Развитие и применение новых методов усиления сигналов ЯМР с использованием параводорода

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 19-43-04116

НазваниеРазвитие и применение новых методов усиления сигналов ЯМР с использованием параводорода

Руководитель Юрковская Александра Вадимовна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт "Международный томографический центр" Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №27 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (DFG)

Область знания, основной код классификатора 03 - Химия и науки о материалах; 03-505 - Строение молекул и молекулярная спектроскопия

Ключевые слова спиновая гиперполяризация, параводород, ИППЯ, SABRE, перенос поляризации

Код ГРНТИ31.15.15

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Параводород является одним из наиболее эффективных источников генерации гиперполяризации для повышения чувствительности в ядерном магнитном резонансе (ЯМР). При помощи методов ИППЯ (индуцируемая параводородом поляризация ядер) и SABRE (англ. Signal Amplification By Reversible Exchange – усиление сигнала за счет обратимого обмена) можно увеличить амплитуду сигналов ЯМР на несколько порядков величины. Однако формирование гиперполяризации типа ИППЯ и SABRE обусловлено сложной спиновой динамикой и химической кинетикой – полное описание данных явлений в настоящее время отсутствует. Данное обстоятельство является серьезной проблемой с точки зрения эффективного применения ИППЯ и SABRE для анализа структуры и реакционной способности молекул. Таким образом, первая цель нашего исследования – детальный анализ формирования ИППЯ и SABRE в целом и, в частности, углубленное исследование роли пара-орто-конверсии в данном процессе – наличие такой конверсии может существенно уменьшить возможное усиление сигналов ЯМР. На основе этого анализа будет разработано общее теоретическое описание процесса, которое будет подтверждено экспериментами на модельных соединениях. Параллельно будут разработаны надежные и эффективные методы конверсии гиперполяризации ИППЯ в интегральную спиновую намагниченность. Применение такой интегральной намагниченности необходимо для разработки эффективных протоколов экспериментов по ИППЯ. С ее использованием мы планируем реализовать (i) ультрабыстрые двумерные эксперименты 2D-NOESY и 2D-TOCSY с усилением сигнала за счет ИППЯ/SABRE, дающие принципиальную возможность получения полного двумерного спектра для структурного анализа за одно накопление с беспрецедентной чувствительностью; (ii) надежные методы переноса гиперполяризации с протонов на гетероядра для ЯМР в одном и двух измерениях; (iii) новые улучшенные методы SABRE в сильных магнитных полях, (iv) экспериментальные протоколы для сохранения созданной гиперполяризации в форме долгоживущих спиновых состояний в специально разработанных маркерах ИППЯ. Параллельно мы продолжим нашу работу над экспериментом PANEL, который делает возможной сверхчувствительную регистрацию промежуточных комплексов Н2-катализатор, и применим его к серии активных катализаторов ИППЯ и SABRЕ. Данные методы будут апробированы для малых модельных молекул с ненасыщенной связью в случае ИППЯ либо простых производных пиридина в случае SABRЕ. В дальнейшем мы будем применим разработанные методы к олигопептидам, содержащим активные группы ИППЯ или SABRЕ в боковой и пептидной цепях и на N-конце.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Жуков И.В., Кирютин А.С., Юрковская А.В., Иванов К.Л. Assessment of heteronuclear long-lived states at ultralow magnetic fields PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS, Том: 21 Выпуск: 33 Стр.: 18188-18194 (год публикации - 2019)
10.1039/c9cp03719e

2. Кирютин А.С., Родин Б.А., Юрковская А.В., Иванов К.Л., Кузбач Д., Джанин С., Гуарин Д., Абергеле Д., Боденхаузен Д. Transport of hyperpolarized samples in dissolution-DNP experiments PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS, Том: 21 Выпуск: 25 Стр.: 13696-13705 (год публикации - 2019)
10.1039/c9cp02600b

3. Кнехт С., Хаджиали С., Барский Д.А., Пайнс А., Зауер Г., Кирютин А.С., Иванов К.Л., Юрковская А.В., Бунковский Г. Indirect Detection of Short-Lived Hydride Intermediates of Iridium N-Heterocyclic Carbene Complexes via Chemical Exchange Saturation Transfer Spectroscopy JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C, Том: 123 Выпуск: 26 Стр.: 16288-16293 (год публикации - 2019)
10.1021/acs.jpcc.9b04179

4. Шеберстов К.Ф., Кирютин А.С., Бенгс К., Хил-Кузинс Д.Т.,Браун Л.Дж., Браун Р.С.Д., Пилео Д.,Левитт М.Н., Юрковская А.В., Иванов К.Л. , Excitation of singlet-triplet coherences in pairs of nearly-equivalent spins PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS, Том: 21 Выпуск: 11 Стр.: 6087-6100 (год публикации - 2019)
10.1039/c9cp00451c

5. Кирютин А.с., Зауер Г.,Тиеце Д., Бродрехт М., Кнехт С., Юрковская А.В., Иванов К.Л., Аврутина О., Колмар Х., Бунковский Г. Ultrafast Single-Scan 2D NMR Spectroscopic Detection of a PHIP-Hyperpolarized Protease Inhibitor CHEMISTRY-A EUROPEAN JOURNAL, Том: 25 Выпуск: 16 Стр.: 4025-4030 (год публикации - 2019)
10.1002/chem.201900079

6. Козиненко В.П., Кирютин А.С., Юрковская А.В., Иванов К.Л. Polarization of low-γ nuclei by transferring spin order of parahydrogen at high magnetic fields Journal of Magnetic Resonance, Volume 309, December 2019, 106594 (год публикации - 2019)
10.1016/j.jmr.2019.106594

7. Шеберстов К.Ф., Фит Х.М., Циммерманн Г., Родин Б.А., Иванов К.Л., Кирютин А.С., Юрковская А.В. Generating and sustaining long-lived spin states in 15N,15N′-azobenzene Scientific reports (год публикации - 2020)

8. Хаджиали С., Бергманн М., Кирютин А., Кнехт С., Зауэр Г., Плауманн М., Лимбах Х., Пленио Х., Бунтковски The application of novel Ir-NHC polarization transfer complexes by SABRE Journal of Chemical Physics, том 151 выпуск 24 номер статьи 244201 (год публикации - 2019)
10.1063/1.5128091

9. Кнехт С., Барский Д.А.,Бунтковский Г., Иванов К.Л. Theoretical description of hyperpolarization formation in the SABRE-relay method Journal of Chemical Physics, Том: 153 Выпуск: 16 Номер статьи: 164106 (год публикации - 2020)
10.1063/5.0023308

10. КИРЮТИН А.С., ЖУКОВ И.В., ЮРКОВСКАЯ А.В., БУДКЕР Д., ИВАНОВ К.Л. Singlet Order in Heteronuclear Spin Systems ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY, THOMAS GRAHAM HOUSE, SCIENCE PARK, CAMBRIDGE CB4 4WF, CAMBS, ENGLAND (год публикации - 2020)
10.1039/9781788019972-00418

11. Кирютин А.С., Родин Б.А., Лукзен Н.Н., Юрковская А.В., Фит Х.-М., Иванов К.Л. Manipulating Singlet Order with Adiabatic Pulses ROYAL SOCIETY OF CHEMISTRY, THOMAS GRAHAM HOUSE, SCIENCE PARK, CAMBRIDGE CB4 4WF, CAMBS, ENGLAND (год публикации - 2020)
10.1039/9781788019972-00169

12. Элис Д., Кавалари И., Кирхер Р., Ди Маттео Г., Каррера К., Дагыс Л ., Левитт M. , Иванов К. Л ., Aйме С., Райнери Ф., Мюннеман К., Будкер Д., Бунтковский Г., Кнехт Ш. Singlet-Contrast Magnetic Resonance Imaging: Unlocking Hyperpolarization with Metabolism ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION, том 60, стр. 6791–6798 (год публикации - 2021)
10.1002/anie.202014933

Публикации