精選百科
本文由作者推薦
核磁共振成像儀
醫(yī)學(xué)設(shè)備
核磁共振(MRI)又叫核磁共振成像技術(shù)。核磁共振成像儀就是因這項(xiàng)技術(shù)而產(chǎn)生的儀器。它是繼CT后醫(yī)學(xué)影像學(xué)的又一重大進(jìn)步。
基本信息
| 中文名 | 核磁共振成像儀 |
| 外文名 | MRI |
| 又叫 | 核磁共振成像技術(shù) |
| 應(yīng)用年代 | 80年代 |
簡(jiǎn)介
MRI是一種生物磁自旋成像技術(shù)，它是利用原子核自旋運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，在外加磁場(chǎng)內(nèi)，經(jīng)射頻脈沖激后產(chǎn)生信號(hào)，用探測(cè)器檢測(cè)并輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)過(guò)處理轉(zhuǎn)換在屏幕上顯示圖像。
MRI提供的信息量不但大于醫(yī)學(xué)影像學(xué)中的其他許多成像術(shù)，而且不同于已有的成像術(shù)，因此，它對(duì)疾病的診斷具有很大的潛在優(yōu)越性。它可以直接作出橫斷面、矢狀面、冠狀面和各種斜面的體層圖像，不會(huì)產(chǎn)生CT檢測(cè)中的偽影；不需注射造影劑；無(wú)電離輻射，對(duì)機(jī)體沒(méi)有不良影響。
MRI也存在不足之處。它的空間分辨率不及CT，帶有心臟起搏器的患者或有某些金屬異物的部位不能作MRI的檢查，另外價(jià)格比較昂貴。
發(fā)展歷史
核磁共振成像儀
呈正向或反向有序平行排列，而施加無(wú)線電波之后，原子核的自旋方向發(fā)生翻轉(zhuǎn)。這是人類(lèi)關(guān)于原子核與磁場(chǎng)以及外加射頻場(chǎng)相互作用的最早認(rèn)識(shí)。由于這項(xiàng)研究，拉比于1944年獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
1946年，美國(guó)哈佛大學(xué)的珀塞爾和斯坦福大學(xué)的布洛赫發(fā)現(xiàn)，將具有奇數(shù)個(gè)核子（包括質(zhì)子和中子）的原子核置于磁場(chǎng)中，再施加以特定頻率的射頻場(chǎng)，就會(huì)發(fā)生原子核吸收射頻場(chǎng)能量的現(xiàn)象，這就是人們最初對(duì)核磁共振現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)。為此他們兩人獲得了1952年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
人們?cè)诎l(fā)現(xiàn)核磁共振現(xiàn)象之后很快就產(chǎn)生了實(shí)際用途，早期核磁共振主要用于對(duì)核結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的研究，如測(cè)量核磁矩、電四極距、及核自旋等，化學(xué)家利用分子結(jié)構(gòu)對(duì)氫原子周?chē)艌?chǎng)產(chǎn)生的影響，發(fā)展出了核磁共振譜，用于解析分子結(jié)構(gòu)，隨著時(shí)間的推移，核磁共振譜技術(shù)不斷發(fā)展，從最初的一維氫譜發(fā)展到碳譜、二維核磁共振譜等高級(jí)譜圖，核磁共振技術(shù)解析分子結(jié)構(gòu)的能力也越來(lái)越強(qiáng)，進(jìn)入1990年代以后，人們甚至發(fā)展出了依靠核磁共振信息確定蛋白質(zhì)分子三級(jí)結(jié)構(gòu)的技術(shù)，使得溶液相蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的精確測(cè)定成為可能。后來(lái)核磁共振廣泛應(yīng)用于分子組成和結(jié)構(gòu)分析，生物組織與活體組織分析，病理分析、醫(yī)療診斷、產(chǎn)品無(wú)損監(jiān)測(cè)等方面。
20世紀(jì)70年代，脈沖傅里葉變換核磁共振儀出現(xiàn)了，它使13C譜的應(yīng)用也日益增多。用核磁共振法進(jìn)行材料成分和結(jié)構(gòu)分析有精度高、對(duì)樣品限制少、不破壞樣品等優(yōu)點(diǎn)。
基本原理
核磁共振現(xiàn)象來(lái)源于原子核的自旋角動(dòng)量在外加磁場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核與電子一樣，也具有自旋角動(dòng)量，其自旋角動(dòng)量的具體數(shù)值由原子核的自旋量子數(shù)決定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不同類(lèi)型的原子核自旋量子數(shù)也不同：質(zhì)量數(shù)和質(zhì)子數(shù)均為偶數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為0；質(zhì)量數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為半整數(shù)；質(zhì)量數(shù)為偶數(shù)，質(zhì)子數(shù)為奇數(shù)的原子核，自旋量子數(shù)為整數(shù)。迄今為止，只有自旋量子數(shù)等于1/2的原子核，其核磁共振信號(hào)才能夠被人們利用，經(jīng)常為人們所利用的原子核有： 1H、11B、13C、17O、19F、31P。
由于原子核攜帶電荷，當(dāng)原子核自旋時(shí)，會(huì)由自旋產(chǎn)生一個(gè)磁矩，這一磁矩的方向與原子核的自旋方向相同，大小與原子核的自旋角動(dòng)量成正比。將原子核置于外加磁場(chǎng)中，若原子核磁矩與外加磁場(chǎng)方向不同，則原子核磁矩會(huì)繞外磁場(chǎng)方向旋轉(zhuǎn)，這一現(xiàn)象類(lèi)似陀螺在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中轉(zhuǎn)動(dòng)軸的擺動(dòng)，稱(chēng)為進(jìn)動(dòng)。進(jìn)動(dòng)具有能量也具有一 定的頻率。原子核進(jìn)動(dòng)的頻率由外加磁場(chǎng)的強(qiáng)度和原子核本身的性質(zhì)決定，也就是說(shuō)，對(duì)于某一特定原子，在一定強(qiáng)度的的外加磁場(chǎng)中，其原子核自旋進(jìn)動(dòng)的頻率是固定不變的。原子核發(fā)生進(jìn)動(dòng)的能量與磁場(chǎng)、原子核磁矩、以及磁矩與磁場(chǎng)的夾角相關(guān)，根據(jù)量子力學(xué)原理，原子核磁矩與外加磁場(chǎng)之間的夾角并不是連續(xù)分布的，而是由原子核 的磁量子數(shù)決定的，原子核磁矩的方向只能在這些磁量子數(shù)之間跳躍，而不能平滑的變化，這樣就形成了一系列的能級(jí)。當(dāng)原子核在外加磁場(chǎng)中接受其他來(lái)源的能量輸入后，就會(huì)發(fā)生能級(jí)躍遷，也就是原子核磁矩與外加磁場(chǎng)的夾角會(huì)發(fā)生變化。這種能級(jí)躍遷是獲取核磁共振信號(hào)的基礎(chǔ)。為了讓原子核自旋的進(jìn)動(dòng)發(fā)生能級(jí)躍遷，需要為原子核提供躍遷所需要的能量，這一能量通常是通過(guò)外加射頻場(chǎng)來(lái)提供的。根據(jù)物理學(xué)原理當(dāng)外加射頻場(chǎng)的頻率與原子核自旋進(jìn)動(dòng)的頻率相同的時(shí)候，射頻場(chǎng)的能量才能夠有效地被原子核吸收，為能級(jí)躍遷提供助力。因此某種特定的原子核，在給定的外加磁場(chǎng)中，只吸收某一特定頻率射頻場(chǎng)提供的能量，這樣就形成了一個(gè)核磁共振信號(hào)。
主要參數(shù)
同一種核在分子中因所處的化學(xué)環(huán)境不同，使共振頻率發(fā)生位移的現(xiàn)象?；瘜W(xué)位移產(chǎn)生的原因是分子中運(yùn)動(dòng)的電子在外磁場(chǎng)下對(duì)核產(chǎn)生的磁屏蔽。屏蔽作用的大小可用屏蔽因子σ來(lái)表示。一般來(lái)說(shuō)屏蔽因子σ 是一個(gè)二階張量，只有在液體中由于分子的快速翻滾，化學(xué)位移的各向異性被平均，屏蔽因子才表現(xiàn)為一常量。
核磁共振的共振頻率：
實(shí)際測(cè)定中化學(xué)位移是以某一參考物的譜線為標(biāo)準(zhǔn)，其他譜線都與它比較，即以一無(wú)因次的量δ表示化學(xué)位移的大小。常用參考物是四甲基硅(TMS)。
核磁共振成像儀
v參考， v樣品分別是參考物和被測(cè)樣品的共振頻率 Vo是儀器的工作頻率，化學(xué)位移的單位是(ppm百萬(wàn)分之一)。
化學(xué)位移的大小受鄰近基團(tuán)的電負(fù)性、磁各向異性、芳環(huán)環(huán)流、溶劑、pH值、氫鍵等許多因素的影響。其中有3種效應(yīng)常被用于生物學(xué)研究。
① 環(huán)流效應(yīng)：生物分子中常有含大π共軛電子云的芳環(huán)或芳雜環(huán)，如Phe、His、Tyr、Trp、嘌呤、嘧啶以及卟啉環(huán)。原子核相對(duì)于這些環(huán)的距離，方位不同，受大π電子云產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)的影響不同，對(duì)各核化學(xué)位移的影響亦不同。環(huán)流效應(yīng)常用于生物分子的溶液構(gòu)象研究。
② 順磁效應(yīng)：Fe2 (高自旋態(tài))、CO2 、Mn2 等順磁離子及有機(jī)自由基（自旋標(biāo)記化合物）中的不成對(duì)電子對(duì)周?chē)说幕瘜W(xué)位移及弛豫過(guò)程會(huì)有很大的影響，利用這個(gè)效應(yīng)可研究順磁離子周?chē)鶊F(tuán)的狀況。
③ pH滴定效應(yīng)：在不同pH條件下，各解離基團(tuán)的解離狀況不一，造成附近基團(tuán)有不同的化學(xué)環(huán)境，從而使得化學(xué)位移隨pH變化。
2. 耦合常數(shù)
核與核之間以?xún)r(jià)電子為媒介相互耦合引起譜線分裂的現(xiàn)象稱(chēng)為自旋裂分。由于自旋裂分形成的多重峰中相鄰兩峰之間的距離被稱(chēng)為自旋——自旋耦合常數(shù)，用 J表示。耦合常數(shù)用來(lái)表征兩核之間耦合作用的大小，具有頻率的因次，單位是赫茲。
一般來(lái)說(shuō)由于自旋耦合使高分辨核磁共振波譜變得十分復(fù)雜，但是當(dāng)化學(xué)位移之差Δ γ遠(yuǎn)大于耦合常數(shù)時(shí)，一個(gè)含有 n個(gè)自旋量子數(shù)為1 I2的核的基團(tuán)將會(huì)使其鄰近基團(tuán)中核的吸收峰分裂為2 n1重峰，并且這 2 n1重峰的強(qiáng)度分布服從二項(xiàng)式系數(shù)分配公式(1 x)n。此為一級(jí)分裂波譜。
圖1中各峰由于自旋耦合而產(chǎn)生譜線裂分。耦合常數(shù)的大小與外加磁場(chǎng)的大小無(wú)關(guān)，與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)即與兩核之間鍵的數(shù)目及電子云的分布有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，兩核之間相隔 3個(gè)以上的化學(xué)鍵之間的耦合被稱(chēng)為遠(yuǎn)程耦合， J值很小。如果兩核之間相隔四個(gè)或四個(gè)以上的單鍵， J值基本上等于零。
3. 譜峰強(qiáng)度
信號(hào)強(qiáng)度是核磁共振譜的第三個(gè)重要信息，處于相同化學(xué)環(huán)境的原子核在核磁共振譜中會(huì)顯示為同一個(gè)信號(hào)峰，通過(guò)解析信號(hào)峰的強(qiáng)度可以獲知這些原子核的數(shù)量，從而為分子結(jié)構(gòu)的解析提供重要信息。表征信號(hào)峰強(qiáng)度的是信號(hào)峰的曲線下面積積分，即吸收峰積分曲線的高度與產(chǎn)生該吸收峰基團(tuán)的粒子數(shù)成正比。圖1中苯環(huán)間位質(zhì)子峰，苯環(huán)鄰位質(zhì)子峰，α-CH質(zhì)子峰，β-CH質(zhì)子峰的積分強(qiáng)度之比為2∶2∶1∶2。
這一信息對(duì)于1H-NMR譜尤為重要，而對(duì)于13C-NMR譜而言，由于峰強(qiáng)度和原子核數(shù)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系并不顯著，因而峰強(qiáng)度并不非常重要。
4. 弛豫參數(shù)
從微觀機(jī)制上說(shuō)，弛豫是由局部漲落磁場(chǎng)所引起的。偶極-偶極相互作用、分子轉(zhuǎn)動(dòng)、化學(xué)位移各向異性、鄰近存在電四極核等等，都可以產(chǎn)生局部磁場(chǎng)。而固體中的晶格震動(dòng)，液體中的Brown 運(yùn)動(dòng)等，使得局部磁場(chǎng)將隨時(shí)間漲落。弛豫過(guò)程的特性取決于分子運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)。由于分子運(yùn)動(dòng)是無(wú)規(guī)則的，局部漲落磁場(chǎng)也是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程。此外，弛豫速率（即弛豫時(shí)間的倒數(shù)），具有可加和性。當(dāng)存在多種弛豫機(jī)制時(shí)，總的弛豫速率是各種機(jī)制弛豫速率的總和。
①自旋-晶格弛豫時(shí)間（縱向弛豫時(shí)間） T1，核系統(tǒng)與周?chē)Ц裣嗷プ饔茫粨Q能量，使核系統(tǒng)恢復(fù)平衡，這一過(guò)程被稱(chēng)為自旋－晶格弛豫過(guò)程，自旋－晶格弛豫過(guò)程的快慢可用自旋－晶格弛豫時(shí)間 T1來(lái)表征。 T1的單位是秒。
②自旋－自旋弛豫時(shí)間(橫向弛豫時(shí)間) T2，等同核之間的磁相作用被稱(chēng)為自旋－自旋相互作用。等同核之間相互交換自旋態(tài)并不改變系統(tǒng)的總能量，卻縮短了系統(tǒng)在激發(fā)態(tài)的能級(jí)壽命。自旋－自旋弛豫時(shí)間 T2是核處于激發(fā)態(tài)的能級(jí)壽命，以秒為單位，它與譜線寬度有關(guān)
技術(shù)成就
保羅·勞特布爾（Paul Lauterbur），美國(guó)科學(xué)家。1985年至今，他擔(dān)任美國(guó)伊利諾伊大學(xué)生物醫(yī)學(xué)核磁共振實(shí)驗(yàn)室主任。因在核磁共振成像技術(shù)領(lǐng)域的突破性成就，而和英國(guó)科學(xué)家彼得·曼斯菲爾德（Peter Mansfield）共同獲得2003年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。于2007年3月27日在美國(guó)伊利諾伊州烏爾班納市逝世，享年77歲。
勞特布爾1929年生于美國(guó)俄亥俄州小城悉尼，1951年獲凱斯理工學(xué)院理學(xué)士，1962年獲費(fèi)城匹茲堡大學(xué)化學(xué)博士。1963年至1984年間，勞特布爾作為化學(xué)和放射學(xué)系教授執(zhí)教于紐約州立大學(xué)石溪分校。在此期間，他致力于核磁共振光譜學(xué)及其應(yīng)用的研究。勞特布爾還把核磁共振成像技術(shù)推廣應(yīng)用到生物化學(xué)和生物物理學(xué)領(lǐng)域。
彼得· 曼斯菲爾德1933年出生于英國(guó)倫敦，1959年獲倫敦大學(xué)瑪麗女王學(xué)院理學(xué)士，1962年獲倫敦大學(xué)物理學(xué)博士學(xué)位。1962年到1964年擔(dān)任美國(guó)伊利諾伊大學(xué)物理系助理研究員，1964年到英國(guó)諾丁漢大學(xué)物理系擔(dān)任講師，現(xiàn)為該大學(xué)物理系教授。除物理學(xué)之外，曼斯菲爾德還對(duì)語(yǔ)言學(xué)、閱讀和飛行感興趣，并擁有飛機(jī)和直升機(jī)兩用的飛行員執(zhí)照。他進(jìn)一步發(fā)展了有關(guān)在穩(wěn)定磁場(chǎng)中使用附加的梯度磁場(chǎng)的理論，為核磁共振成像技術(shù)從理論到應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院6日宣布，2003年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家保羅·勞特布爾和英國(guó)科學(xué)家彼得·曼斯菲爾德，以表彰他們?cè)诤舜殴舱癯上窦夹g(shù)領(lǐng)域的突破性成就。他們的成就是醫(yī)學(xué)診斷和研究領(lǐng)域的重大成果。
在科學(xué)家成果的基礎(chǔ)上，第一臺(tái)醫(yī)用核磁共振成像儀于20世紀(jì)80年代初問(wèn)世。后來(lái)，為了避免人們把這種技術(shù)誤解為核技術(shù)，一些科學(xué)家把核磁共振成像技術(shù)的“核”字去掉，稱(chēng)為其為“磁共振成像技術(shù)”，英文縮寫(xiě)即MRI。
核磁共振成像技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是能夠在對(duì)身體沒(méi)有損害的前提下，快速地獲得患者身體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的高精確度立體圖像。利用這種技術(shù)，可以診斷以前無(wú)法診斷的疾病，特別是腦和脊髓部位的病變；可以為患者需要手術(shù)的部位準(zhǔn)確定位，特別是腦手術(shù)更離不開(kāi)這種定位手段；可以更準(zhǔn)確地跟蹤患者體內(nèi)的癌變情況，為更好地治療癌癥奠定基礎(chǔ)。此外，由于使用這種技術(shù)時(shí)不直接接觸被診斷者的身體，因而還可以減輕患者的痛苦。
目前核磁共振成像儀在全世界得到初步普及，已成為最重要的診斷工具之一。2002年，全世界使用的核磁共振成像儀共有2.2萬(wàn)臺(tái)，利用它們共進(jìn)行了約6000萬(wàn)人次的檢查。
現(xiàn)代發(fā)展
開(kāi)發(fā)出世界掃描能力最強(qiáng)醫(yī)用核磁共振成像儀
美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校2007年12月4日宣布，該校研制的高強(qiáng)度的核磁共振成像儀已經(jīng)完成了安全測(cè)試，即將投入臨床使用。這將是世界上掃描能力最強(qiáng)的醫(yī)用核磁共振成像設(shè)備。
根據(jù)美國(guó)食品和藥物管理局的規(guī)定，此類(lèi)設(shè)備投入使用前必須進(jìn)行嚴(yán)格的人體安全測(cè)試。
研究人員在《核磁共振雜志》上報(bào)告說(shuō)，測(cè)試證明，這種強(qiáng)度高達(dá)9．4特斯拉的掃描儀對(duì)于人體是安全的。與目前核磁共振成像儀利用水分子追蹤掃描不同，這一高強(qiáng)度的儀器借助的是鈉離子。
研究人員說(shuō)，在兼顧安全性的前提下，這種高強(qiáng)度的核磁共振成像儀的掃描能力將大大提高，能幫助醫(yī)生更早地檢測(cè)疾病，更好地監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)程。醫(yī)生將可以實(shí)時(shí)地觀測(cè)人腦內(nèi)的新陳代謝等生物過(guò)程，有助于針對(duì)不同患者制定“個(gè)性化”治療方案。
例如，將來(lái)醫(yī)生可以利用高強(qiáng)度的掃描儀，實(shí)時(shí)觀察患者大腦內(nèi)腫瘤對(duì)治療方案的響應(yīng)情況，隨時(shí)調(diào)整放療劑量等。而目前，醫(yī)生通常要等好幾個(gè)星期才能觀察到腫瘤在治療方案作用下是否開(kāi)始縮減。醫(yī)生將來(lái)甚至可能觀測(cè)到，在整個(gè)腫瘤縮減之前內(nèi)部的單個(gè)細(xì)胞是否已開(kāi)始死亡。
美國(guó)弗吉尼亞大學(xué)華人科學(xué)家王成波領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)發(fā)出一種新型氦氣彌散核磁共振成像技術(shù)，在2008年5月17日前于加拿大舉行的第16屆國(guó)際核磁共振學(xué)會(huì)年會(huì)上獲得青年科學(xué)家臨床醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。與會(huì)專(zhuān)家認(rèn)為，這種新技術(shù)有望推進(jìn)肺部疾病的研究和治療，具有應(yīng)用前景。
長(zhǎng)期以來(lái)，醫(yī)學(xué)研究人員推測(cè)哮喘病可能會(huì)引起肺部深層組織病變，但由于技術(shù)障礙，這個(gè)推測(cè)始終難以得到證實(shí)。王成波17日接受新華社記者采訪時(shí)說(shuō)，與普通核磁共振成像不同，在氦氣核磁共振成像中，患者吸入一種特殊氦氣——氦的同位素氣體。通過(guò)測(cè)量這種氦氣分子的彌散距離，科學(xué)家們可以探測(cè)到包括肺部微小氣管在內(nèi)的深層組織損害。
王成波的研究小組發(fā)現(xiàn)，氦氣核磁共振成像探測(cè)到的肺部深層組織損害與已知的哮喘病中普通的氣管緊縮完全不同。
此外，這種肺部深層組織病變對(duì)最強(qiáng)力的哮喘激素藥物沒(méi)有反應(yīng)，他們懷疑這可能揭示了哮喘頻繁發(fā)作的深層原因。王成波說(shuō)，他們使用的特殊氦氣對(duì)人體安全，其獨(dú)特之處在于可以通過(guò)激光激化的方法大大增強(qiáng)核磁共振信號(hào)。目前這種氦氣彌散核磁共振成像技術(shù)仍處于試驗(yàn)研究階段，基本成像成本稍高于普通的核磁共振成像。
王成波等研究人員正計(jì)劃改進(jìn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，同時(shí)還將使用計(jì)算機(jī)X射線斷層攝影等其他成像技術(shù)進(jìn)行類(lèi)似的對(duì)比試驗(yàn)。近年來(lái)，哮喘病正逐漸成為一種公眾健康威脅。目前，這種病威脅著世界約1．5億人的健康，其中兒童患者達(dá)5000萬(wàn)。研究哮喘病的發(fā)病機(jī)理和病程進(jìn)展正成為臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重要課題。
技術(shù)應(yīng)用
NMR
NMR技術(shù)即核磁共振譜技術(shù)，是將核磁共振現(xiàn)象應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的一項(xiàng)技術(shù)。對(duì)于有機(jī)分子結(jié)構(gòu)測(cè)定來(lái)說(shuō)，核磁共振譜扮演了非常重要的角色，核磁共振譜與紫外光譜、紅外光譜和質(zhì)譜一起被有機(jī)化學(xué)家們稱(chēng)為“四大名譜”。目前對(duì)核磁共振譜的研究主要集中在1H和13C兩類(lèi)原子核的圖譜。
核磁共振的特點(diǎn)：①共振頻率決定于核外電子結(jié)構(gòu)和核近鄰組態(tài)；②共振峰的強(qiáng)弱決定于該組態(tài)在合金中所占的比例；③譜線的分辨率極高。
早期的核磁共振譜主要集中于氫譜，這是由于能夠產(chǎn)生核磁共振信號(hào)的1H原子在自然界豐度極高，由其產(chǎn)生的核磁共振信號(hào)很強(qiáng)，容易檢測(cè)。隨著傅立葉變換技術(shù)的發(fā)展，核磁共振儀可以在很短的時(shí)間內(nèi)同時(shí)發(fā)出不同頻率的射頻場(chǎng)，這樣就可以對(duì)樣品重復(fù)掃描，從而將微弱的核磁共振信號(hào)從背景噪音中區(qū)分出來(lái)，這使得人們可以收集13C核磁共振信號(hào)。
近年來(lái)，人們發(fā)展了二維核磁共振譜技術(shù)，這使得人們能夠獲得更多關(guān)于分子結(jié)構(gòu)的信息，目前二維核磁共振譜已經(jīng)可以解析分子量較小的蛋白質(zhì)分子的空間結(jié)構(gòu)。
生物學(xué)中應(yīng)用
核磁共振波譜技術(shù)用來(lái)研究生物大分子有如下特點(diǎn)：
①不破壞生物高分子結(jié)構(gòu)（包括空間結(jié)構(gòu)）。
②在溶液中測(cè)定符合生物體的常態(tài)，也可測(cè)定固體樣品，比較晶態(tài)和溶液態(tài)的構(gòu)象異同。
③不僅可用來(lái)研究構(gòu)象而且可用來(lái)研究構(gòu)象變化即動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
⑤可用來(lái)研究活細(xì)胞和活組織。
在生物學(xué)研究中最常用的是1H，13C，31P譜，此外還有15N，19F等。1H譜發(fā)展最早，1H在生物體中無(wú)所不在，核磁相對(duì)靈敏度高，故應(yīng)用最廣，包括用于核磁成像。缺點(diǎn)是含氫基團(tuán)極多，譜線易重疊而不易解析。碳亦為生物體內(nèi)重要元素，但12C自旋為零，13C天然豐度低，僅為1.1%，對(duì)等數(shù)量的核在相同磁場(chǎng)下其靈敏度只及1H的1.6%。其優(yōu)點(diǎn)是化學(xué)位移范圍寬，在寬帶去耦條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，波譜簡(jiǎn)單，易分辨，隨著測(cè)定技術(shù)及13C標(biāo)記方法的發(fā)展，13C 譜已有極廣泛的應(yīng)用。31P譜常用于活組織測(cè)定，觀察ATP等含磷化合物的代謝過(guò)程，并已用于核磁成像。
NMR在生物學(xué)研究中范圍很廣。主要有：
分析研究：如確定生物分子成分及濃度，特別是可不破壞組織細(xì)胞而測(cè)知其中組分；確定異構(gòu)體比例；確定分子解離狀態(tài)；確定金屬離子或配基是否處于結(jié)合狀態(tài)；以及測(cè)定細(xì)胞膜內(nèi)外的pH差異。
熱力學(xué)研究：如測(cè)定酶與底物、配基、抑制劑的結(jié)合常數(shù)；測(cè)定可解離基團(tuán)的 pK值，特別是能測(cè)定生物大分子中分處不同微環(huán)境的同類(lèi)殘基的同類(lèi)基團(tuán)的不同 pK值，這是其他方法所不及的；還可測(cè)定相變溫度，Δ G等其他熱力學(xué)參數(shù)。
動(dòng)力學(xué)研究：監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程，測(cè)定各組分隨時(shí)間的變化；通過(guò)變溫實(shí)驗(yàn)和線形分析，測(cè)平衡過(guò)程的動(dòng)力學(xué)常數(shù)，包括某些生化反應(yīng)的反應(yīng)速率，研究分子間（如酶與抑制劑，DNA與藥物）相互作用的動(dòng)力學(xué)過(guò)程。
分子構(gòu)象及構(gòu)象變化研究：目前用二維核磁共振技術(shù)加上計(jì)算機(jī)模擬已能獨(dú)立確定小的蛋白質(zhì)分子及核苷酸片段在溶液中的三維空間結(jié)構(gòu)。改變物理化學(xué)因素或加入可與生物分子相互作用的其他物質(zhì)，將會(huì)使核磁圖譜發(fā)生變化，從而可用來(lái)研究這種構(gòu)象變化。
活體研究：用31P，13C，1H磁共振方法測(cè)定活細(xì)胞，活組織以致整體的代謝物濃度及變化，測(cè)定細(xì)胞內(nèi)pH值，觀察藥物或不同生理狀況對(duì)代謝的影響。研究對(duì)象有微生物、植物、各種動(dòng)物以至人體器官等。
參考資料
[1]
青年人應(yīng)有大志向 投身科學(xué)事業(yè)2020-05-07T11:40:43+08:00[引用日期2022-06-23 12:30:14]
核磁共振成像儀相關(guān)的文章
巴士拉（???????，Basra），為伊拉克巴士拉省省會(huì)，位于底格里斯河和幼發(fā)拉底河交匯的夏臺(tái)·阿拉伯河西岸，南距波斯灣55公里，是伊拉克第一大港及第二大城。建于635年，曾被戰(zhàn)火摧毀，891年被重建。2003年時(shí)，全省人口估計(jì)約2,600,000人，而巴士拉城則有約1,880,000人。
魯霍拉·穆薩維·霍梅尼（1902年9月22日－1989年6月3日），男，伊朗什葉派宗教學(xué)者（大阿亞圖拉），伊斯蘭革命的政治和精神領(lǐng)袖。
胡楊（拉丁學(xué)名：Populus euphratica)，別名：胡桐、英雄樹(shù)、異葉胡楊、異葉楊、水桐、三葉樹(shù)、幼發(fā)拉底楊等，是楊柳科(Salicaceae)楊屬(Populus)一種落葉中型天然喬木植物。主要分布于蒙古、埃及、敘利亞、印度、伊朗、阿富汗、巴基斯坦等地區(qū)，在中國(guó)主要分布于內(nèi)蒙古西部、甘肅
蘇逸平《穿梭時(shí)空三千年》的作者蘇逸平是繼香港科幻小說(shuō)家衛(wèi)斯理之后，又一在港澳臺(tái)及東西亞風(fēng)靡至今的科幻小說(shuō)家。他是生長(zhǎng)于臺(tái)灣的美籍華人，在美國(guó)學(xué)的是機(jī)電專(zhuān)業(yè)，但極度熱愛(ài)星際間的幻想世界，堅(jiān)信在冷硬的科技中，存在著復(fù)雜、柔美的人性情懷，愛(ài)恨糾葛。由他創(chuàng)作的“時(shí)空傳奇”系列作品，有的被改編成漫畫(huà)書(shū)，有的已
巴爾米拉（Palmyra）是敘利亞沙漠上的一片綠洲，位于大馬士革的東北方，是古代最重要的文化中心之一，保存大都市的許多紀(jì)念性建筑。巴爾米拉處于1世紀(jì)-2世紀(jì)幾種文化的交匯處，所以它的藝術(shù)和建筑能夠把古希臘羅馬的技藝與本地的傳統(tǒng)及波斯的影響巧妙地融合在一起。作為敘利亞的一張國(guó)家名片，有著2000多年歷史的巴爾米拉古城被譽(yù)為“沙漠新娘”，一直是該國(guó)最值得驕傲的寶貴財(cái)富之一，1980年被聯(lián)合國(guó)教科文組織列入世界文化遺產(chǎn)名錄。這座古羅馬風(fēng)格的古城地處地中海東岸和幼發(fā)拉底河之間沙漠邊緣的一片綠洲中，曾是古絲綢之路上
尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
作者
