Queremos estimar a perda de polarização de uma solução hiperpolarizada durante o transporte do equipamento hiperpolarizador para o scanner de ressonância magnética à medida que atravessa diferentes campos magnéticos. Nossa técnica estima o tempo de relaxamento spin-rettice de soluções hiperpolarizadas em campos magnéticos baixos com alta precisão. Este método não se limita à polarização nuclear dinâmica e pode ser usado para estimar o tempo de relaxamento spin-rettice de outros métodos de polarização, incluindo a polarização induzida por parahidrogênio.
Ao executar esta técnica, certifique-se de que a amostra hiperpolarizada não cruze ou fique na região de campo zero por qualquer período de tempo, caso contrário você pode perder completamente a polarização. Prepare um mililitro de carbono-13 enriquecido solução de ácido piruvico, amplamente utilizada para pesquisas in vivo, consistindo de 15 milimoles por litro de radical trinimtil dissolvido em ácido piruvico 1-13C. Na interface dinâmica do software polarizador nuclear, clique no botão Cooldown para baixar a temperatura da inserção de temperatura variável para 1,4 kelvin.
Uma vez que o DNP tenha atingido a temperatura desejada, carregue 10 microliters da solução de estoque em um copo de amostra. Abra as portas da torre e insira o copo no VTI usando uma varinha de inserção especificamente projetada para esta tarefa. Extraia rapidamente a varinha e certifique-se de que o copo está liberado.
Em seguida, feche as portas da torre e deixe que a temperatura do VTI volte para 1,4 kelvin. Enquanto isso, prepare o DNP para executar uma varredura de micro-ondas, a fim de encontrar a frequência de rádio ideal para a hiperpolarização da solução de estoque. No final da varredura de micro-ondas, recupere a amostra.
Em seguida, coloque o sistema em marcha lenta e regisse a frequência ideal onde a polarização máxima é alcançada. Essa frequência ideal é definida como a frequência de polarização que proporciona a máxima polarização. Esta frequência será usada para hiperpolarizar todas as alíquotas obtidas daquela solução específica de estoque de ácido piruvico.
Prepare 250 mililitros de meio de dissolução de estoque, conforme descrito no protocolo de texto, e adicione EDTA a uma concentração de 100 miligramas por litro para sequestrar qualquer contaminação de íons metálicos. Além disso, prepare 500 mililitros de solução de limpeza de estoque consistindo de 100 miligramas por litro EDTA dissolvido em água desionizada. Aproximadamente 10 mililitros desta solução de limpeza são utilizados após cada polarização para limpar o caminho de dissolução do DNP.
Esfrie o aparelho DNP para 1,4 kelvin na preparação de uma amostra de ácido piruvico de 1-13C selecionando o botão Cooldown na janela principal do DNP. Pese 30 miligramas da solução preparada de ácido piruvico em um copo de amostra. Quando a temperatura VTI desejada for atingida, clique em Insert Sample, selecione Amostra Normal e clique em Próximo.
Seguindo as precauções de segurança exibidas na tela, insira o copo no aparelho DNP frio usando uma varinha longa especificamente projetada para esta tarefa. Uma vez que o copo seja inserido, remova a varinha e feche as portas do DNP. Na interface de software DNP, clique em Next e, em seguida, termine.
Aguarde até que a temperatura volte para 1,4 kelvin e clique no botão Amostra polarizar. Na nova janela pop-up, defina o valor de frequência para o obtido a partir da varredura de micro-ondas. Na mesma janela, defina a potência para 50 miliwatts e o tempo de amostragem para 300 segundos.
Clique em Next, verifique a caixa de monitoramento de configuração e clique em Concluir. Polarize até que o acúmulo da magnetização de estado sólido atinja pelo menos 95% do máximo. Quando a polarização desejada for alcançada, clique em Executar dissolução.
Em Método, selecione o teste do ácido piruvico e, em seguida, clique em Próximo. Seguindo as instruções na tela, abra as portas da torre DNP. Carregue a câmara de aquecimento e pressurização na parte superior do aparelho com aproximadamente 4,55 mililitros do meio de dissolução.
Isso produz uma concentração de 80 milmoles por litro de piruvato após a dissolução a um pH de 7,75 e uma temperatura de 37 graus Celsius. Posicione a varinha em recuperação na posição direita e feche as portas da torre. Na interface de software DNP, clique em Next e, em seguida, em Concluir.
Nesse ponto, a mídia de dissolução será superaquecida até que a pressão atinja 10 bar. Uma vez que a pressão de 10 barras é atingida, o piruvato congelado e hiperpolarizado é automaticamente levantado do banho de hélio líquido, rapidamente misturado e descongelado com a mídia de dissolução superaquecida. A mistura é então ejetada através de uma tubulação capilar em um frasco em forma de pera.
Enquanto a mistura de mídia de piruvato hiperpolarizado e dissolução é ejetada, redemoinho constantemente o frasco para garantir uma mistura homogênea. Quando toda a mistura tiver sido ejetada, desenhe rapidamente 1,1 mililitros do líquido em uma seringa. Transfira a mistura para um tubo NMR pré-aquecido de 10 mililitros de diâmetro e transporte rápido para o relaxante de ciclismo de campo.
Limpe imediatamente o caminho do fluido DNP utilizando meio de dissolução limpo, seguido de etanol. Em seguida, remova o copo e exploda gás hélio pelo caminho do fluido para remover os fluidos de limpeza restantes e purgar o caminho do oxigênio. Limpe todos os vidros.
Após cada medição, registo o pH das amostras do espectrômetro benchtop. Além disso, registo o pH das amostras no relaxante de ciclismo de campo. Antes da dissolução, o ângulo de lançamento do relaxante deve ser calculado, e o relaxante deve ser configurado e pronto para a medição da solução hiperpolarizada.
Para realizar as medições T-one, certifique-se de que a bobina de calço externo esteja instalada e energizada. No software de instrumento, selecione a guia Main Par. Em seguida, clique na célula ao lado da etiqueta Experimentar e role para baixo na janela pop-up para selecionar a sequência de pulso HPUB/S.
Agora, defina os parâmetros de aquisição. Defina atenuação de radiofrequência para 25 decibéis, T1 máximo para valores entre três e cinco segundos, tempo de mudança para 0,2 segundos, reciclar atraso para zero segundos e campo de relaxamento para o campo de relaxamento desejado em mega-hertz. Em seguida, selecione a guia Parâmetros de Aquisição, seguida pelo subtab básico.
Clique na célula ao lado da etiqueta Nucleus e role para baixo na janela pop-up para selecionar carbono-13. Em seguida, defina a frequência do sistema para oito mega-hertz, varrer a largura para um mega-hertz, o tamanho do bloco para 652 e filtrar a largura de banda para 50.000 hertz. Em seguida, selecione o subtab de configuração.
Defina o tempo de largura do pulso de 90 graus para o valor previamente determinado, o receptor inibe o tempo para 25 microsegundos, e o tempo de atraso de aquisição para 25 microssegundos. Selecione o subtab pulsar e defina o ângulo principal de lançamento do pulso RF em cinco graus. Em seguida, selecione o subtabto número de dimensões e defina o número de blocos para 100.
Aguarde e prepare-se para receber a solução hiperpolarizada para iniciar a aquisição de dados. Imediatamente antes de inserir a amostra no relaxador, inicie manualmente a sequência de pulso do console para evitar inserir a amostra em um campo magnético nulo. Por essa razão, é importante ignorar a primeira decadência de indução livre, ou FID, durante a análise dos dados.
É importante iniciar a aquisição de dados antes de introduzir a amostra no relaxante para evitar campos magnéticos nulos que causarão uma perda de polarização. Uma vez feita a aquisição, salve os dados clicando no botão Salvar. Utilizando o software de análise, integre a magnitude de cada sinal FID para produzir uma série de dados composta de magnetização de amostras em função do tempo.
Um exemplo de varredura de micro-ondas de alta resolução e de alcance completo para ácido piruvico é mostrado. Para o caso apresentado, essa frequência de micro-ondas ideal corresponde a 94.128 giga-hertz. Mostrado aqui é uma série típica de FIDs em decomposição à medida que a magnetização hiperpolarizada é amostrada.
A curva de relaxamento para piruvato 1-13C hiperpolarizado foi obtida a partir dos dados da figura anterior. Cada ponto azul na curva representa a área sob um FID. O valor T1 de 53,9 mais ou menos 0,6 segundos foi obtido por um ajuste não linear de menos quadrados da equação de sinal para os dados da curva de decomposição, que incluíam os efeitos do ângulo de lançamento usado para excitação.
Os resultados do T1 para todas as 26 medições em uma faixa de 0,237 milítesla a 0,705 tesla a 37 graus Celsius são mostrados. Cada medição T1 em um determinado campo de relaxamento é uma dissolução hiperpolarizada separada do aparelho DNP. A linha sólida representa a fórmula, e as linhas tracejadas representam as faixas de confiança de 95%.
A análise dos resultados mostrou que o tempo de relaxamento para o núcleo C-1 é de 46,9 segundos no campo magnético da Terra, em comparação com 65 segundos em três tesla, o que representa uma diminuição de 28% É importante instalar e energizar a bobina de calço externo e iniciar a aquisição logo antes de inserir a amostra para evitar campos magnéticos nulos e a perda potencial de polarização. Seguindo este método, o procedimento amostral poderia ser usado com mídia de dissolução deuterada para estender os tempos de relaxamento spin-rettice da solução hiperpolarizada.
