This research was funded by the International Research Training Group (IRTG) &#8220;Diffusion in porous Materials&#8221;. We acknowledge the technical support from Gert Klotzsche and stimulating discussions with Steven Reichhardt, Thomas Meissner, Damian Rybicki, Tobias Herzig, Natalya Georgieva, Jonas Kohlrautz, and Michael Jurkutat.

.1 הרכבה והיישור של סדני Boehler הסוג החרוט גדול 6H-SiC <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתקן את הבוכנה וצלחת XY בכלי ההרכבה והכנס את סדני Boehler מהסוג באזור הישיבה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שכל סדן יושב היטב בגיבוי הצלחות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בשרף אפוקסי, (לדוגמא, Stycast 1266), להדביק שני הסדנים למקומותיהם. תרופה ל12 שעות ב RT, או 65 ºC בתנור למשך 2 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ליישור סדן מספיק, להשתמש בערכת ברגי M1 כדי ליישר את גיבוי הצלחות ולנטר את ההקבלה של שני הסדנים. אם הסדנים נמצאו שאינו מקביל, להסיר את שרף אפוקסי ולהפעיל מחדש בשלב 1.2. </li></ol> .2 אטם הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חורי מ&quot;מ תרגיל 1 לשבב של annealed Cu-Be (Cu 98 w%, תהיו 2% wt, עובי של 0.5 מ&quot;מ) לסיכות מדריך פליז. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס שלושה 5 מ&quot;מ חתיכות של חוטי נחושת 1 מ&quot;מ קוטר בידוד לא ארוכות אל תוך החורים, אשר מופצים יחד הסדן, שתשמש כguidסיכות דואר לאטם Cu-Be. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגעה להארקה ראויה בין סיכות המדריך וגוף התא. בדרך כלל, התנגדות DC של כ 0.1 Ω היא רצויה. שפר עם יישום של כמות קטנה של כסף מוליך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את שבב Cu-להיות על גבי סדן moissanite ולסגור את התא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בלחץ הידראולי, לחצי אטם לעל 1/8 ה של קוטר culet ליציבות העבודה מרבית. לפקח על העובי בפועל של הכניסה באמצעות קליפר מיקרומטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקדוח חור בקוטר המתאים (½ מקוטר culet) במרכז השקע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לגלף שני ערוצים לאטם מראש מפורץ. הערוצים צריכים להיות עמוקים מספיק כדי להכיל את חוט 18 מיקרומטר נחושת של מיקרו הסליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הארדן האטם מוכן ב617 K עבור 2 עד 3 שעות בתנור. </li></ol> .3 הכנה וטוען של מיקרו-הסליל <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בפיסת חוטי נחושת 1 מ&quot;מd חוט זה דרך ההזנה דרכו של הבוכנה. לתקן את חוטי נחושת עם שרף אפוקסי ולרפא אותה על פי שלב 1.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר מרצע (ראה רשימה של חומרים) שבו יש קוטר הרצוי למייקרו הסליל ולתקן אותה בין זוג צ&#39;אק-לסתות rotatable. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דבק (עם לדוגמא, לכה מSCB, ראה רשימה של חומרים) קצה חוט 18 מיקרומטר נחושת אחד על לסתות צ&#39;אק, כשהוא אוחז בקצה השני ולסובב את לסת צ&#39;אק כך שהחוט מפותל על המרצע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כאשר מיקרו הסליל הוא של הגיאומטריה הרצויה, לתקן את הקצה השני של החוט על גבי הדבק, כמו גם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש לכה מדולל כדי לתקן את הסליל על ידי מריחת כמות קטנה על גבי הכריכות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את הסליל בזהירות מהמרצע באמצעות קלטת טפלון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקום קצת שרף אפוקסי (ראה נקודה 1.3), ללא כל תוספים, בערוצים של האטם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את מיקרו הסליל בתוך חדר המדגם ולתקן את ההפניות לערוצים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרפא epoxלדברי שרף y לשלב 1.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הלחמה עופרת אחד ממייקרו הסליל לחוט החם והאחר לסיכת מדריך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף קצת רסק מוליך כסף על גב אחד את הצומת. ריפוי בדרך כלל לוקח כמה דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאטום את שני צמתים עם כמות קטנה של שרף אפוקסי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרפא את אפוקסי על פי צעד 1.3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכשיו, לבדוק את התנגדות DC של הסליל אחרי כל צעד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את הדוגמא במייקרו הסליל. להיות מודע לכך שכל מגע פיזי מיותר עלול להרוס את הסליל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף אבקת אודם טחון לדוגמא עבור כיול לחץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבסוף, להציף את המדגם קאמרי עם מדיום לחץ מתאים. השתמש בשמן פרפין כדי להבטיח תנאים כמעט-ההידרוסטטי של עד 9-GPA. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סגור את התא בזהירות. </li></ol> .4 יישום וניטור לחץ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בהתחלה, מעט להדק את הברגים השקועים M3 אלן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשמירת לחץ לתקן את התא במלחציים. עכשיו, להדקשני pairwise ברגים מנוגדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את תא לחץ בבעל תא מתאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתאים את המיקום של התא, כך שקרן הלייזר מגיעה למדגם קאמרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בטבלה עדינה ההתאמה להתמקד אבקת האודם בקרן הלייזר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפקח על ספקטרום photoluminescence האודם באמצעות תוכנת ספקטרומטר המקבילה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חלץ את הלחץ הממשי בחלל המדגם ממשמרת הרפאים נצפתה של קווי האודם R1 ו R2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאזן את תא לחץ לשעה לפחות 12 לפני מדידות NMR הם התחילו. </li></ol> .5 ניסויי NMR הבמה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הר תא לחץ על בדיקה NMR טיפוסית. ייצור מחזיקי תא מתאימים בסדנה מכאנית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> את החוט החם לבדיקה. הגעה למגע חשמלי נאות בין התא והבדיקה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עכשיו, לבצע ניסויי NMR סטנדרטיים. למשוך תשומת לב לעובדה כי מיקרו-הסליל הוא very רגיש לכוח תדר הרדיו מיושם. </li></ol>

<ol>
	<li>Hemley, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Percy+Bridgman&#180;s+Second+Century.">Percy Bridgman&#180;s Second Century.</a> High Pressure Research. 30 (4), 581-619 (2010).</li><li>Grochala, W., Hoffmann, R., Feng, J., Ashcroft, N. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Chemical+imagination+at+work+in+very+tight+places.">The Chemical imagination at work in very tight places.</a> Angewandte Chemie (International Edition in English). 46 (20), 3620-3642 (2007).</li><li>Ma, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transparent+dense+sodium.">Transparent dense sodium.</a> Nature. 458 (7235), 182-185 (2009).</li><li>Eremets, M. I., Troyan, I. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conductive+dense+hydrogen.">Conductive dense hydrogen.</a> Nat Mater. 10 (12), 927-931 (2011).</li><li>Jayaraman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diamond+anvil+cell+and+high-pressure+physical+investigations.">Diamond anvil cell and high-pressure physical investigations.</a> Rev Mod Phys. 55 (1), 65-108 (1983).</li><li>Bertani, R., Mali, M., Roos, J., Brinkmann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+diamond+anvil+cell+for+high-pressure+NMR+investigations.">A diamond anvil cell for high-pressure NMR investigations.</a> Rev Sci Instrum. 63 (6), 3303 (1992).</li><li>Lee, S. -. H., Luszczynski, K., Norberg, R. E., Conradi, 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=NMR+in+a+diamond+anvil+cell.">NMR in a diamond anvil cell.</a> Rev Sci Instrum. 58 (3), 415 (1987).</li><li>Lee, S. -. H., Conradi, M. S., Norberg, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+NMR+resonator+for+diamond+anvil+cells.">Improved NMR resonator for diamond anvil cells.</a> Rev Sci Instrum. 63 (7), 3674 (1992).</li><li>Pravica, M. G., Silvera, I. F. <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+in+a+diamond+anvil+cell+at+very+high+pressures.">Nuclear magnetic resonance in a diamond anvil cell at very high pressures.</a> Rev Sci Instrum. 69 (2), 479 (1998).</li><li>Lee, S. -. H., Conradi, M., Norberg, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+motion+in+solid+H2+at+high+pressures.">Molecular motion in solid H2 at high pressures.</a> Phys Rev B. 40 (18), 12492-12498 (1989).</li><li>Vaughan, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Apparatus+for+Magnetic+Measurements+at+High+Pressure.">An Apparatus for Magnetic Measurements at High Pressure.</a> Rev Sci Instrum. 42 (5), 626 (1971).</li><li>Yarger, J. L., Nieman, R. A., Wolf, G. H., Marzke, R. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-Pressure+1H+and+13C+Nuclear+Magnetic+Resonance+in+a+Diamond+Anvil+Cell.">High-Pressure 1H and 13C Nuclear Magnetic Resonance in a Diamond Anvil Cell.</a> Journal of Magnetic Resonance Series A. 114 (2), 255-257 (1995).</li><li>Okuchi, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+type+of+nonmagnetic+diamond+anvil+cell+for+nuclear+magnetic+resonance+spectroscopy.">A new type of nonmagnetic diamond anvil cell for nuclear magnetic resonance spectroscopy.</a> Physics of the Earth and Planetary Interiors. , 143-144 (2004).</li><li>Kluthe, S., Markendorf, R., Mali, M., Roos, J., Brinkmann, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure-dependent+Knight+shift+in+Na+and+Cs+metal.">Pressure-dependent Knight shift in Na and Cs metal.</a> Phys Rev B. 53 (17), 11369-11375 (1996).</li><li>Graf, D. E., Stillwell, R. L., Purcell, K. M., Tozer, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonmetallic+gasket+and+miniature+plastic+turnbuckle+diamond+anvil+cell+for+pulsed+magnetic+field+studies+at+cryogenic+temperatures.">Nonmetallic gasket and miniature plastic turnbuckle diamond anvil cell for pulsed magnetic field studies at cryogenic temperatures.</a> High Pressure Research. 31 (4), 533-543 (2011).</li><li>Pravica, M., Silvera, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=NMR+Study+of+Ortho-Para+Conversion+at+High+Pressure+in+Hydrogen.">NMR Study of Ortho-Para Conversion at High Pressure in Hydrogen.</a> Physical Review Letters. 81 (19), 4180-4183 (1998).</li><li>Haase, J., Goh, S. K., Meissner, T., Alireza, P. L., Rybicki, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+sensitivity+nuclear+magnetic+resonance+probe+for+anvil+cell+pressure+experiments.">High sensitivity nuclear magnetic resonance probe for anvil cell pressure experiments.</a> Rev Sci Instrum. 80 (7), 73905 (2009).</li><li>Meissner, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+Approach+to+High-Pressure+Nuclear+Magnetic+Resonance+with+Anvil+Cells.">New Approach to High-Pressure Nuclear Magnetic Resonance with Anvil Cells.</a> J Low Temp Phys. 159 (1-2), 284-287 (2010).</li><li>Meier, T., Herzig, T., Haase, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moissanite+Anvil+Cell+Design+for+Giga-Pascal+Nuclear+Magnetic+Resonance.">Moissanite Anvil Cell Design for Giga-Pascal Nuclear Magnetic Resonance.</a> Rev Sci Instrum. 85 (4), 43903 (2014).</li><li>Boyer, R. F., Collings, E. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Materials Properties Handbook: Titanium Alloys. , (1994).</li><li>Xu, J. -. a., Yen, J., Wang, Y., Huang, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrahigh+pressures+in+gem+anvil+cells.">Ultrahigh pressures in gem anvil cells.</a> High Pressure Research. 15 (2), 127-134 (1996).</li><li>Xu, J. -. a., Mao, H. -. k., Hemley, R. J., Hines, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+moissanite+anvil+cell+a+new+tool+for+high-pressure+research.">The moissanite anvil cell a new tool for high-pressure research.</a> J Phys Condens Matter. 14 (44), 11543-11548 (2002).</li><li>Xu, J. -. a., Mao, H. -. k., Hemley, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+gem+anvil+cell+high-pressure+behaviour+of+diamond+and+related+materials.">The gem anvil cell high-pressure behaviour of diamond and related materials.</a> J Phys Condens Matter. 14 (44), 11549-11552 (2002).</li><li>Meissner, T., et al. <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+at+up+to+10.1+GPa+pressure+detects+an+electronic+topological+transition+in+aluminum+metal.">Nuclear magnetic resonance at up to 10.1 GPa pressure detects an electronic topological transition in aluminum metal.</a> J Phys Condens Matter. 26 (1), 15501 (2014).</li><li>Meissner, T., Goh, S. K., Haase, J., Williams, G. r. a. n. t. . V. M., Littlewood, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-pressure+spin+shifts+in+the+pseudogap+regime+of+superconducting+YBa2Cu4O8+as+revealed+by+17O+NMR.">High-pressure spin shifts in the pseudogap regime of superconducting YBa2Cu4O8 as revealed by 17O NMR.</a> Phys Rev B. 83 (22), (2011).</li><li>Goh, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+pressure+de+Haas&#8211;van+Alphen+studies+of+Sr2RuO4+using+an+anvil+cell.">High pressure de Haas&#8211;van Alphen studies of Sr2RuO4 using an anvil cell.</a> Current Applied Physics. 8 (3-4), 304-307 (2008).</li><li>Tateiwa, N., Haga, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluations+of+pressure-transmitting+media+for+cryogenic+experiments+with+diamond+anvil+cell.">Evaluations of pressure-transmitting media for cryogenic experiments with diamond anvil cell.</a> Rev Sci Instrum. 80 (12), 123901 (2009).</li><li>Hahn, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin+Echoes.">Spin Echoes.</a> Phys Rev. 80 (4), 580-594 (1950).</li><li>Boehler, R., Ross, M., Boercker, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Melting+of+LiF+and+NaCl+to+1+Mbar+Systematics+of+Ionic+Solids+at+Extreme+Conditions.">Melting of LiF and NaCl to 1 Mbar Systematics of Ionic Solids at Extreme Conditions.</a> Physical Review Letters. 78 (24), 4589-4592 (1997).</li><li>Funamori, N., Sato, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cubic+boron+nitride+gasket+for+diamond-anvil+experiments.">A cubic boron nitride gasket for diamond-anvil experiments.</a> Rev Sci Instr. 79 (5), 053903 (2008).</li><li>Forman, R. A., Piermarini, G. J., Barnett, J. D., Block, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pressure+measurement+made+by+the+utilization+of+ruby+sharp-line+luminscence.">Pressure measurement made by the utilization of ruby sharp-line luminscence.</a> Science. 176 (4032), 284-285 (1972).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

שיטה חדשה ומבטיחה לבצע NMR בלחצי Giga-פסקל תוארה. שיטה זו פותחת את הדלת למגוון רחב של ניסויי NMR בשל הרגישות שלה מעולה ורזולוציה. אף על פי כן, כמה שלבים המתוארים בסעיף הפרוטוקול הם קריטיים לתוצאה של הניסוי. במיוחד, הכנת מיקרו הסליל וקיבועה באטם Cu-Be קשה מאוד ודורשת קצת ניסיון...

מאז ניסויי סימן ההיכר של פרסי Bridgman של חומר מעובה תחת לחצים הידרוסטטיים גבוהים בתחילת המאה שעברה, תחום פיסיקה בלחץ גבוה התפתח במהירות 1. מספר גדול של תופעות מרתקות ידועים להתרחש תחת לחצים של כמה-GPA 2. בנוסף, התגובה של מערכות חומר מעובים בלחץ גבוה לימדה אותנו הרבה על הקרקע האלקטרונית שלהם ומצבים מעוררי 3,4. למרבה הצער, שיטות לחקירה של התכונות אלקטרוניות של חומר מעובה בלחצי Giga-פסקל הן נדירות, עם צילום רנטגן או מדידות התנגדות DC מובילות את הדרך 5. בפרט, זיהוי של מומנטים מגנטיים אלקטרוניים או גרעיניים עם ספין אלקטרון (ESR) או תהודה מגנטית גרעינית (NMR) ניסויים, הוא חייב להיות כמעט בלתי אפשרי ליישום בתאי סדן בלחץ גבוה אופייניים שבו אחד צריך להחזיר את האות מ v זעירמעוגן olume ידי סדנים ואטם איטום. כמה קבוצות ניסו לפתור את הבעיה הזו על ידי שימוש בהסדרים מורכבים, למשל, בתדר רדיו שני מפוצל זוג סלילים (RF) בסופו לאורך צלעותיו של הסדנים 6; מהוד שיער פינים לולאה יחידה או כפולה 7,8; . או אפילו אטם רניום פיצול כסליל RF איסוף 9, ראה איור 1 למרבה הצער, גישות אלה שעדיין סבלו מיחס נמוך אות לרעש (SNR), המגבילים את היישומים הניסיוניים לגדולים - γ גרעינים כגון 1 H 10. הקורא המעוניין עשוי להיות מופנה לניסויים אחרים בלחץ גבוה תהודה מעגל טנק 11 - 15. Pravica וסילברה 16 דו&quot;ח הלחץ הגבוה ביותר שהושג בתא סדן לNMR עם 12.8-GPA, שחקר את המרת Ortho-para של מימן. בעניין רב ביישום NMRללמוד את המאפיינים של מוצקי קוונטים, הקבוצה שלנו הייתה מעוניינת שNMR זמין בלחץ גבוה, כמו גם. לבסוף, בשינה 2009 זה יכול להיות הוכיח כי NMR תא סדן רגישות גבוהה הוא אכן אפשרי אם תדר רדיו מהדהד (RF) מיקרו סליל ממוקם ישירות בחלל בלחץ גבוה התוחם את המדגם 17. בגישה כזו, רגישות NMR הוא השתפר בכמה סדרי גודל (בעיקר עקב העלייה הדרמטית במילוי פקטור של סליל RF), מה שגרם אפילו יותר מאתגר ניסויי NMR אפשריים, למשל, 17 O NMR על דגימות אבקה של מוליך בטמפרטורה גבוהה במהירות של עד 7-GPA 18. מוליכות בחומרים אלו יכולות להיות מוגברים באופן משמעותי על ידי הפעלת לחץ, וזה אפשרי עכשיו כדי לעקוב אחר תהליך זה עם בדיקה אלקטרונית מקומית שמבטיחה תובנה בסיסית לתוך התהליכים השולטים. דוגמא נוספת לכוחו של NMR בלחץ גבוה יצאה ממה היו believed להיות ניסויי התייחסות שיגרתי: על מנת לבדוק את NMR תא הסדן הציג החדש, אחד מהחומרים הידועים ביותר נמדד - פשוט מתכת אלומיניום. ככל שהלחץ הוגדל, סטייה בלתי צפויה של משמרת NMR ממה שניתן היה לצפות למערכת אלקטרונים חופשיים נמצאה. גם חזר על ניסויים, תחת לחצים מוגברים, הראה כי התוצאות החדשות אכן היו אמינות. לבסוף, עם חישובי מבנה להקה שלאחר מכן מצא כי התוצאות הן הביטוי של מעבר טופולוגי של המשטח פרמי של אלומיניום, שלא ניתן הייתה לזהות באמצעות חישובים לפני שנים, כאשר כוח המחשוב היה נמוך. חיוץ הממצאים לתנאי סביבה הראו כי התכונות של מתכת זו המשמשת כמעט בכל מקום מושפעים ממצב האלקטרוני מיוחד זו. כדי ליישם מספר היישומים שונים תאי סדן שתוכננו במיוחד (תאים קודמים היו מיובאים מCavendאיש המעבדה וretrofitted לNMR) פותחו. נכון לעכשיו, המארז מהתוצרת הבית המשמש הם מסוגל להגיע לחצים עד 25-GPA בעזרת זוג סדני 6H-SiC culet 800 מיקרומטר. ניסויי NMR נערכו בהצלחה עד 10.1-GPA, כל כך רחוק. ביצועי התמ&quot;ג של תאים חדשים זה הוצג להיות מעולה 19. המרכיב העיקרי הוא טיטניום, אלומיניום (6) -Vanadium (4) עם רמה נוספת נמוכה ביניים (כיתה 23), מתן כוח תשואה של כ 800 מגפ&quot;ס 20. בשל המאפיינים שאינם המגנטי שלה (χ הרגישות המגנטי הוא כ -5 עמודים לדקה) הוא חומר מתאים לשלדת תא הסדן. הממדים הכוללים של התאים הציגו (ראה איור 2 לסקירה של כל עיצובי תא סדן הבית בנוי) הם קטנים מספיק כדי להתאים למגנטי NMR נשא סטנדרטיים רגילים. העיצוב הקטן ביותר, LAC-TM1, אשר רק 20 מ&quot;מ גובה ו17 מ&quot;מ קוטר, מתאים גם מגנטים טיפוסיים קטנים, קר נשא (קוטר קדח 30 מ&quot;מ). LAC-TM2, המהווה את המארז האחרון המחברים שתוכננו, משתמש בארבעת ברגי Countersink M4 אלן (עשויים מאותו סגסוגת כמארז תא) כמנגנון נהיגה לחץ, המאפשרים שליטה חלקה של הלחץ הפנימי (הדפסים כחולים מצורפים ב סעיף נוסף). בדרך כלל, סדני יהלום משמשים על מנת ליצור לחצים הגבוהים ביותר של מעל 100-GPA. שו ומאו 21 - 23 הוכיחו כי סדני moissanite לספק חלופה חסכונית במחקר בלחץ גבוה, עד לחצים של כ 60-GPA. לכן, סדני moissanite שמשו לגישה-GPA NMR הציגה. התוצאות הטובות ביותר הושגו עם סדנים גדולים החרוט 6H-SiC מותאמים אישית ממחלקת הסדן של צ&#39;רלס &amp; Colvard. עם תאים אלה, ללחצים עד 10.1-GPA, השימוש ב800 סדני culet מיקרומטר נמצא לגרום לרגישות NMR טובה מאוד. לשם השוואה, לי et al. לדווח SNR של 1 על 1 H NMR של מים ברז, ואילו יחס האות לרעש של גישת מיקרו הסליל הציגה הראה ערך של 25 ל1/7 מהנפח שלהם, אפילו בשדה מגנטי נמוך מעט. עם גישה חדשה זו לרגישות גבוהה סדן תא NMR אחד יכול להמשיך יישומים רבים המבטיחים תובנה חדשה ומרגשת לפיזיקה והכימיה של חומרים מודרניים. עם זאת, כמו תמיד, ברגישות ובסופו של דבר החלטה להגביל את היישום של NMR, בפרט, אם מישהו מעוניין בלחצים גבוהים בהרבה שדורשים גדלי culet קטנים יותר. לאחר מכן, יש לא רק כדי לייעל את עיצוב התא עם סלילי RF קטנים עוד יותר, אלא גם לחשוב על שיטות להגדלת קיטוב גרעיני.

<table><tbody><tr><td>Titanium grade 23</td><td>robemetall GmbH</td><td>ASTM F 136</td><td></td></tr><tr><td>Beryllium copper foil</td><td>GoodFellow</td><td>CU070501</td><td>Alloy 25 (C17200)</td></tr><tr><td>Copper wire for micro-coil</td><td>Polyfil</td><td></td><td>quote on inquiry</td></tr><tr><td>Stycast 1266</td><td>Sil-Mid Ldt.</td><td>S1266001KG</td><td></td></tr><tr><td>Moissanite anvils</td><td>Charles &amp;amp; Colvard</td><td></td><td>quote on inquiry</td></tr><tr><td>Paraffin oil (pressure medium)</td><td>Sigma Aldrich</td><td>18512-1L</td><td></td></tr><tr><td>M4 Allen contersunk screws (Ti64)</td><td>Der Schraubenladen</td><td>DIN912 M4x20</td><td></td></tr><tr><td>Optiprexx PLS</td><td>Almax-easylab</td><td></td><td>quote on inquiry</td></tr><tr><td>Ruby spheres (~10-50 &amp;micro;m)</td><td>DiamondAnvils.com</td><td>P00996</td><td></td></tr><tr><td>Manual Toggle Press</td><td>DiamondAnvils.com</td><td>A87000</td><td></td></tr><tr><td>Gasket Thickness Micrometer</td><td>DiamondAnvils.com</td><td>A86000</td><td></td></tr><tr><td>Titanium Scalpel&amp;nbsp;</td><td>Newmatic Medical</td><td>NM45200710421&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Glass-writing Diamond</td><td>Plano</td><td>54467</td><td></td></tr><tr><td>Smoothing Awls</td><td>Flume</td><td>1 4444 001</td><td></td></tr><tr><td>Chuck-jaws (4 jaws)</td><td>Flume</td><td>4 561 289</td><td></td></tr><tr><td>Lathe</td><td>Flume</td><td>4 560 023</td><td></td></tr><tr><td>Drilling Machine</td><td>Flume</td><td>4 570 020</td><td></td></tr><tr><td>Drill chuck</td><td>Flume</td><td>4 570 021</td><td></td></tr><tr><td>XY stage</td><td>Flume</td><td>4 570 022</td><td></td></tr><tr><td>Drills (0.30 to 0.50 mm)</td><td>Flume</td><td>4 572 652 &amp;ndash; 654</td><td></td></tr><tr><td>Low Temperature Varnish</td><td>SCBshop</td><td>SCBltv03</td><td></td></tr></tbody></table>

high-sensitivity nuclear magnetic resonance at giga-pascal pressures: a new tool for probing electronic and chemical properties of condensed matter under extreme conditions

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their electronic properties. The application of high pressure enables one to synthesize new materials, but the response of known materials to high pressure is a very useful tool for studying their electronic structure and developing theories. For example, high-pressure synthesis might be at the origin of life; and understanding the behavior of small molecules under extreme pressure will tell us more about fundamental processes in our universe. It is no wonder that there has always been great interest in having NMR available at high pressures. Unfortunately, the desired pressures are often well into the Giga-Pascal (GPa) range and require special anvil cell devices where only very small, secluded volumes are available. This has restricted the use of NMR almost entirely in the past, and only recently, a new approach to high-sensitivity GPa NMR, which has a resonating micro-coil inside the sample chamber, was put forward. This approach enables us to achieve high sensitivity with experiments that bring the power of NMR to Giga-Pascal pressure condensed matter research. First applications, the detection of a topological electronic transition in ordinary aluminum metal and the closing of the pseudo-gap in high-temperature superconductivity, show the power of such an approach. Meanwhile, the range of achievable pressures was increased tremendously with a new generation of anvil cells (up to 10.1 GPa), that fit standard-bore NMR magnets. This approach might become a new, important tool for the investigation of many condensed matter systems, in chemistry, geochemistry, and in physics, since we can now watch structural changes with the eyes of a very versatile probe.

איור 3 מראה כיצד התא התאסף לחלוטין לחץ, החיווט, והרכבה על גבי חללית NMR טיפוסית נראים כמו. בחלק הבא, כמה ניסויים ייבחנו אשר אמור לאפשר לקורא לאסוף סקירה רחבה על היתרונות ומגבלות של הטכניקה הציגה. <img alt="אי...

Watch this Scientific Journal Video about High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extr

High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions

Nuclear magnetic resonance is one of the most important spectroscopic tools. Here, the development of a new approach under high pressure, currently up to 10.1 GPa, is presented. This opens a new window into condensed matter physics and chemistry, where high-pressure research is of great importance.

רגישות גבוהה תהודה מגנטית גרעינית בחצי Giga-פסקל: כלי חדש לבדיקת מאפיינים אלקטרוניים והכימיים של חומר מעובה בתנאים קיצוניים

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) is one of the most important techniques for the study of condensed matter systems, their chemical structure, and their ...

high-sensitivity-nuclear-magnetic-resonance-at-giga-pascal-pressures

Research

Education

JoVE Core

JoVE Journal

Analytical Chemistry

Engineering

Unit 1

Principles of Nuclear Magnetic Resonance

SCIENTISTS IN ACTION

11.5K Views.  University of Leipzig. Nuclear magnetic resonance is one of the most important spectroscopic tools. Here, the development of a new approach under high pressure, currently up to 10.1 GPa, is presented. This opens a new window into condensed matter physics and chemistry, where high-pressure research is of great importance.

Video: High-Sensitivity Nuclear Magnetic Resonance at Giga-Pascal Pressures: A New Tool for Probing Electronic and Chemical Properties of Condensed Matter under Extreme Conditions

Hyperpolarized Xenon for NMR and MRI Applications

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) suffer from intrinsic low sensitivity because even strong external magnetic fields of ~10 T generate only a small detectable net-magnetization of the sample at room temperature 1. Hence, most NMR and MRI applications rely on the detection of molecules at relative high concentration (e.g., water for imaging of biological tissue) or require excessive acquisition times. This limits our ability to exploit the very useful molecular specificity of NMR signals for many biochemical and medical applications. However, novel approaches have emerged in the past few years: Manipulation of the detected spin species prior to detection inside the NMR/MRI magnet can dramatically increase the magnetization and therefore allows detection of molecules at much lower concentration 2.
Here, we present a method for polarization of a xenon gas mixture (2-5% Xe, 10% N2, He balance) in a compact setup with a ca. 16000-fold signal enhancement. Modern line-narrowed diode lasers allow efficient polarization 7 and immediate use of gas mixture even if the noble gas is not separated from the other components. The SEOP apparatus is explained and determination of the achieved spin polarization is demonstrated for performance control of the method.
The hyperpolarized gas can be used for void space imaging, including gas flow imaging or diffusion studies at the interfaces with other materials 8,9. Moreover, the Xe NMR signal is extremely sensitive to its molecular environment 6. This enables the option to use it as an NMR/MRI contrast agent when dissolved in aqueous solution with functionalized molecular hosts that temporarily trap the gas 10,11. Direct detection and high-sensitivity indirect detection of such constructs is demonstrated in both spectroscopic and imaging mode.

The production of hyperpolarized xenon by means of spin exchange optical pumping (SEOP) is described. This method yields a ~10000-fold enhancement of the nuclear spin polarization of Xe-129 and has applications in nuclear magnetic resonance spectroscopy and imaging. Examples of gas phase and solution state experiments are given.

קסנון hyperpolarized לNMR ו-MRI יישומים

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

Synthesis and Microdiffraction at Extreme Pressures and Temperatures

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary interiors, design materials with novel properties, understand the mechanical behavior of materials exposed to very high stresses as in explosions or impacts. Synthesis and structural analysis of materials at extreme conditions of pressure and temperature entails remarkable technical challenges. In the laser heated diamond anvil cell (LH-DAC), very high pressure is generated between the tips of two opposing diamond anvils forced against each other; focused infrared laser beams, shined through the diamonds, allow to reach very high temperatures on samples absorbing the laser radiation. When the LH-DAC is installed in a synchrotron beamline that provides extremely brilliant x-ray radiation, the structure of materials under extreme conditions can be probed in situ. LH-DAC samples, although very small, can show highly variable grain size, phase and chemical composition. In order to obtain the high resolution structural analysis and the most comprehensive characterization of a sample, we collect diffraction data in 2D grids and combine powder, single crystal and multigrain diffraction techniques. Representative results obtained in the synthesis of a new iron oxide, Fe4O5 1 will be shown.

The laser heated diamond anvil cell combined with synchrotron micro-diffraction techniques allows researchers to explore the nature and properties of new phases of matter at extreme pressure and temperature (PT) conditions. Heterogeneous samples can be characterized in situ under high pressure by 2D mapping and combined powder, single-crystal and multigrain diffraction approaches.

סינתזה וMicrodiffraction בלחצים וטמפרטורות קיצוניים

High pressure compounds and polymorphs are investigated for a broad range of purposes such as determine structures and processes of deep planetary ...

High-pressure, High-temperature Deformation Experiment Using the New Generation Griggs-type Apparatus

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature (&#62; 300 &#176;C). However, because of the low stress resolution of current solid-pressure-medium apparatuses, high-resolution measurements are today restricted to low-pressure deformation experiments in the gas-pressure-medium apparatus. A new generation of solid-medium piston-cylinder (&#34;Griggs-type&#34;) apparatus is here described. Able to perform high-pressure deformation experiments up to 5 GPa and designed to adapt an internal load cell, such a new apparatus offers the potential to establish a technological basis for high-pressure rheology. This paper provides video-based detailed documentation of the procedure (using the &#34;conventional&#34; solid-salt assembly) to perform high-pressure, high-temperature experiments with the newly designed Griggs-type apparatus. A representative result of a Carrara marble sample deformed at 700 &#176;C, 1.5 GPa and 10-5 s-1 with the new press is also given. The related stress-time curve illustrates all steps of a Griggs-type experiment, from increasing pressure and temperature to sample quenching when deformation is stopped. Together with future developments, the critical steps and limitations of the Griggs apparatus are then discussed.

Rock deformation needs to be quantified at high pressure. A description of the procedure to perform deformation experiments in a newly designed solid-medium Griggs-type apparatus is here given. This provides technological basis for future rheological studies at pressures up to 5 GPa.

הניסוי דפורמציה בלחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה באמצעות המנגנון גריגס מסוג דור חדש

In order to address geological processes at great depths, rock deformation should ideally be tested at high pressure (&#62; 0.5 GPa) and high temperature ...

Environment

High Pressure Single Crystal Diffraction at PX^2

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the GSECARS 13-BM-C beamline at the Advanced Photon Source. The DAC program at 13-BM-C is part of the Partnership for Extreme Xtallography (PX^2) project. BX-90 type DACs with conical-type diamond anvils and backing plates are recommended for these experiments. The sample chamber should be loaded with noble gas to maintain a hydrostatic pressure environment. The sample is aligned to the rotation center of the diffraction goniometer. The MARCCD area detector is calibrated with a powder diffraction pattern from LaB6. The sample diffraction peaks are analyzed with the ATREX software program, and are then indexed with the RSV software program. RSV is used to refine the UB matrix of the single crystal, and with this information and the peak prediction function, more diffraction peaks can be located. Representative single crystal diffraction data from an omphacite (Ca0.51Na0.48)(Mg0.44Al0.44Fe2+0.14Fe3+0.02)Si2O6 sample were collected. Analysis of the data gave a monoclinic lattice with P2/n space group at 0.35 GPa, and the lattice parameters were found to be: a = 9.496 &#177;0.006 &#197;, b = 8.761 &#177;0.004 &#197;, c = 5.248 &#177;0.001 &#197;, &#946; = 105.06 &#177;0.03&#186;, &#945; = &#947; = 90&#186;.

In this report, we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell at the GSECARS 13-BM-C beamline at the Advanced Photon Source. ATREX and RSV programs are used to analyze the data.

בלחץ גבוה השתברות גביש יחיד ב PX ^ 2

In this report we describe detailed procedures for carrying out single crystal X-ray diffraction experiments with a diamond anvil cell (DAC) at the ...

Chemistry

High-Pressure NMR Experiments for Detecting Protein Low-Lying Conformational States

High-pressure is a well-known perturbation method that can be used to destabilize globular proteins and dissociate protein complexes in a reversible manner. Hydrostatic pressure drives thermodynamical equilibria toward the state(s) with the lower molar volume. Increasing pressure offers, therefore, the opportunities to finely tune the stability of globular proteins and the oligomerization equilibria of protein complexes. High-pressure NMR experiments allow a detailed characterization of the factors governing the stability of globular proteins, their folding mechanisms, and oligomerization mechanisms by combining the fine stability tuning ability of pressure perturbation and the site resolution offered by solution NMR spectroscopy. Here we present a protocol to probe the local folding stability of a protein via a set of 2D 1H-15N experiments recorded from 1 bar to 2.5 kbar. The steps required for the acquisition and analysis of such experiments are illustrated with data acquired on the RRM2 domain of hnRNPA1.

We provide a detailed description of the steps required to assemble a high-pressure cell, set up and record high-pressure NMR experiments, and finally analyze both peak intensity and chemical shift changes under pressure. These experiments can provide valuable insights into the folding pathways and structural stability of proteins.

ניסויי NMR בלחץ גבוה לאיתור מצבים קונפורמציה נמוכים של חלבון

High-pressure is a well-known perturbation method that can be used to destabilize globular proteins and dissociate protein complexes in a reversible ...

Biochemistry

An Externally-Heated Diamond Anvil Cell for Synthesis and Single-Crystal Elasticity Determination of Ice-VII at High Pressure-Temperature Conditions

The externally-heated diamond anvil cell (EHDAC) can be used to generate simultaneously high-pressure and high-temperature conditions found in Earth&#8217;s and planetary interiors. Here we describe the design and fabrication of the EHDAC assemblies and accessories, including ring resistive heaters, thermal and electrical insulating layers, thermocouple placement, as well as the experimental protocol for preparing the EHDAC using these parts. The EHDAC can be routinely used to generate megabar pressures and up to 900 K temperatures in open air, and potentially higher temperatures up to ~1200 K with a protective atmosphere (i.e., Ar mixed with 1% H2). Compared with a laser-heating method for reaching temperatures typically &#62;1100 K, external heating can be easily implemented and provide a more stable temperature at &#8804;900 K and less temperature gradients to the sample. We showcased the application of the EHDAC for synthesis of single crystal ice-VII and studied its single-crystal elastic properties using synchrotron-based X-ray diffraction and Brillouin scattering at simultaneously high-pressure high-temperature conditions.

This work focuses on the standard protocol for preparing the externally-heated diamond anvil cell (EHDAC) for generating high-pressure and high-temperature (HPHT) conditions. The EHDAC is employed to investigate materials in Earth and planetary interiors under extreme conditions, which can be also used in solid state physics and chemistry studies.

תא סדן יהלום מחומם חיצונית עבור סינתזה וקביעת גמישות קריסטל יחיד של Ice-VII בתנאי טמפרטורת לחץ גבוה

The externally-heated diamond anvil cell (EHDAC) can be used to generate simultaneously high-pressure and high-temperature conditions found in ...

High-Temperature and High-Pressure In situ Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There exists a drive to characterize materials under conditions relevant to the chemical process of interest. To address this, in situ high-temperature, high-pressure MAS NMR methods have been developed to enable the observation of chemical interactions over a range of pressures (vacuum to several hundred bar) and temperatures (well below 0 &#176;C to 250 &#176;C). Further, the chemical identity of the samples can be comprised of solids, liquids, and gases or mixtures of the three. The method incorporates all-zirconia NMR rotors (sample holder for MAS NMR) which can be sealed using a threaded cap to compress an O-ring. This rotor exhibits great chemical resistance, temperature compatibility, low NMR background, and can withstand high pressures. These combined factors enable it to be utilized in a wide range of system combinations, which in turn permit its use in diverse fields as carbon sequestration, catalysis, material science, geochemistry, and biology. The flexibility of this technique makes it an attractive option for scientists from numerous disciplines.

The molecular structures and dynamics of solids, liquids, gases, and mixtures are of critical interest to diverse scientific fields. High-temperature, high-pressure in situ MAS NMR enables detection of the chemical environment of constituents in mixed phase systems under tightly controlled chemical environments.

טמפרטורה גבוהה ולחץ גבוה באתרו זווית קסם ספינינג ספקטרוסקופיה תהודה מגנטית גרעינית

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy represents an important technique to understand the structure and bonding environments of molecules. There ...

High-Resolution Studies of Proteins in Natural Membranes by Solid-State NMR

Membrane proteins are vital for cell function and thus represent important drug targets. Solid-state Nuclear Magnetic Resonance (ssNMR) spectroscopy offers a unique access to probe the structure and dynamics of such proteins in biological membranes of increasing complexity. Here, we present modern solid-state NMR spectroscopy as a tool to study structure and dynamics of proteins in natural lipid membranes and at atomic scale. Such spectroscopic studies profit from the use of high-sensitivity ssNMR methods, i.e., proton-(1H)-detected ssNMR and DNP (Dynamic Nuclear Polarization) supported ssNMR. Using bacterial outer membrane beta-barrel protein BamA and the ion channel KcsA, we present methods to prepare isotope-labeled membrane proteins and to derive structural and motional information by ssNMR.

This work details robust basic routines on how to prepare isotope-labeled membrane protein samples and analyze them at high-resolution with modern solid-state NMR spectroscopy methods.

Membrane proteins are vital for cell function and thus represent important drug targets. Solid-state Nuclear Magnetic Resonance (ssNMR) spectroscopy ...

High-Speed Magnetic Tweezers for Nanomechanical Measurements on Force-Sensitive Elements

Single-molecule magnetic tweezers (MTs) have served as powerful tools to forcefully interrogate biomolecules, such as nucleic acids and proteins, and are therefore poised to be useful in the field of mechanobiology. Since the method commonly relies on image-based tracking of magnetic beads, the speed limit in recording and analyzing images, as well as the thermal fluctuations of the beads, has long hampered its application in observing small and fast structural changes in target molecules. This article describes detailed methods for the construction and operation of a high-resolution MT setup that can resolve nanoscale, millisecond dynamics of biomolecules and their complexes. As application examples, experiments with DNA hairpins and SNARE complexes (membrane-fusion machinery) are demonstrated, focusing on how their transient states and transitions can be detected in the presence of piconewton-scale forces. We expect that high-speed MTs will continue to enable high-precision nanomechanical measurements on molecules that sense, transmit, and generate forces in cells, and thereby deepen our molecular-level understanding of mechanobiology.

Here, we describe a high-speed magnetic tweezer setup that performs nanomechanical measurements on force-sensitive biomolecules at the maximum rate of 1.2 kHz. We introduce its application to DNA hairpins and SNARE complexes as model systems, but it will be also applicable to other molecules involved in mechanobiological events.

פינצטה מגנטית במהירות גבוהה למדידות ננומכניות על אלמנטים רגישים לכוח

Single-molecule magnetic tweezers (MTs) have served as powerful tools to forcefully interrogate biomolecules, such as nucleic acids and proteins, and are ...

Cryogenic Sample Loading into a Magic Angle Spinning Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer that Preserves Cellular Viability

Dynamic nuclear polarization (DNP) can dramatically increase the sensitivity of magic angle spinning (MAS) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. These sensitivity gains increase as temperatures decrease and are large enough to enable the study of molecules at very low concentrations at the operating temperatures (~100 K) of most commercial DNP-equipped NMR spectrometers. This leads to the possibility of in-cell structural biology on cryopreserved cells for macromolecules at their endogenous levels in their native environments. However, the freezing rates required for cellular cryopreservation are exceeded during typical sample handling for DNP MAS NMR and this results in loss of cellular integrity and viability. This article describes a detailed protocol for the preparation and cryogenic transfer of a frozen sample of mammalian cells into a MAS NMR spectrometer.

Presented here is a protocol for cryogenic transfer of frozen samples into the dynamic nuclear polarization (DNP) magic angle spinning (MAS) nuclear magnetic resonance (NMR) probe. The protocol includes directions for rotor storage prior to the experiment and directions for viability measurements before and after the experiment.

דגימה קריוגנית נטענת לתוך זווית קסם ספינינג ספקטרומטר תהודה מגנטית גרעינית המשמרת את הכדאיות התאית

Dynamic nuclear polarization (DNP) can dramatically increase the sensitivity of magic angle spinning (MAS) nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy. ...