of Implants and the Vulnerability of Pulse Sequences

As the number of magnetic resonance imaging (MRI) scanners and patients with medical implants is constantly growing, radiologists increasingly encounter metallic implant-related artifacts in MRI, resulting in reduced image quality. Therefore, the MRI suitability of implants in terms of artifact volume, as well as the development of pulse sequences to reduce image artifacts, are becoming more and more important. Here, we present a comprehensive protocol which allows for a standardized evaluation of the artifact volume of implants on MRI. Furthermore, this protocol can be used to analyze the vulnerability of different pulse sequences to artifacts. The proposed protocol can be applied to T1- and T2-weighted images with or without fat-suppression and all passive implants. Furthermore, the procedure enables the separate and three-dimensional identification of signal loss and pile-up artifacts. As previous investigations differed greatly in evaluation methods, the comparability of their results was limited. Thus, standardized measurements of MRI artifact volumes are necessary to provide better comparability. This may improve the development of the MRI suitability of implants and better pulse sequences to finally improve patient care.

We describe a standardized method to evaluate magnetic resonance imaging artifacts caused by implants to estimate the suitability of the implants for magnetic resonance imaging and/or the vulnerability of different pulse sequences to metallic artifacts simultaneously.

بروتوكول للتقييم للتصوير بالرنين المغناطيسي النتائج الملموسة الناجمة عن المعادن يزرع لتقييم مدى ملاءمة يزرع وضعف تسلسلات النبض

As the number of magnetic resonance imaging (MRI) scanners and patients with medical implants is constantly growing, radiologists increasingly encounter ...

Fabrication of Superhydrophobic Metal Surfaces for Anti-Icing Applications

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in industry. The wettability of the produced surface was analyzed by bouncing drop experiments and the topography was analyzed by confocal microscopy. In addition, we show various methodologies to measure its durability and anti-icing properties. Superhydrophobic surfaces hold a special texture that must be preserved to keep their water-repellency. To fabricate durable surfaces, we followed two strategies to incorporate a resistant texture. The first strategy is a direct incorporation of roughness to the metal substrate by acid etching. After this surface texturization, the surface energy was decreased by silanization or fluoropolymer deposition. The second strategy is the growth of a ceria layer (after surface texturization) that should enhance the surface hardness and corrosion resistance. The surface energy was decreased with a stearic acid film.
The durability of the superhydrophobic surfaces was examined by a particle impact test, mechanical wear by lateral abrasion, and UV-ozone resistance. The anti-icing properties were explored by studying the ability to repeal subcooled water, freezing delay, and ice adhesion.

We illustrate several methodologies to produce superhydrophobic metal surfaces and to explore their durability and anti-icing properties.

تصنيع سوبيرهيدروفوبيك الأسطح المعدنية لتطبيقات مضادة للتجمد

Several ways to produce superhydrophobic metal surfaces are presented in this work. Aluminum was chosen as the metal substrate due to its wide use in ...

Controllable Nucleation of Cavitation from Plasmonic Gold Nanoparticles for Enhancing High Intensity Focused Ultrasound Applications

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) for the controllable nucleation of cavitation in tissue-mimicking gel phantoms. This in vitro protocol was developed to demonstrate the feasibility of this approach, for both enhancement of imaging and therapeutic applications for cancer. The same apparatus can be used for both imaging and therapeutic applications by varying the exposure duration of the HIFU system. For short duration exposures (10 &#181;s), broadband acoustic emissions were generated through the controlled nucleation of inertial cavitation around the gold nanoparticles. These emissions provide direct localization of nanoparticles. For future applications, these particles may be functionalized with molecular-targeting antibodies (e.g. anti-HER2 for breast cancer) and can provide precise localization of cancerous regions, complementing routine diagnostic ultrasound imaging. For continuous wave (CW) exposures, the cavitation activity was used to increase the localized heating from the HIFU exposures resulting in larger thermal damage in the gel phantoms. The acoustic emissions generated from inertial cavitation activity during these CW exposures was monitored using a passive cavitation detection (PCD) system to provide feedback of cavitation activity. Increased localized heating was only achieved through the unique combination of nanoparticles, laser light and HIFU. Further validation of this technique in pre-clinical models of cancer is necessary.

This protocol demonstrates the controllable nucleation of cavitation in gel phantoms, through simultaneous exposure to both near-infrared pulsed laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU). The cavitation activity can then be used for enhancing imaging and/or therapeutic uses of HIFU.

وركز التنو يمكن السيطرة عليها من التجويف من جسيمات نانوية الذهب Plasmonic لتعزيز كثافة عالية تطبيقات الموجات فوق الصوتية

In this study, plasmonic gold nanoparticles were simultaneously exposed to pulsed near-infrared laser light and high intensity focused ultrasound (HIFU) ...

Optimization, Test and Diagnostics of Miniaturized Hall Thrusters

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without attendance and adjustment. Thermochemical thrusters which utilize thermodynamic properties of gases as a means of acceleration have physical limitations on their exhaust gas velocity, resulting in low efficiency. Moreover, these engines demonstrate extremely low efficiency at small thrusts and may be unsuitable for continuously operating systems which provide real-time adaptive control of the spacecraft orientation, velocity and position. In contrast, electric propulsion systems which use electromagnetic fields to accelerate ionized gases (i.e., plasmas) do not have any physical limitation in terms of exhaust velocity, allowing virtually any mass efficiency and specific impulse. Low-thrust Hall thrusters have a lifetime of several thousand hours. Their discharge voltage ranges between 100 and 300 V, operating at a nominal power of &lt;1 kW. They vary from 20 to 100 mm in size. Large Hall thrusters can provide fractions of millinewton of thrust. Over the past few decades, there has been an increasing interest in small mass, low power, and high efficiency propulsion systems to drive satellites of 50-200 kg. In this work, we will demonstrate how to build, test, and optimize a small (30 mm) Hall thruster capable of propelling a small satellite weighing about 50 kg. We will show the thruster operating in a large space environment simulator, and describe how thrust is measured and electric parameters, including plasma characteristics, are collected and processed to assess key thruster parameters. We will also demonstrate how the thruster is optimized to make it one of the most efficient small thrusters ever built. We will also address challenges and opportunities presented by new thruster materials.

Here, we present a protocol to test and optimize space propulsion systems based on miniaturized Hall-type thrusters.

التحسين، واختبار وتشخيص للدفاعات قاعة المنمنمة

Miniaturized spacecraft and satellites require smart, highly efficient and durable low-thrust thrusters, capable of extended, reliable operation without ...

Application of a Coupling Agent to Improve the Dielectric Properties of Polymer-Based Nanocomposites

In this work, an easy, low-cost, and widely applicable method was developed to improve the compatibility between the ceramic fillers and the polymer matrix by adding 3-aminopropyltriethoxysilane (KH550) as a coupling agent during the fabrication process of BaTiO3-P(VDF-CTFE) nanocomposites through solution casting. Results show that the use of KH550 can modify the surface of ceramic nanofillers; therefore, good wettability on the ceramic-polymer interface was achieved, and the enhanced energy storage performances were obtained by a suitable amount of the coupling agent. This method can be used to prepare flexible composites, which is highly desirable for the production of high-performance film capacitors. If an excessive amount of coupling agent is used in the process, the non-attached coupling agent can participate in complex reactions, which leads to a decrease in dielectric constant and an increase in dielectric loss.

Here, we demonstrate a simple and low-cost solution-casting process to improve the compatibility between the filler and the matrix of polymer-based nanocomposites using surface modified BaTiO3 fillers, which can effectively enhance the energy density of the composites.

تطبيق عامل اقتران لتحسين خصائص عازلة من نانوكومبوسس القائم على البوليمر

In this work, an easy, low-cost, and widely applicable method was developed to improve the compatibility between the ceramic fillers and the polymer ...