Queremos estimar la pérdida de polarización de una solución hiperpolarizada durante el transporte desde el equipo hiperpolarizante hasta el escáner de RMN a medida que atraviesa diferentes campos magnéticos. Nuestra técnica estima el tiempo de relajación de la celosía de espín de las soluciones hiperpolarizadas en campos magnéticos bajos con alta precisión. Este método no se limita a la polarización nuclear dinámica y se puede utilizar para estimar el tiempo de relajación de la espíniga de otros métodos de polarización, incluida la polarización inducida por parahidrógenos.
Al realizar esta técnica, asegúrese de que la muestra hiperpolarizada no se cruza ni permanece en la región de campo cero durante ningún período de tiempo, de lo contrario puede perder completamente la polarización. Preparar un mililitro de solución de ácido piruvico enriquecido con carbono-13, ampliamente utilizado para la investigación in vivo, que consiste en 15 milimoles por litro de radical triarylmetil disuelto en ácido piruvico 1-13C. En la interfaz del software de polarizador nuclear dinámico, haga clic en el botón Cooldown para reducir la temperatura del inserto de temperatura variable a 1,4 kelvin.
Una vez que el DNP haya alcanzado la temperatura deseada, cargue 10 microlitros de la solución de stock en una taza de muestra. Abra las puertas de la torreta e inserte la copa en el VTI utilizando una varita de inserción diseñada específicamente para esta tarea. Extraiga rápidamente la varita y asegúrese de que la copa esté liberada.
A continuación, cierre las puertas de la torreta y permita que la temperatura del VTI vuelva a 1,4 kelvin. Mientras tanto, prepare el DNP para ejecutar un barrido de microondas con el fin de encontrar la frecuencia de radio óptima para la hiperpolarización de la solución de stock. Al final del barrido de microondas, recupere la muestra.
A continuación, ajuste el sistema en reposo y registre la frecuencia óptima donde se alcanza la polarización máxima. Esta frecuencia óptima se define como la frecuencia de polarización que proporciona la polarización máxima. Esta frecuencia se utilizará para hiperpolarizar todas las alícuotas obtenidas de esa solución específica de stock de ácido piruvico.
Preparar 250 mililitros de medio de disolución de stock como se describe en el protocolo de texto, y añadir EDTA a una concentración de 100 miligramos por litro para secuestrar cualquier contaminación de iones metálicos. Además, preparar 500 mililitros de solución de limpieza de stock que consiste en 100 miligramos por litro EDTA disuelto en agua desionizada. Aproximadamente 10 mililitros de esta solución de limpieza se utiliza después de cada polarización para limpiar la trayectoria de disolución del DNP.
Enfríe el aparato DNP a 1,4 kelvin en preparación de hiperpolarización de una muestra de ácido piruvico de 1-13C seleccionando el botón Cooldown en la ventana principal del DNP. Pesar 30 miligramos de la solución preparada de ácido piruvico en una taza de muestra. Cuando se alcance la temperatura VTI deseada, haga clic en Insertar muestra, seleccione Muestra normal y, a continuación, haga clic en Siguiente.
Siguiendo las precauciones de seguridad que se muestran en la pantalla, inserte la copa en el aparato DNP frío utilizando una varita larga diseñada específicamente para esta tarea. Una vez insertada la copa, retire la varita y cierre las puertas DNP. En la interfaz de software DNP, haga clic en Siguiente y, a continuación, en Finalizar.
Espere hasta que la temperatura haya vuelto a 1,4 kelvin y, a continuación, haga clic en el botón Polarizar muestra. En la nueva ventana emergente, establezca el valor de frecuencia en el obtenido del barrido de microondas. En la misma ventana, establezca la potencia en 50 milivatios y el tiempo de muestreo en 300 segundos.
Haga clic en Siguiente, marque la casilla Habilitar supervisión de compilación y, a continuación, haga clic en Finalizar. Polarizar hasta que la acumulación de la magnetización de estado sólido alcance al menos el 95% del máximo. Cuando se logre la polarización deseada, haga clic en Ejecutar disolución.
En Método, seleccione Prueba de ácido pirujo y, a continuación, haga clic en Siguiente. Siguiendo las instrucciones que aparecen en pantalla, abra las puertas de la torreta DNP. Cargue la cámara de calefacción y presurización en la parte superior del aparato con aproximadamente 4,55 mililitros del medio de disolución.
Esto produce una concentración de 80 milimolemols por litro de piruvato tras la disolución a un pH de 7,75 y una temperatura de 37 grados centígrados. Coloque la varita de recuperación en la posición correcta y cierre las puertas de la torreta. En la interfaz de software DNP, haga clic en Siguiente y luego en Finalizar.
En ese momento, los medios de disolución se sobrecalentarán hasta que la presión alcance los 10 bar. Una vez alcanzada la presión de 10 bar, el piruvato congelado e hiperpolarizado se levanta automáticamente del baño de helio líquido, se mezcla rápidamente y se descongela con el medio de disolución sobrecalentado. La mezcla se expulsa a través de un tubo capilar en un matraz en forma de pera.
Mientras se expulsa la mezcla de piruvato hiperpolarizado y medios de disolución, remolino constantemente el matraz para asegurar una mezcla homogénea. Cuando toda la mezcla haya sido expulsada, extraiga rápidamente 1,1 mililitros del líquido en una jeringa. Transfiera la mezcla a un tubo de RMN precalentó de 10 mililitros de diámetro, y transporte rápidamente al relajanteímetro de ciclismo de campo.
Limpie inmediatamente la trayectoria del fluido DNP utilizando un medio de disolución limpio, seguido de etanol. Luego, retire la taza y sople el gas helio a través de la ruta del fluido para eliminar los líquidos de limpieza restantes y purgar la ruta del oxígeno. Limpie toda la cristalería.
Después de cada medición, registre el pH de las muestras del espectrómetro de sobremesa. Además, registre el pH de las muestras en el relajanteómetro de ciclismo de campo. Antes de la disolución, se debe calcular el ángulo de volteo del relajanteómetro, y el relaxómetro debe estar configurado y listo para la medición de la solución hiperpolarizada.
Para realizar mediciones T-one, asegúrese de que la bobina de cuña externa esté instalada y energizada. En el software de instrumentos, seleccione la pestaña Main Par. A continuación, haga clic en la celda situada junto a la etiqueta Experimento y desplácese hacia abajo en la ventana emergente para seleccionar la secuencia de pulsos HPUB/S.
Ahora, establezca los parámetros de adquisición. Establezca la atenuación de radiofrecuencia en 25 decibelios, el T1 máximo en valores entre tres y cinco segundos, el tiempo de conmutación a 0,2 segundos, el retardo de reciclaje a cero segundos y el campo de relajación al campo de relajación deseado en megahercios. A continuación, seleccione la pestaña Parámetros de adquisición, seguida de la subpestaña Básico.
Haga clic en la celda junto a la etiqueta Nucleus y desplácese hacia abajo en la ventana emergente para seleccionar carbon-13. A continuación, establezca la frecuencia del sistema en ocho megahercios, barrer el ancho en un megahercio, el tamaño del bloque en 652 y filtrar el ancho de banda a 50.000 hercios. A continuación, seleccione la subpestaña Configuración.
Establezca el tiempo de ancho de pulso de 90 grados en el valor previamente determinado, el tiempo de inhibición del receptor en 25 microsegundos y el tiempo de retardo de adquisición en 25 microsegundos. Seleccione la subpestaña Pulso y establezca el ángulo de volteo del pulso RF principal en cinco grados. A continuación, seleccione la subpestaña Número de dimensiones y establezca el número de bloques en 100.
Espere y prepárese para recibir la solución hiperpolarizada para iniciar la adquisición de datos. Inmediatamente antes de insertar la muestra en el relajanteómetro, inicie manualmente la secuencia de pulsos desde la consola para evitar insertar la muestra en un campo magnético nulo. Por esta razón, es importante ignorar la primera decaición de inducción libre, o FID, durante el análisis de datos.
Es importante iniciar la adquisición de datos antes de introducir la muestra en el relajanteómetro para evitar campos magnéticos nulos que causarán una pérdida en la polarización. Una vez realizada la adquisición, guarde los datos haciendo clic en el botón Guardar. Utilizando el software de análisis, integre la magnitud de cada señal FID para producir una serie de datos compuesta de magnetización de muestras en función del tiempo.
Se muestra un ejemplo de barrido de microondas de alta resolución y rango completo para el ácido piruvico. Para el caso presentado, esa frecuencia óptima de microondas corresponde a 94.128 gigahercios. Aquí se muestra una serie típica de FID en descomposición a medida que se muestrea la magnetización hiperpolarizada.
La curva de relajación para piruvato hiperpolarizado 1-13C se obtuvo a partir de los datos de la figura anterior. Cada punto azul de la curva representa el área bajo un FID. El valor T1 de 53,9 más o menos 0,6 segundos se obtuvo mediante un ajuste de mínimos cuadrados no lineales de la ecuación de señal a los datos de curva de decaimiento, que incluía los efectos del ángulo de volteo utilizado para la excitación.
Se muestran los resultados de T1 para las 26 mediciones en un rango de 0,237 militesla a 0,705 tesla a 37 grados centígrados. Cada medición T1 en un campo de relajación dado es una disolución hiperpolarizada separada del aparato DNP. La línea sólida representa la fórmula y las líneas discontinuas representan las bandas de confianza del 95%.
El análisis de los resultados mostró que el tiempo de relajación para el núcleo C-1 es de 46,9 segundos en el campo magnético de la Tierra, en comparación con 65 segundos en tres tesla, lo que representa una disminución del 28%Es importante instalar y energizar la bobina de cuña externa y comenzar la adquisición justo antes de insertar la muestra para evitar campos magnéticos nulos y la posible pérdida de polarización. Siguiendo este método, el procedimiento de muestra podría utilizarse con medios de disolución deuterated para extender los tiempos de relajación de la espínigata de la solución hiperpolarizada.
