06.09.2022 - Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Menos riesgo, menos costes: Los dispositivos de espectroscopia portátiles podrían ser pronto una realidad

Nuevo enfoque para permitir las mediciones sin campos magnéticos fuertes

La resonancia magnética nuclear (RMN) es una herramienta analítica con un amplio abanico de aplicaciones, entre las que se encuentra la imagen por resonancia magnética que se utiliza con fines de diagnóstico en medicina. Sin embargo, la RMN suele requerir la generación de potentes campos magnéticos, lo que limita el alcance de su uso. Los investigadores que trabajan en la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia (JGU) y en el Instituto Helmholtz de Maguncia (HIM) han descubierto ahora nuevas formas potenciales de reducir el tamaño de los dispositivos correspondientes y también el posible riesgo asociado, eliminando la necesidad de fuertes campos magnéticos. Esto se consigue combinando la llamada RMN de campo cero a ultrabajo con una técnica especial de hiperpolarización. "Este nuevo y emocionante método se basa en un concepto innovador. Abre todo un abanico de oportunidades y supera las desventajas anteriores", dijo la Dra. Danila Barskiy, ganadora del premio Sofja Kovalevskaja, que trabaja en la disciplina correspondiente en la JGU y el HIM desde 2020.

Nuevo enfoque para permitir mediciones sin campos magnéticos fuertes

La actual generación de dispositivos de RMN es, debido a los imanes, extremadamente pesada y cara. Otro factor que complica las cosas es la actual escasez de helio líquido que se emplea como refrigerante. "Con nuestra nueva técnica estamos avanzando gradualmente hacia la RMN de ZULF, que es completamente libre de imanes, pero todavía tenemos que superar muchos retos", declaró Barskiy.

Para que los imanes sean redundantes en este contexto, Barskiy ha tenido la idea de combinar la resonancia magnética nuclear de campo cero a ultrabajo (RMN ZULF) con una técnica especial que permite hiperpolarizar los núcleos atómicos. La RMN ZULF es en sí misma una forma de espectroscopia desarrollada recientemente que proporciona abundantes resultados analíticos sin necesidad de grandes campos magnéticos. Otra ventaja sobre la RMN de alto campo es que sus señales también pueden detectarse fácilmente en presencia de materiales conductores, como los metales. Los sensores empleados para la RMN de ZULF, normalmente magnetómetros bombeados ópticamente, son muy sensibles, fáciles de usar y ya están disponibles en el mercado. Por lo tanto, es relativamente sencillo montar un espectrómetro de RMN de ZULF.

SABRE-Relay: Transferir el orden de espín como un bastón

Sin embargo, la señal de RMN generada es un problema al que hay que hacer frente. Los métodos que se han utilizado hasta ahora para generar la señal sólo son adecuados para el análisis de una selección limitada de sustancias químicas o están asociados a costes exorbitantes. Por esta razón, Barskiy ha decidido explotar la técnica de hiperpolarización SABRE, que permite alinear los espines nucleares en grandes cantidades en solución. Existen varias técnicas de este tipo que producirían una señal suficiente para la detección en condiciones de ZULF. Entre ellas se encuentra SABRE, abreviatura de Signal Amplification by Reversible Exchange (amplificación de la señal por intercambio reversible), que ha demostrado ser especialmente adecuada. El elemento central de la técnica SABRE es un complejo metálico de iridio que media la transferencia del orden de espín del parahidrógeno a un sustrato. Barskiy ha conseguido sortear los inconvenientes derivados de la unión temporal de la muestra al complejo empleando SABRE-Relay, una mejora muy reciente de la técnica SABRE. En este caso, SABRE se utiliza para inducir la polarización que luego se transmite a un sustrato secundario.

La química del espín en la interfaz de la física y la química

En su artículo titulado "Relayed Hyperpolarization for Zero-Field Nuclear Magnetic Resonance", publicado en Science Advances, la Dra. Danila Barskiy, el autor principal, Erik Van Dyke, y sus coautores informan de cómo pudieron detectar las señales de metanol y etanol extraídas de una muestra de vodka. "Este sencillo ejemplo demuestra cómo hemos podido ampliar el rango de aplicación de la RMN de ZULF con la ayuda de un método de hiperpolarización barato, rápido y versátil", resumió Barskiy. "Esperamos haber conseguido acercarnos un poco más a nuestro objetivo de hacer viable el desarrollo de dispositivos compactos y portátiles que puedan utilizarse para el análisis de líquidos como la sangre y la orina y, en el futuro, posiblemente dotar de discriminación a determinadas sustancias químicas como la glucosa y los aminoácidos".

Danila Barskiy ganó el premio Sofja Kovalevskaja de la Fundación Alexander von Humboldt en 2020 y, gracias a ello, se trasladó de la Universidad de California, Berkeley, a Maguncia, donde comenzó a investigar en el grupo del profesor Dmitry Budker en el Instituto de Física y HIM de la JGU. Barskiy trabaja en el campo de la química física y dirige un grupo de investigación centrado en las posibles aplicaciones de la RMN en química, biología y medicina.

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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