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科学网 标签 核磁共振 相关日志

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相关日志

生查子·核磁共振
热度 4 kongmoon 2014-10-2 09:35
酩酊原子核,醉步回旋舞。 电磁号令施,立正听谆嘱。 训毕电波发,报坐标归属。 译码觅氢踪,金睛透肌骨。   核磁共振,一个既陌生又熟悉的名字。既可以指一种原子内部的物理现象,又可以特指MRI,即医学上的核磁共振成像(由于不明真相的患者和家属往往对“核”具有天生的恐怖,为了减轻大家的心理负担,现在医院普遍已经把MRI的“核”字去掉,改称“磁共振”)。   某些奇数质子或中子的原子核,如氢(1个质子)碳同位素碳十三(7个中子)等都具有自旋的特性,自旋方向与自旋轴垂直,但自旋轴的指向是不确定的,好像一个醉汉东倒西歪的脚步一样,或者说像一个左右摇摆不定的陀螺一样。但在外部强磁场的作用下,其自转轴的指向相对固定,就像我们立正一样。这个时候施加一定频率的电磁波,原子核就会吸收其中的能量,与电磁波处于“共振”的高能态,这种现象叫做核磁共振。此时如果撤掉电磁波,原子核就恢复到低能态,叫弛豫。弛豫后原子会辐射出电磁波,叫做核磁共振信号。捕捉这些信号进行处理,我们就能知道这个原子核的位置所在和其他信息。   由于人体由70%的水组成,某些器官如脑、肝脏等软组织器官含水量更大,可以达80-95%。由于1个水分子里面含有2个氢原子,如果让某个器官的氢原子产生核磁共振信号,经电子计算机处理,就能绘出这些氢原子的位置图,这个图与这个器官就有80-95%以上的相似。不同的器官病变含水量有变化,这就是核磁共振检查的基础。   由于核磁共振检查要非常强大的磁场通过人体,所以身体里面有磁性金属如铁、镍等的患者是不能进行核磁共振检查的。其实纯粹强磁场对人体没有太大的危害,只是担心这些金属在磁场下移动损伤人体而已。
个人分类: 物理|5044 次阅读|8 个评论
从拍西瓜说开去
热度 24 武际可 2013-10-18 07:02
从拍西瓜说开去 在瓜地里的瓜把式、或者卖瓜的营业员,要判断哪个瓜熟了,只要往瓜上轻轻一拍,听声音,就能够做出判断。有时为了更仔细些,他们把瓜用一只手端起来,另一只手拍一拍,一边听声音,一边凭端瓜的那只手的感觉,就可以综合做出判断。 也许你会问,要判断瓜的生熟,把瓜切开不就一目了然了吗。当然了,不过切开的瓜,就不能较长时间保存。如果是生瓜,存放几天,它还能够自然成熟。可是把它切开后,不能存放太久,就会造成浪费。在我们要了解一件东西内部的情况时,直接打开看(例如切开西瓜)是一种办法,这通常被称为有损检验。因为把它打开了,当然对它是有损伤的。用手拍一拍西瓜,听声音,这称为无损检验法。 刚才我们说的对西瓜的生熟检验,卖瓜的当然会选择无损检验了。因为对于生瓜,可以放几天等待熟了继续卖。 实际上我们需要检验的东西是多种多样的。一根大型机器上的轴,其中有没有微裂纹,一件大型的铸件,其中有没有砂眼,人的肺部有没有结核菌感染,地底下有没有矿藏,海关需要了解旅客的行李箱里有没有违禁物品,等等问题,都需要回答。特别是最好用无损检验的方法来回答,有的也只能用无损的方法来回答。而要用无损方法来检验这些不同的问题,从方法的原理上来说,还是我们一开头说的拍西瓜办法的发展。 一般的固体物体都可以发出声音。拍西瓜就是凭借拍西瓜发出的声音来判断生熟的。固体物体也能够传播声音,拍西瓜时,端西瓜的那只手会感觉传来的振动。一般说,生瓜的硬度比熟瓜大 ( 即弹性系数较大 ) ,而同样形状的物体中,弹性系数大的物体频率高。我们又知道物体发声的频率还与物体的密度有关。不过生瓜和熟瓜的密度差别不会太大。所以有经验的高手听声音大致就能够判断瓜的生熟 其实,用声音来检验的方法,年代已经非常早了。早在一二百年之前,在医学上人们就已经用所谓叩诊法来诊断人体深部是否正常。特别是看肺部是不是有由于结核病引起的空洞。其道理和拍西瓜相同。方法是用 左手中指末稍兩指节緊貼于被檢部位,其余手指要稍微抬起勿與體表接觸;右手各指自然彎曲,以中指的指端垂直叩擊左手中指第二指節背面。听叩击的声音,有清浊之别,便可以大致确定是否有病。自然是有空洞时声音比较低沉。 叩诊图 据说俗语“敲竹杠”,是来自海关的无损伤检验。海关人员为了检查来船是否携带犯禁的鸦片,需要敲击来船的竹篙或竹子。听其声音,看其中是否有违禁品。这和拍西瓜是一个道理。由于海关人员经常借机敲诈勒索,久而久之,“敲竹杠”便成为敲诈勒索转义语了。 二十世纪初,人们发现了超声波,很快人们便发现超声波的一些重要特点。频率在每秒 20000 次以上的声音,人耳听不见,所以称为超声波。它有穿透性强、方向性好的特点。用超声波进行无损检验会有更优秀的性能。它的原理和拍西瓜完全是一个道理。不同的是,西瓜是用手去拍,而用超声波检验是用一个超声波发生器将生出的超声波传送到被检测的物体内部,然后在物体另外的地方安放一个超声波的接收器或显示设备。这样,就能够根据超声波传播中、直射、衰减、受阻、反射等不同情况,来判断物体内部的结构。 最早超声波被用于构件的探伤,后来用于医学诊断。现在医学上常用的超声波诊断仪,所用的超声波频率一般在 1-5 兆赫之间。 二十世纪末随着激光技术的发展,有一种全息照相技术出现。它的原理是,把同一频率的激光束分成两束;一束激光直接投射在感光底片上,称为参考光束;另一束激光投射在物体上,经物体反射或者透射,就携带有物体的有关信息,称为物光束 . 物光束经过处理也投射在感光底片的同一区域上 . 在感光底片上,物光束与参考光束发生相干叠加,形成干涉条纹,这就完成了一张全息图。 全息再现的方法是:用一束激光照射上面得到的全息图,这束激光的频率和传输方向应该与参考光束完全一样,于是就可以再现物体的立体图象。人从不同角度看,可看到物体不同的侧面,就好像看到真实的物体一样,只是摸不到真实的物体。 利用这一原理,同样可以拍摄物体内部的声全息图。这种技术成为声全息。这样物体内部的情况就大致了如指掌了。 在医学上,超声波与声音的多普勒效应相结合应用,不仅能够探测身体内部组织的结构分布,而且还可以辨认血流的速度的信息。这就是现今所谓的彩超诊断。 人工地震勘探 我们经常需要了解地下的结构,看是否有矿藏。这时,可以把地球这个大物体看做像西瓜一样。不过用手拍一拍就无济于事了。需要用一个有一定能量的爆炸、或巨大的落锤来激发一个人工地震。这时,地震波可以通过地层传播与反射。我们在若干个地方放置探测器来接收传来的信号,把这些探测器得到的地震信号进行分析,就能够得到地质构造的大致情况,从中判断有没有矿藏。如图,在左边地坑里面有一个爆炸造成人工地震,那辆汽车在进行多点测量。得到的讯号绘制在图的右半边。从中可以得到地下密度变化的三个地层。根据地震波的速度还能够计算出层间的距离。图的右边有一辆车正在挖掘地坑,准备做下一次的人工地震。 1895 年伦琴发现了一种可以穿透许多种常见光不能穿透的物体的射线,当时不知道这种射线的是不是人类认识过,所以称为 x 射线。后来也就发现,它是一种波长为范围在 0.01 纳米到 10 纳米之间(对应频率范围 30 PHz 到 30EHz )的电磁辐射波。自然这种新射线便很快用于无损检验上。特别是用于医疗诊断上。由于 x 射线遇到比较密实的物体衰减得快,而遇到稀疏的物体衰减得慢。所以从拍摄的胶片上就能够发现人体或物体内部的异常。迄今, x 射线的感光片,对于肺部、骨骼、牙齿等有无病变,仍然是最常规的诊断手段。 X 射线透视片,有一个缺点,就是它是一张平面的图像。很难判断沿射线方向上异常部分的深度。 随着计算机的发展。人们将 x 射线与计算机分析相结合产生了一种线的技术: 计算断层摄影( Computed Tomography ),简称 CT 。 1969 年英国的电子学工程师汉斯菲尔德( Sir Godfrey Newbold Hounsfield , 1919 –2004) 首先设计成电子计算机断层成像装置。 1972 年这一成果在放射学年会上公布于世。 1979 年与之前( 1963 、 1964 )发表论文论证 CT 原理的美国物理学家科马克( Allan MacLeod Cormack , 1924 – 1998) 共同 获得了诺贝尔医学生物学奖。 CT 的原理是,由变换位置的 X 线管发出的 X 线束对所选层面变换方向进行扫描,由探测器接收。测定透过的 X 线量,经模 / 数转换器转换成数字,转入计算机储存。 X 射线在物体内部的每一点,由于该点的密度不同,都有一个衰减值,而衰减值是物体密度的函数。计算机存储的是关于 x 射线束的初始坐标和射线不同倾角的数值,从这些数值要去计算物体内部的密度,这首先从数学原理上来说是可能的。由存储的这些数据可以通过计算得到该层面各单位容积的 X 线衰减值,也就相当于各部分的密度值,经数 / 模转换器在阴极射线管影屏上转成 CT 图像。临床上将此图像再摄于胶片上。医生可以通过它来更准确滴诊断。 与 CT 技术发展的同时,还有一种诊断技术产生。这就是上世纪 80 年代进入临床应用的核磁共振技术。 1946 ,费利克斯·布洛赫 ( Felix Bloch , 1905 - 1983 ) 和爱德华·珀塞尔( EdwardMills Purcell , 1912 – 1997 ) 发现,将具有奇数个核子(包括质子和中子)的原子核置于磁场中,再施加以特定频率的射频场,就会发生原子核吸收射频场能量的现象,这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了 1952 年度诺贝尔物理学奖。 核磁共振的基本原理是:原子核有自旋运动,在恒定的磁场中,自旋的原子核将绕外加磁场作回旋转动, 叫进动 (precession) 。进动有一定的频率,它与所加磁场的强度成正比。如在此基础上再加一个固定频率的电磁波,并调节外加磁场的强度,使进动频率与电磁波频率相同。这时原子核进动与电磁波产生共振,叫核磁共振。核磁共振时,原子核吸收电磁波 的能量,记录下的吸收曲线就是核磁共振谱 (NMR-spectrum) 。由于不同分子中原子核的化学环境不同,将会有不同的共振频率,产生不同的共振谱。记录这种波谱即可判断该原子在分子中所处的位置及相对数目, 用以进行定量分析及分子量的测定,并对有机化合物进行结构分析。 核磁共振用到医学上,即〔 MEGNETIC RRESONANCE,MR 〕是医学影像学的一场革命,生物体组织能被电磁波谱中的短波成分如 X 线等穿透,但能阻挡中波成分如紫外线、红外线及短波。人体组织允许磁共振产生的长波成分如无线电波穿过,这是磁共振应用于临床的基本条件之一。核子自旋运动是磁共振成像的基础,而氢原子是人体内数量最多的物质;正常情况下人体内的氢原子核处于无规律的进动状态,当人体进入强大均匀的磁体空间内,在外加静磁场作用下原来杂乱无章的氢原子核一齐按外磁场方向排列并继续进动,当立即停止外加磁场磁力后,人体内的氢原子将在相同组织相同时间下回到原状态;这称为驰豫〔 RELAXATION 〕而病理状态下的人体组织驰豫时间不同,通过计算机系统采集这些信号经数字重建技术转换成图像来给临床和研究提供科学的诊断结果。由于磁共振成像( MRI )检查对软组织滑膜、血管、神经、肌肉、肌腱、韧带、和透明软骨的分辨率高,多用于这些部位病变的诊断。 此外,核磁共振还可以用于探测地下水分布、含水层的含水量即孔隙度的检测。 在各种波长的波动中,只有人能够看见的那部分光波是不能透过人体的。这是很自然的,不可见的波动,因为能够穿透人体,也必然会穿透人的视觉器官而“漏掉”,所以不会被看见。其余波长的波动,大部分能够透过人体。它们几乎全都用来对人体进行“无损检验”。利用可见光的检验,那就是“有损检验”了,这种情况对于人体来说,只有穿刺(到深部采样)活检和尸体解刨直接查看了。 总起来说,人类到目前所用的无损检测技术,无非是向物体送入一个波动,然后检测得到的反应。拍西瓜是送入一个声波。超声波检测是送入一个超声波,看他穿透和衰减的情况。而 x 光透视、 CT 和核磁共振,也都无非是送入一种不同频率的波。不同的波,穿透和衰减的性质不同,所以就有不同的用处。例如 x 光对于硬组织分辨率比较高,所以多用于骨科诊断。而核磁共振对于软组织分辨率比较高,所以多用于脑组织的病变诊断。在送入波动后,检测技术也在进步。计算机和传感器的发展,为处理各种类型的物理量和大量的数据提供了条件。 科学技术的发展是无止境的,近年来医学诊断技术的飞快发展,得益于基础科学的发展。预计未来的发展,也会是这样。
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[转载]核磁共振
whj2011 2013-9-18 17:13
引自 http://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E7%A3%81%E5%85%B1%E6%8C%AF 核磁共振 维基百科,自由的百科全书 英国 伯明翰大学 理学部900MHz核磁共振仪21.1 T 核磁共振 ( NMR , N uclear M agnetic R esonance )是基于 原子 尺度的 量子 磁物理性质。具有奇数 质子 或 中子 的 核子 ,具有内在的性质:核 自旋 ,自旋 角动量 。核自旋产生 磁矩 。NMR观测原子的方法,是将样品置于外加强大的磁场下,现代的仪器通常采用 低温超导 磁铁。核自旋本身的磁场,在外加磁场下重新排列,大多数核自旋会处于低能态。我们额外施加电磁场来干涉低能态的核自旋转向高能态,再回到平衡态便会释放出射频,这就是NMR讯号。利用这样的过程,我们可以进行 分子科学 的研究,如分子结构,动态等。 目录 1 核磁共振技术的历史 2 核磁共振的原理 3 核磁共振的应用 3.1 NMR技术 3.2 MRI技术 3.3 MRS技术 4 参见 5 外部链接 6 参考文献 核磁共振技术的历史 1930年代 , 伊西多·拉比 发现在磁场中的原子核会沿磁场方向呈正向或反向有序平行排列,而施加无线电波之后,原子核的 自旋 方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相互作用的最早认识。由于这项研究,拉比于 1944年 获得了 诺贝尔物理学奖 。 1946年 , 费利克斯·布洛赫 和 爱德华·珀塞尔 发现,将具有 奇数 个 核子 (包括 质子 和 中子 )的原子核置于磁场中,再施加以特定 频率 的射频场,就会发生原子核吸收射频场 能量 的现象,这就是人们最初对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了 1952年 度 诺贝尔物理学奖 。 人们在发现核磁共振现象之后很快就产生了实际用途,化学家利用分子结构对氢原子周围磁场产生的影响,发展出了核磁共振谱,用于解析分子结构,随着时间的推移,核磁共振谱技术从最初的一维氢谱发展到 13 C谱、二维核磁共振谱等高级谱图,核磁共振技术解析分子结构的能力也越来越强,进入1990年代以后,发展出了依靠核磁共振信息确定蛋白质分子三级结构的技术,使得溶液相蛋白质分子结构的精确测定成为可能。 另一方面,医学家们发现 水 分子中的 氢 原子可以产生核磁共振现象,利用这一现象可以获取人体内水分子分布的信息,从而精确绘制人体内部结构,在这一理论基础上 1969年 , 纽约州立大学 南部医学中心的 达马迪安 通过测核磁共振的 弛豫时间 成功地将 小鼠 的 癌细胞 与正常 组织 细胞 区分开来,在达马迪安新技术的启发下 纽约州立大学石溪分校 的物理学家 保罗·劳特伯 于 1973年 开发出了基于核磁共振现象的成像技术(MRI),并且应用他的设备成功地绘制出了一个活体 蛤蜊 地内部结构图像。劳特伯尔之后,MRI技术日趋成熟,应用范围日益广泛,成为一项常规的医学检测手段,广泛应用于 帕金森氏症 、多发性硬化症等脑部与脊椎病变以及癌症的治疗和诊断。 2003年 ,保罗·劳特伯尔和 英国 诺丁汉大学 教授 彼得·曼斯菲尔德 因为他们在核磁共振成像技术方面的贡献获得了当年度的 诺贝尔生理学或医学奖 。 核磁共振的原理 核磁共振现象来源于原子核的 自旋角动量 在外加磁场作用下的 进动 。 根据 量子力学 原理,原子核与 电子 一样,也具有 自旋角动量 ,其自旋角动量的具体数值由原子核的 自旋量子数 决定,实验结果显示,不同类型的原子核自旋量子数也不同: 质子数和中子数均为 偶数 的原子核,自旋量子数为0 质量数为 奇数 的原子核,自旋量子数为 半整数 质量数为偶数,质子数与中子数为奇数的原子核,自旋量子数为 整数 由于原子核携带 电荷 ,当原子核自旋时,会由自旋产生一个 磁矩 ,这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同,大小与原子核的自旋角动量成正比。将原子核置于外加磁场中,若原子核磁矩与外加磁场方向不同,则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转,这一现象类似 陀螺 在旋转过程中转动轴的摆动,称为 进动 。进动具有 能量 也具有一定的 频率 。 原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定,也就是说,对于某一特定原子,在一定强度的的外加磁场中,其原子核自旋进动的频率是固定不变的。 原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的 夹角 相关,根据 量子力学 原理,原子核磁矩与外加磁场之间的夹角并不是连续分布的,而是由原子核的 磁量子数 决定的,原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃,而不能平滑的变化,这样就形成了一系列的 能级 。当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后,就会发生 能级跃迁 ,也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。 为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁,需要为原子核提供跃迁所需要的能量,这一能量通常是通过外加射频场来提供的。根据 物理学 原理当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候,射频场的能量才能够有效地被原子核吸收,为能级跃迁提供助力。因此某种特定的原子核,在给定的外加磁场中,只吸收某一特定频率射频场提供的能量,这样就形成了一个核磁共振信号。 核磁共振的应用 NMR技术 主条目: 核磁共振频谱学 核磁共振仪是靠着 超导 线圈来运作的,需要在极低的工作环境下才可运作。图为正在帮核磁共振仪增添冷却用的 液态氮 NMR技术即核磁共振谱技术,是将核磁共振现象应用于分子结构测定的一项技术。对于 有机 分子 结构测定来说,核磁共振谱扮演了非常重要的角色,核磁共振谱与 紫外光谱 、 红外光谱 和 质谱 一起被有机化学家们称为“四大名谱”。目前对核磁共振谱的研究主要集中在 1 H和 13 C两类原子核的图谱。 对于孤立原子核而言,同一种原子核在同样强度的外磁场中,只对某一特定频率的射频场敏感。但是处于分子结构中的原子核,由于分子中 电子云 分布等因素的影响,实际感受到的外磁场强度往往会发生一定程度的变化,而且处于分子结构中不同位置的原子核,所感受到的外加磁场的强度也各不相同,这种分子中电子云对外加磁场强度的影响,会导致分子中不同位置原子核对不同频率的射频场敏感,从而导致核磁共振信号的差异,这种差异便是通过核磁共振解析分子结构的基础。原子核附近 化学键 和电子云的分布状况称为该原子核的 化学环境 ,由于化学环境影响导致的核磁共振信号频率位置的变化称为该原子核的 化学位移 。 耦合常数 是化学位移之外核磁共振谱提供的的另一个重要信息,所谓 耦合 指的是临近原子核自旋角动量的相互影响,这种原子核自旋角动量的相互作用会改变原子核自旋在外磁场中进动的能级分布状况,造成能级的裂分,进而造成NMR谱图中的信号峰形状发生变化,通过解析这些峰形的变化,可以推测出分子结构中各原子之间的连接关系。 最后,信号强度是核磁共振谱的第三个重要信息,处于相同化学环境的原子核在核磁共振谱中会显示为同一个信号峰,通过解析信号峰的强度可以获知这些原子核的数量,从而为分子结构的解析提供重要信息。表征信号峰强度的是信号峰的曲线下面积 积分 ,这一信息对于 1 H-NMR谱尤为重要,而对于最常见的全去耦 13 C-NMR谱而言,由于峰强度和原子核数量的对应关系并不显著,因而峰强度并不非常重要。 早期的核磁共振谱主要集中于 氢谱 ,这是由于能够产生核磁共振信号的 1 H原子在自然界 丰度 极高,由其产生的核磁共振信号很强,容易检测。随着 傅立叶变换 技术的发展,核磁共振仪可以在很短的时间内同时发出不同频率的射频场,这样就可以对样品重复扫描,从而将微弱的核磁共振信号从 背景噪音 中区分出来,这使得人们可以收集 13 C核磁共振信号。 近年来,人们发展了 二维核磁共振谱 技术,这使得人们能够获得更多关于分子结构的信息,目前二维核磁共振谱已经可以解析 分子量 较小的 蛋白质 分子的空间结构。 MRI技术 主条目: 核磁共振成像 核磁共振成像技术是核磁共振在 医学 领域的应用。人体内含有非常丰富的 水 ,不同的组织,水的含量也各不相同,如果能够探测到这些水的分布信息,就能够绘制出一幅比较完整的人体内部结构图像,核磁共振成像技术就是通过识别水分子中 氢原子 信号的分布来推测水分子在人体内的分布,进而探测人体内部结构的技术。 与用于鉴定分子结构的核磁共振谱技术不同,核磁共振成像技术改变的是外加磁场的强度,而非射频场的频率。核磁共振成像仪在垂直于主磁场方向会提供两个相互垂直的 梯度磁场 ,这样在人体内磁场的分布就会随着空间位置的变化而变化,每一个位置都会有一个强度不同、方向不同的磁场,这样,位于人体不同部位的氢原子就会对不同的射频场信号产生反应,通过记录这一反应,并加以计算处理,可以获得水分子在空间中分布的信息,从而获得人体内部结构的图像。 核磁共振成像技术还可以与 X射线断层成像 技术(CT)结合为临床诊断和生理学、医学研究提供重要数据。 核磁共振成像技术是一种非介入探测技术,相对于 X-射线 透视技术和放射造影技术,MRI对人体没有辐射影响,相对于 超声 探测技术,核磁共振成像更加清晰,能够显示更多细节,此外相对于其他成像技术,核磁共振成像不仅仅能够显示有形的实体病变,而且还能够对 脑 、心、 肝 等功能性反应进行精确的判定。在 帕金森氏症 、 阿尔茨海默氏症 、 癌症 等疾病的诊断方面,MRI技术都发挥了非常重要的作用。 由于原理的不同,CT对软组织成像的对比度不高,MRI对软组织成像的对比度大大高于CT。这使得MRI特别适用于脑组织成像。由MRI获取的图像,通过DSI技术,可以得到大脑神经网络的结构图谱。近年来,发表了一系列论文。 MRS技术 主条目: 核磁共振测深 核磁共振探测是MRI技术在 地质勘探 领域的延伸,通过对 地层 中水分布信息的探测,可以确定某一地层下是否有 地下水 存在,地下水位的高度、含水层的含水量和 孔隙率 等地层结构信息。 目前核磁共振探测技术已经成为传统的 钻探 探测技术的补充手段,并且应用于 滑坡 等 地质灾害 的预防工作中,但是相对于传统的钻探探测,核磁共振探测设备购买、运行和维护费用非常高昂,这严重地限制了MRS技术在地质科学中的应用。
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[转载]Bloch方程-核磁共振
热度 1 yiming123 2013-7-26 14:22
纵向分量要回家,横向分量要散伙。回家的慢,散伙得快。 物理上说,在磁场方向,平衡时候是有波尔兹曼分布,所以任何偏离平衡的情况,最后都要回到平衡,这个过程一般在100ms 到10s左右, x,y方向,自旋的相互关联最后要消失的,如同酒店墙上的很多钟表,最后时刻都是差别很大,没有关联的,这个过程大概在ms左右。 最后说一句,性质上,这个方程是维象方程,也就是说,从实验总结的,任何人愿意的话,都可以提出其他的形式来解释你自己的现象,如果能够解释的更好的话。 核磁共振布洛赫方程的稳态解与非稳态解 布洛赫方程是经典力学描述核磁共振现象最为重要的理论基础之一,是理解和做好核磁共振实验的必备知识。Das 曾用laplace变换求其解析解,但由于计算工具的限制,求取完整的解析解十分困难,以至于许多人不得不用数值方法求解布洛赫方程 ​ NMR: Kinetics We have highlighted your search term bloch-mcconnell方程 for you. If you'd like to remove the search term, click here . Nuclear magnetic resonance (NMR) is an analytical technique used in chemistry to help identify chemical compounds, obtain information on the geometry and orientation of molecules, as well as to study chemical equilibrium of species undergoing physical changes of composition, among many others. Capitalizing on the ability to manipulate the magnetization through different pulse programs in NMR, allows for the study and understanding of the kinetics of a system. The exchange rates between two sites can be evaluated through dynamic nuclear magnetic resonance experiments (DNMR). 17 O is a common, NMR active nucleus that is used in the study of kinetics. 1. Introduction 2. 17O NMR for Kinetics Studies 2.1. Background and Equations 2.2. Bloch-McConnell Equations for Metal Site (Equations 1-3) 2.3. Bloch-McConnell Equations for Bulk Water Site (Equations 4-6) 2.4. Experiments 2.4.1. T2 Studies 2.4.2. T1 Studies 3. NMR Kinetic Studies 4. References 5. Outside Links 6. Problems 7. Solutions Introduction NMR uses radio frequency radiation to change the direction of nuclear spins that have been placed in a static magnetic field, and measures the change of magnetization as a function of time. Since its discovery, NMR has gone through many advancements that have enabled it to become a very useful analytical technique. The Fourier Transform NMR has enabled more complicated studies through the ability to create pulse programs that can manipulate the spectra, like saturate one species magnetization so no peak is produced. These pulse programs can also be used to tip the spin of certain nuclei, while keeping others along the z-axis. This is useful for many applications, including being able to quench signals, change the direction (positive or negative) of the signal, and track relaxation, to name a few examples. Using different pulse programs allows for the study of exchange rates between species. This is done by monitoring the changes in the environment of the NMR active nuclei as a result exchange between the sites. Because of the exchange, spins (magnetization) will be transferred, leading to changes in the bulk magnetization at both sites. Any NMR active nuclei can be used to study exchange rates, such as 13 C, 1 H, 17 O, but 17 O kinetic studies are often performed. This is done because 17 O enriched water can be used as one of the exchange sites, normally the bulk solvent site. 17 O NMR for Kinetics Studies Background and Equations Oxygen seventeen nuclei have a spin state of 5/2, making them susceptible to nuclear magnetic resonance. This isotope of oxygen is only 0.0373% naturally abundant, but using isotopically labeled oxygen compounds can result in useful information. Studying these nuclei in the presence of a magnetic field will provide information about the structure and environment of the oxygens in the molecule. Using dynamic NMR or DNMR, 17 O NMR experiments can be performed to understand chemical reactivity and kinetics of compounds. DNMR studies the effect of a chemical exchange between two sites that have either a different chemical shift or coupling constant. These studies are done by obtaining NMR spectra over time and analyzing the increase and/or decrease of the signals. Unlike other methods that are used to study kinetics, NMR studies can acquire information about the effects of the exchange on the molecules. To utilize NMR spectra to establish kinetic information, the Bloch equations must be adapted to include terms that take into account relaxation as a result of chemical reactivity. While investigating exchange reaction of 17 O water between two sites, the bulk water and water bound to a metal, it is assumed that the kinetics are 1 st order, such that: d u M d t = − k → M u M + k ← W u W d u W d t = − k ← W u W + k → M u M Where k ⃗ M k ⃗ W represent the rate of exchange between the bulk water and the bound water. These two sites can be said to be coupled because the isotopically enriched oxygen is exchanging between the metal site and bulk water site. As exchange occurs, the magnetization of the 17 O metal ensemble and 17 O water ensemble will change, not only due to magnetization relaxation, but also due to the exchange. The exchange rate terms can be added into the Bloch equations to take into account the relaxation. With the addition of this term, the equations are known as the Bloch-McConnell equations. Since there are two sites and three Bloch equations per site, there is a total of six equations for the change in magnetization of the system. Equations 1-3 are for the metal site, while Equations 4-6 are for the bulk water site. Bloch-McConnell Equations for Metal Site (Equations 1-3) d u M d t = v M ( ω r f − ω o ) − u M T 2 M − k → M u M + k ← W u W d v M d t = − u M ( ω r f − ω o ) − v M T 2 M − k → M v M + k ← W v W d m z M d t = v M ω 1 − ( m z M − m o ) T 1 M − k → M m z M + k ← W m z W Bloch-McConnell Equations for Bulk Water Site (Equations 4-6) d f r a c d u W d t = v W ( ω r f − ω o ) − u W T 2 W − k ← W u W + k → M u M d f r a c d v W d t = − u W ( ω r f − ω o ) − v W T 2 W − k ← W v W + k → M v M d f r a c d m z W d t = v W ω 1 − ( m z M − m o ) T 1 W − k ← W m z W + k → M m z M To analyze the NMR spectra, which is obtained by measuring the magnetization in the x-y plane, requires an equation that explains the magnetization change in the x-y plane as a function of time. In the rotating frame, the total magnetization in the x-y plane is comprised of two components the “real” and “imaginary” parts. Therefore, the total magnetization in the x-y plane can be expressed m x y = u + i v , or u = m x t − i v . Taking the derivative of this equation with respect to time leads to d m x y d t = d u d t + i d v d t . Using the previous relationships, the Bloch equations for the two sites can be simplified and rearranged to give the magnetization in the x-y place as a function of time. Invoking the law of detailed balance, which states that the exchange rate of the metal site times the amount of 17 O at this site is equal to the exchange rate of the bulk water site times the amount of 17 O at this site, will eliminate one of the rate coefficients, simplifying the equations even further gives Equation 7 . Equation 7: d = − where, L ¯ = R ¯ = k ¯ = L ¯ is the difference in the chemical shifts of the two sites signals, R ¯ is the relaxation in magnetization at each site without exchange, and k ¯ is the rate coefficients for the exchange. Taking the derivative of the equation, the magnetization of the bulk water signal and the magnetization of the metal site as a function of time results in Equation 8 . Equation 8: = e − t The m o x y is the initial magnetization along the x-y plane before relaxation. Using the Bloch-McConnell equation, the width and intensities of the peaks in the spectra become a function of the chemical exchange. By studying the change in the two peaks, the rate coefficients can be determined, which can be used to calculate other thermodynamic properties like entropy and enthalpy. Experiments T 2 Studies The most common way of studying chemical kinetics in NMR has been through the bandshape technique, which studies the change in the signals of the spectra as a result of exchange kinetics. Before any exchange occurs, two sharp signals are present, one for each of the two 17 O sites. As the exchange rate speeds up, the two peaks will begin to broaden and overlap. At an extremely fast exchange rate, the peaks will coalesce and be centered at the weighted average of the Larmor frequency of the bulk water and the bound water. This occurs because the two exchange sites will have two distinct peaks at slow exchange rates because the NMR active exchange species will be at each site for long enough time that detection of two separate sites will occur. As the exchange rate increases, the nucleus will be exchanging so quickly that the detection of the nucleus on either site becomes averaged out, creating one signal in the spectra. Figure 1 : Coalescing Peaks This figure shows the two peaks moving closer together and then coalescing as the exchange rate increases. The figure above shows peaks from a two-site exchange. The top spectrum depicts a slow exchange rate. As they move down, the rate constants are getting increasingly larger until the peaks coalesce. The width of the band at half height, or the full width at half max (FWHM) is used to track the rate coefficients of the exchange because it is proportional to both T 2 relaxation and the rate coefficient. During exchange rate experiments, Equation 9 can be used to calculate the exchange rate ( k ), which can then be used to determine other activation parameters such as Gibb's free energy, entropy, and enthalpy. Equation 9: k = π δ v 2 2 ( ω ∗ − ω o ) Swift and Connick used bandshape experiments to study the exchange of water from the bulk to a paramagnetic metal. They developed an equation that relates the band width of the signal to the mole fraction of each water site, the bulk P W and the metal P M . Equation 10 is the simplified Swift-Connick equation for the change in the paramagnetic water signal. ( Δ w is the change in the full width measured at half height) Equation 10: 1 P M ( Δ w ) = Δ w + Δ w 2 k 2 M By obtaining the NMR spectra and measuring the signal width, the exchange rate can be calculated. It can be seen that the peak broadness is a function of the T 2 M relaxation, or the transverse relaxation. It can be evaluated from the free-induction decay (FID). The FID is the time-domain signal of each frequency component. Each component results in a sine wave, which are then added together for the FID signal. At time zero, all the components are aligned, and over time they spread out and combine in a deconstructive manner, resulting in a decay of the total FID signal. This is an exponential decay and can be used to calculate the transverse relaxation with Equation 11 . Equation 11: M x y ( t ) = M o e − t T 2 The FID is obtained by using a simple π 2 pulse directed along the x-axis to tip the magnetization into the y-axis so it is processing in the x-y plane. The magnetization in the x-y plane is detected over time as the different frequency components process at different rates. This will result in the FID so T 2 M can be found. T 1 Studies A second method of observing the magnetization exchange between bulk solvent and the metal is by studying the \T_{1}\)relaxation. This method is completed by observing the intensity of one site's signal, while the other signal is saturated by the applied radio frequency pulse program. As the saturated site's spin is transferred to the second exchange site, the second site's magnetization intensity increases as result of the additional spin, while the saturated site's magnetization decreases. From the Bloch equations, the relaxation of magnetization in the z-axis is proportional to 1 T 1 M . Studying the T 1 relaxation tracks the magnetization change between the metal and bulk site through an inversion-recovery NMR experiment. This experiment is done using a two-pulse pulse sequence. A 180 o shape pulse with a radio frequency close to the bulk solvent's Larmor frequency is directed at the sample. Since a shape pulse is a selective pulse, it will only flip the magnetization of the bulk solvent. The solvent’s magnetization, having been flipped 180 degrees, will be aligned opposed to the applied magnetic field. Once probed, the magnetization will begin to relax along the z-axis until it reaches it equilibrium position. After some time (t), a 90 o square pulse is applied. A square pulse is not selective and excites a broader range of frequencies, resulting in both the metal and solvent magnetizations to be tipped into the x-y plane to be detected. At time zero, the magnetization signal for the solvent will be large and negative because it will tipped into the x-y plane in the negative direction. Figure 2: Magnetization as a result of the pulse program The bulk solvent magnetization is tipped to be against the static magnetic field, while the metal site magnetization remains inline with the static magnetic field. Then the short 90 0 pulse is applied to tip both site's magnetizations into the x-y plane for detection. The bulk solvent magnetization will result in a negative signal, and the metal site magnetization will be positive. As exchange occurs, the magnetization along the z-axis will become positive because of natural relaxation, and because the 17 O from the metal will be positively in the z-direction, helping speed up the relaxation. This can be tracked by varying the time between the 180 o and 90 o pulse, since the direction (positive or negative) and intensity of the peaks will change. Figure 3: Magnetization along z-axis The magnetization of the bulk water site, directed against the static magnetic field, will begin to relax back towards the initial condition (all magnetization direct with the static magnetic field). The relaxation will cause the the bulk water site's negative signal to decrease in size and then become positive as the oxygen on the metal site exchange. The above image shows that at t=0 the solvent peak is large and negative, since no magnetization will have had time to relax. Between t=1 and t=2, the magnetization along the z-axis has inverted back, and will produce a positive peak. The exponential line from the first negative peak to the last positive peak results in Equation 12. Equation 12: M z ( t ) = M o ( 1 − e t T 1 ) Figure 4: T 1 equation representation As the magnetization relaxes along the z-axis, it relaxes exponentially with Equation 12 T 1 can then be used to calculate the exchange rate through the Bloch-McConnell equations. A plot of the intensity of magnetization as a function of time would look like: Figure 5: Plot of intensity versus time for the bulk solvent site magnetization These are just two pulse sequences that can be used to study kinetics through NMR. More intricate pulse sequences can be used to perform kinetic studies on more complex systems. NMR Kinetic Studies NMR studies have been carried out to understand the kinetics water exchange with different compounds as a function of temperature and pressure. There also have been experiments that track the affects of pH on the exchange rates of chemical systems. Below is a list of some journal articles containing dynamic NMR experiments with 17 O. A quick search on DNMR experiments will produce many journal articles that have been published over the years. Phillips, Brian L., Susan Neugebauer Crawford, and William H. Casey. "Rate of water exchange between Al(C 2 O 4 )(H 2 O)4+(aq) complexes and aqueous solutions determined by 17O-NMR spectroscopy." Geochimica et Cosmochimica Acta 61.23 (1997): 4965-4973. Szab, Zolt N., Ingmar Grenthe. "On the mechanism of oxygen exchange between Uranyl(VI) Oxygen and water in strongly alkaline solution as studied by 17O NMR magnetization transfer." Inorganic Chemistry 49.11 (2010): 4928-4933. References Sandström, J. (1982). Dynamic NMR spectroscopy . London: Academic Press. H. M. McConnell, Journal of Chemical Physics 1958 , 28 , 430. T. J. Swift, G. M. Anderson, R. E. Connick, M. Yoshimine, Journal of Chemical Physics 1964 , 41 , 2553. T. J. Swift, R. E. Connick, Journal of Chemical Physics 1962 , 37 , 307. Outside Links http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_magnetic_resonance Pulse Sequence Library: http://nmrwiki.org/wiki/index.php?title=Special:PulseSequenceDatabase FID: http://en.wikipedia.org/wiki/Free_induction_decay Problems Describe the difference between the T 1 and T 2 relaxation. Why are the Bloch-McConnell equations needed for kinetic NMR studies? Describe what would happen in an inversion-recovery experiment if the signals from the solvent and metal site occur at similar frequencies? What problems can arise from using the Swift-Connick equation and the bandshape technique? Draw the pulse sequence of the inversion-recovery experiment. (A schematic of the frequency versus time) Solutions The T 1 relaxation is relaxation of the magnetization in the z-axis and is known as longitudinal relaxation. The T 2 relaxation is relaxation in the x and y axis, or xy plane. It is known as transverse relaxation. The Bloch-McConnell equations are the extension to the Bloch equation. They include an extra term that takes into account exchange between two species. Without this relationship, kinetic studies would not be able to be studied using NMR. If the signals are too close together, the 180 degree shape pulse would flip both magnetizations, not separating the two to allow for analysis. More intricate pulse sequences can be used with more pulses to obtain the magnetizations in opposite directions along the xy plane. NMR signals are often small since its a very insensitive technique. Peaks can not only be easily lost in the noise, but the bandwidth may be extremely difficult to determine, making the Swift-Connick equation hard to use. Pulse sequence drawing for the inversion-recovery experiment
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[转载]长春应化所徐经伟等编著《波谱分析》一书出版
sciencepress 2013-7-5 09:35
本报讯(于洋德艺)由中国科学院长春应用化学研究所徐经伟、牛利、高翔、崔勐4位研究员编著的科学专著《波谱分析》,日前由科学出版社出版。 随着科学技术的发展,仪器的功能越来越强大,分析手段也越来越先进和灵敏,分析结果对科研和生产的指导作用也越来越大。分析仪器的工作原理建立在现代数学和物理的基础上。 该书系统地介绍了红外、拉曼、紫外、质谱和核磁共振方面的基础知识。全书共分12章,51万字。其中第1―5章介绍核磁共振,包括核磁共振的基本原理、核磁共振氢谱、碳谱、密度矩阵和乘积算符及二维核磁共振谱;第6―9章介绍红外光谱,包括用量子力学和群论方法对分子光谱理论进行描述,双原子分子的振动和转动光谱,多原子分子的振动光谱;第10章介绍拉曼光谱;第11章介绍紫外――可见吸收光谱;第12章介绍质谱方面的内容。书中每部分内容相对独立,可根据需要进行取舍,每章后面都列有参考文献,如果需要对书中的有关内容做进一步了解,可查阅这些文献。 《波谱分析》一书内容翔实,结合实际,大量举例,将原理和结果相联系,对相应的分析图谱进行了说明,融科学性、技术性、实用性于一体,既可作为研究生教材,也可供有关人员参考。 来源:吉林日报 《波谱分析》
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生物大分子的结构解析----X射线晶体学和核磁共振光谱学
qaydm1979 2013-6-15 11:09
一个大分子结构的测定赋予人们来了解和影响生物过程的方式是无与伦比的,同时又给不同的研究领域 ---- 从机理研究到药物开发 ---- 带来清晰理念。结构生物学的学科起源于半个世纪以前,带给了了解生物学的初步的动力来源。并且推动了转变观念:生物学的根是分子,必须用分子和物理化学的语言进行理解。活跃在中国科研一线的著名科学家如施一公,饶子和,孙飞,施蕴渝,唐淳,王大成,常文瑞,许瑞明,朱平,柳振峰,丁建平,周界文,雷明等不胜枚举,他们都是从事结构生物学研究的。 对X射线晶体衍射,获 取合适的晶体是生物大分子 结 构分析的最大的障碍。其中最重要的和最必需的 标 准是,晶体必 须 能 够 衍射 X- 射 线 ,允 许 建立一个可靠的原子 层 次上的模型。影响成核和晶体生 长 的的参数 是理 论 和 实验 研究的主 题 。 寻 找合适的 缓 冲液,沉淀 剂 ,添加 剂 ,和用于 结 晶的温度越来越多地被系 统 研究,采 样 条件的 这 些 变 量已被 纳 入一些商 业结 晶套件的 设计 中。机器人可以被用于蛋白 质样 品的 结 晶条件 筛选 的繁 琐 的 实验 室工作当中。 单 个残基的突 变 和表达域,截短的序列,或消除部分片断的序列往往可以 产 生全 长 或野生型抵制一切 尝试 的蛋白 质结 晶。 在 现代同步加速器设施, 可以在分 钟时间尺度得到的常规问题的完整的数据集 。 X 射 线照射会使蛋白质化学键断裂,照射溶剂所产生的自由基种如( OH• )可以和蛋白 质反应,从而导致结晶度的损失和分辨率的降低。在约 100 K 用 闪式冷却结晶中的固定化,最大限度地减少了自由基反应。装置的发展和抗冻剂等试剂运用为低温度数据的采集提供了方便,帮助结构 生物学的革命化 进步。 结 构分析的 结 果是一个 3-D 的 电 子密度 图 , 这 是由富里叶 变换计 算的 X 散射的 结 果。 这 种 计 算不 仅 需要 测 量散射 X 射 线 的振幅(平方根的 强 度),同 时 也需要确定所有的反射波的相位。 这 些相位不被 X 衍射 实验 确定。通常用,多同晶置 换 ( MIR )和多波 长 异常衍射( MAD ) 这 两种策略来确定新的或未知的蛋白 质 折叠的 结 构分析。在 这 两种策略中,增加了重的原子或硒蛋氨酸的 贡 献被用来 计 算通 过 三角 测 量的蛋白 质 的相位。 在 测定所使用的相位而计算的初步实验的电子密度图,它可以是从同晶更换和反常散射得到的数据的有利的组合。要求大 部分溶 剂地区有统一的电子密度(溶剂扁平化)是一个有用的限制,提高了的相位精度。 内置的 电 子密度 图 使用原子模型互 动 和菜 单驱动 的 图 形 显 示,可以构建最初的原子模型。互 动拟 合 实验电 子密度 图 构建的最初的原子模型通常是不完整和不准确的。他 们 可以作 为 开始点 进 行 优 化, 这 是一种 过 程,其中由 调 整原子的位置和 热 物性参数来改善 观测 和 计 算 结 构因素之 间 的一致度。使用修改后的参数依次 计 算相位和新的点子 图 ,允 许 模型 优 化,并添加缺少的部分。 这 循 环 的 过 程被重复,直到不能 进 一步 优 化。 目前台式机的 计算能力允许非晶体学的研究人员能够显示和分析已存放在 蛋白 质数据库的结构数据。可用的程序的特别有用的功能,是可以比较结构的构象的异同,方便非共价相互作用的分析和突变模型的建立,以产生在各种风格的蛋白质图象。 核磁共振的 发 展史,是一个科学史上的 经 典范例。在多次的山 穷 水尽之后,又出 现 了柳暗花明。最早 PAULI 提出了核子自旋的假 设 , 经过 RABI 等人 实验证实 其存在,到1945年 PURCELL 和 BLOCH 以共振法 测 定了核子自旋,真正打开了核磁共振的大 门 。 这 之后的15年,核子自旋与 环 境因素之 间 的相互作用理 论 ,核磁弛 缓 原理及化学位移 现 象相 继 建立和 发现 ,傅立叶 转换 原理也用于了核磁共振上。但到了60年代末期,一般人 认为 核磁共振理 论 研究走 进 了死胡同,可很快在70年代, JENEER 提出, EREST 发 展了二 维 核磁共振理 论 ,磁共振成象也在医院里 应 用 发 展起来了。固 态 核磁共振也快速 发 展起来了。80和90年代以 WUTHRICH 为 先 驱 的科学家用核磁共振光 谱 法解析了蛋白 质 在溶液中的 结 构。 现 在核磁共振仍然在理 论 和 实 践中都在 发 展。核磁共振由一个物理学家好奇探索的 现 象,而成 为 理工 农 医众多 领 域广泛 应 用,甚至是不可缺少的先 进 技 术 。它的成就,再一次 证 明了基 础 科学研究的重要性。 值 得一提的是核磁共振 发 展 过 程当中几位重量 级 人物 BLOCH , EREST 和 WUTHRICH 都来者瑞士 。固 态 核磁共振 领 域大 师级 人物 SEELIG 教授 讲过 一个有趣的故事,他在 读 博士 选导师 的 时 候,曾 经 有几位 导师 可以 选择 ,有德高望重的老教授,有年富力 强 的新学者。他最后 选择 了当 时还 不 满 40 岁 的 EIGEN 作 为导师 。而 EIGEN 在40 岁时 就 获 得了 NOBEL 奖 。 SEELIG 后来到美国做博士后,也 选择 了年 轻 的 MCCONNEL ,而后者在38 岁时 就当 选 了美国科学院院士。 NMR 样品的取得:浓度至少在1毫摩尔左右,体积约1毫升,且需要 C 13和 N 15 标记的蛋白质。提取蛋白质的细菌培养液中必须含有 C 13的葡萄糖和 N 14的 氯化氨。 光 谱的取得:由于蛋白质光谱相当复杂,为了增加解析度和灵敏度,光谱必须在高磁场中取得,一般至少要500 MHZ 以上, 现在最高为900 MHZ 选择性测定特定作用:在核自旋系统中,多重作用同时存在,使得光谱过度复杂。在单一实验时必须抑制其它大部分的作用,而选择性观察其中一种作用。 间接测定灵敏度底的核自旋: C 13和 N 15的灵敏度 仅为 H 1的1。6%和0。1%。 为了测得这些低灵敏度的核自旋,一般利用 J 偶合技 术将其磁性转移到 H 1做 间接测定,以提高灵敏度。 多 维核磁共振光谱:即使是一个分子量为1万的小蛋白质,其 H 1数目都在500以上,一般一 维共振光谱线重叠会非常严重,无法分辨,必须在二维及多维光谱上才能有足够的解析度加以分辩所有光谱线和进一步标定所有光谱线。 水光 谱线的抑制:溶液中水的 H 1 浓度为110 M ,而蛋白 质样品的浓度为1 MM ,两者之 间差万倍。如果不抑制水的信息,则无法探测到蛋白质的信息。 核磁共振光 谱可以获得以下结构的限制: 距离:两核之 间的距离,可以由 NOESY 谱取得。理论上交叉峰的强度和距离之间的关系可用数学公式表示,然而蛋白质上的原子并非固定不动,因此难以量化,一般将它们区分为强,中,弱和很弱四种。这样的限制在结构计 算上 虽然稍显宽松,但数百甚至上千的这些稍宽的限制同时存在时,弥补了宽松的缺点。 二面角:蛋白 质骨架 面 间的夹角可以由 COSY 求得。 氢键:蛋白结构中的二级结构螺旋和折叠可利用 NMR 光 谱线的化学位移指数测得。 残存磁偶矩 结构的计算:以正确的键长建构待决定结构蛋白质的起始结构,再加上 NMR 取得的 结构限制,利用度量矩阵距离几何学和分子动力学以及模拟淬灭方法,计算出最符合结构限制且能量最低的结构。通常利用一组的结构限制可以利用不同的起始结构重复计算60到100个结构,选取其中不违背结构限制且能量最低的20个结构加以进一步的分析,计算出平均结构,加以能量最小化,作为代表结构。 NMR 测得的结构最大特点是部分重叠得很好,部分则很松散,松散部分通常为较具动态的部分。 结构的分析: 可以得到蛋白 质的电性分布,可以作为合理药物设计的蓝图。 蛋白 质的动态结构:蛋白质在生理条件下,内部的一些部分处于动态状态。这些动态对蛋白质的功能影响很大,且是目前研究的热点之一。核磁共振光谱是探讨蛋白质动态结构的最佳方法。 蛋白 质 核磁共振正在 经历 静悄悄的的复 兴时 期。 NMR 研究稀 释样 品的能力得到 显 着提高。 在使用 简单 的一 维 NMR 实验 来解决生物学 问题 ,如信号通 过 G 蛋白偶 联 受体,出 现 了回潮。 使用 监测 蛋白 质 - 配体与蛋白 质 - 蛋白 质 相互作用的 NMR 进 行了 扩 展。 NMR 顺 磁弛豫增 强 ( PRE )技 术扩 展了 NMR 作 为 探 针 研究蛋白的 结 构与 动态 的功能。 甲基 TROSY NMR 允 许 NMR 探 测 200 kDa 的蛋白 质 复合物的 结 构和机制 问题 。 核磁共振技 术 在 药 物 发现 中增加使用。 NMR , 现 在可以用来探 测 活 细 胞中的蛋白 质结 构与相互作用。 无 细 胞表达方法拓展的 NMR 的适用性和效率。 放松分散方法 为隐 秘的 结 构和 动 力学状 态 提供了前所未有的机会。 NMR 提供了洞察本 质 无序蛋白 质 和多域蛋白 质崭 新的方法。 NMR 是研究蛋白 质结 构,折叠, 动态 ,互 动 ,和功能的 强 有力的工具。
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[转载]科学家使用核磁共振读取梦境
热度 1 SSNMR 2013-6-7 09:51
据国外媒体报道,一个日本神经科学家小组日前成功地使用大脑扫描设备读出人们梦境中的内容。 日本京都ATR计算神经科学研究所科学家神谷之康和他的同事们使用功能磁共振成像(FMRI)对三名睡眠中的受试者脑部进行扫描观察,并同时记录下他们的脑电波信号。 当观察到受试者的脑电波正处于梦境的早期睡眠特征时,研究人员便将受试者唤醒并询问他们刚才梦到的是什么情景,随后便让他们继续入睡。这种测试的进行期间有3个小时的间隔,并采用不同的方式,针对不同的受试者重复进行7~10次。 在每次间隔期间,受试者每小时会被唤醒10次。每一位受试者都报告他们大约每小时内都会出现大约6~7次梦境,这样每一位受试者身上都会记录到大约200次梦境事件。 大多数梦境所反映的是日常的生活。如一位受试者表示:“我梦到我在一家面包店里。我买了东西然后走到外面的大街上,那里有一个人正在拍照。”另一位受试者叙述说:“我看见一座巨大的铜质雕像,在一座小山坡上。在山脚下有小屋子,街道,还有树林。”也有一部分受试者的梦境中包含了一些不同寻常的内容,比如遇见一位电影明星,或是梦见自己置身于一座录音棚之中。 神谷之康和同事们使用普林斯顿大学开发的语料数据库WordNet来提取受试者陈述报告中的语言特征,并将其划分为20个类别,如“车”,“男性”,“女性”以及“计算机”等,这些文字都是在受试者的陈述中出现频率最高的。随后研究组使用对应于这些文字的图片,让受试者去观看这些图片并同时扫描并记录他们的大脑活动情况,最后将这些数据与此前在进行睡眠实验中唤醒受试者时记录的数据进行对比。令人惊奇的是,计算机能够识别梦境中60%左右的图像。 研究人员对受试者大脑的V1,V2 和 V3区域的活动情况进行了分析,这些大脑区域负责视觉图像处理的最早期阶段,并负责对视觉画面的基本解码,如对比以及边界的对齐等等。研究人员也对大脑中负责更高级别图像处理的区域进行了观察,如大脑中负责目标认知的区域,等等。 在2008年,神谷之康和他的同事们曾经报告称他们可以解码并重建受试者大脑区域活动所代表了视觉情景。而现在,他们已经更进一步,实现了对大脑更高级功能区域活动的识别,也因此几乎能精确地预测受试者梦境中呈现的内容。 神谷之康表示:“我们建立了一套模型,用以预测每一类别的内容是否会在梦境中呈现。通过对唤醒受试者之前9秒钟其大脑活动的分析,我们可以判断这个人刚才是否正在做梦,准确性达到75%~80%。” 他也表示这样的实验并非对受试者梦境画面结构的考察。他说:“我们所关注的是梦境的意义,但是我仍然认为有可能从中提取出结构特征,如形状和对比,正如我们在2008年时所做的那样。” 他们所作的这项工作于去年10月份在美国新奥尔良召开的神经科学学会年会上做了报告,并于近期发表在《科学》杂志上。在这篇文章中,研究组指出人类大脑中负责较高级别视觉处理的区域,其针对梦境和视觉感知所产生的神经反应是相似的。 美国加州大学伯克利分校科学家杰克·格朗特(Jack Gallant)表示:“这是一项有趣的工作,令人兴奋。相比低级区域,从更高级别的大脑区域进行解译可以更加精确地重构梦境,这一事实说明引发梦境的大脑活动中牵涉到一些与视觉想象有关的脑部区域。”他说:“另外,由于对梦境的解译在受试者被唤醒前十几秒钟时最为精确,这一点也似乎可以证明我们醒来后回想自己刚刚经历的梦境,这是一种短时记忆。” 神谷之康和同事们目前正致力于对处于快速眼动阶段(REM)的深度睡眠者实施同样的研究,这一阶段一般也被认为与当事人正处于梦境有关。他说:“这一阶段的研究将更具挑战性,因为我们必须至少等待一小时以上才能等到受试者进入快速眼动阶段的睡眠状态。我并不了解很多有关梦境的作用的理论,我比较了解梦境的内容,以及这些梦境内容是如何与大脑中的不同区域相互关联的,这种关联性将帮助我们更好地理解梦境。”
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[转载]中国科大在微观核磁共振技术方面取得重要突破
SSNMR 2013-6-4 14:21
近日,中国科学技术大学杜江峰教授研究组与国外某大学合作,成功实现了(5nm)体积样品质子信号的检测,取得微观核磁共振技术的突破性进展。该实验利用掺杂金刚石中距表面7纳米深度的氮-空位单电子自旋作为原子尺度磁探针,分别实现了(5nm)体积液体和固体有机样品中质子信号的检测,其中包括的质子总数为一万个,其产生的磁信号强度相当于100个统计极化的核自旋。此实验为微观磁共振技术的应用奠定了坚实的基础。   自旋在物质中广泛存在,因而自旋磁共振技术能够用来准确、快速和无破坏性地获取物质的组成和结构上的信息,是当代科学中最为重要的物质探索技术之一。一般的自旋磁共振谱仪基于系综探测原理,它的测试对象是含有百亿个以上相同自旋的系综样品。然而,近年来随着物质科学探索的不断深入,人们开始逐渐从统计平均测量向直接探测单量子的信息迈进。在自旋磁共振领域,实现微观磁共振,甚至单自旋磁共振是这一方向发展的极为重要的科学目标。为实现这一科学目标,杜江峰教授及其合作者选取了基于掺杂金刚石中氮-空位(NV)对的固态单自旋作为探针,代替传统的电探测方式,用基于此体系单自旋态制备成量子干涉仪,将微观自旋体系产生的弱磁信号转为干涉仪的相位,从而实现高灵敏度的信号检测。   在双方及其他合作者在相关领域已有的研究基础上,科学家经过两年多的努力,逐步解决了此实验成功所需的关键技术:近表面NV的制备和处理及动力学解耦。这两项技术是首次成功实现(5nm)体积液体和固体有机样品中质子信号检测不可或缺的基础。
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[转载]蛋白质三维结构解析的固体核磁共振方法取得重要进展
SSNMR 2013-5-29 19:13
中国科学院武汉物理与数学研究所波谱与原子分子物理国家重点实验室的杨俊研究组,在发展蛋白质高分辨三维结构的固体核磁共振测定新技术和新方法方面取得重要进展,相关研究结果于近日在《美国化学会》(J. Am. Chem. Soc.)上在线发表。 ( http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja4021149 )   相对于液体核磁共振和X射线晶体衍射技术,固体核磁共振技术能够在接近天然环境的条件中来研究膜蛋白的结构。比如,在人工合成的磷脂双分子层、生物膜提取物的环境中来研究膜蛋白结构。尽管固体核磁共振技术在膜蛋白三维结构研究方面具有独特的优势和良好的发展前景,但是由于起步较晚,该技术还有一些亟待解决的问题,其中一个重要瓶颈是难以获得足够数量的高质量长程距离约束条件,这严重阻碍了固体核磁共振的蛋白质三维结构的解析。   武汉物数所杨俊研究组的博士研究生李建平等与南开大学和澳大利亚国立大学合作,在固体核磁共振中建立和发展了一种PCS-Rosseta的蛋白质高分辨三维结构解析方法。通过引入一种分子探针在蛋白分子上的各个原子核产生了赝接触位移(Pseudocontact Shifts,PCS)效应,得到的PCS值可以提供丰富的、高质量的结构和角度约束条件。仅利用PCS所提供的结构约束,并结合Rosetta的计算方法计算得到了高分辨的蛋白质三维结构。PCS-Rosetta方法在获得长程距离约束方面具有数量多、高效率和高质量的优点,在魔角旋转固体核磁解析膜蛋白高分辨三维结构中具有很大的潜力。   该研究得到了国家自然科学基金委、国家科技部和中国科学院的重点支持。
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[转载]固体核磁共振新技术精确分析蛋白质分子折叠形状
热度 1 SSNMR 2013-5-22 14:51
固体核磁共振新技术精确分析蛋白质分子折叠形状 来自美国俄亥俄州立大学、国立卫生研究所(NIH)信息技术中心的研究人员研发了一种新型的蛋白质结构分析技术,该技术可帮助研究人员精确分析生物分子的折叠形状,从而可以更好地了解这些分子在健康细胞中的关键功能及参与致病的机理。相关研究成果公布在《自然—化学》(Nature chemistry)杂志上。 蛋白质生命活动的真正执行者,对其功能的研究具有重要的生物学意义和利用价值。而蛋白质三维结构的确定为蛋白质功能的确定提供重要线索。长期以来,研究人员花费大量的心血来分析蛋白质的三维结构,通过了解这些复合体的结构来揭示蛋白质功能的丰富信息。 X射线晶体学是生物学研究中蛋白质空间结构测定的一种常用方法。X射线晶体学的特点是可以确定原子精度的结构,对于有机分子和蛋白质,可以给出几百到上万个原子的相对坐标。10年前,固体核磁共振(NMR)波谱的技术的诞生更是在X射线晶体学技术上取得了极大的飞跃,可帮助研究人员检测X射线晶体学无法确定的蛋白质的原子排列。尽管固体核磁共振技术非常精确,但将其获得的数据转化为真正的三维蛋白质结构却仍然非常困难,是该学科研究面临的一个瓶颈问题。 在这篇文章中,俄亥俄州立大学的化学系副教授Christopher Jaroniec及同事们将固体核磁共振技术与顺磁标记物(paramagnetic tags)结合起来,获得了一种新型的固体NMR方法,并利用这一技术检测了蛋白质分子的形状。 Jaroniec 说:“生物分子的结构信息对于理解它们的功能具有至关重要的意义。我们新技术有助于辅助NMR快速确定其他技术难于分析的蛋白质系统的结构,例如阿尔茨海默氏症中的淀粉样蛋白。” 为了检验他们的新技术,研究人员选择了在链球菌中普遍存在的一种称为GB1的蛋白,过去科学家们针对GB1开展了大量的研究,也早已知晓它的结构。研究人员构建出了一种形式的GB1蛋白,将该蛋白沿着氨基酸链的某类氨基酸置换成了不同的氨基酸——半胱氨酸,这些半胱氨酸为另一种包含一个铜原子的标记物结合提供了适当的化学条件。研究人员将这种氨基酸铜标记物称之为“顺磁分子”。 它们能够显著影响NMR设备磁场中不同蛋白原子发送的信号。采用这一方法,研究人员快速确定了蛋白质原子相对于顺磁标记物的定位,利用这一信息计算出了GB1蛋白的折叠形状。 Jaroniec 表示:“尽管本研究只是在小模型蛋白中检测了这一技术,但它的实际应用却非常广泛。我们希望这一技术将来可以应用到大量更大、更具难度的蛋白质研究中去。”
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[转载]热烈祝贺“2013年中法固体核磁共振波谱学讲习班”在大连化物所举
热度 1 SSNMR 2013-5-22 10:46
为推动我国固体核磁共振波谱学领域的研究进展,5月6日至9日,全国波谱专业委员会与中科院大连化学物理研究所共同举办了“2013年中法固体核磁共振波谱学讲习班”(Sino-French Workshop on Solid-State NMR Spectroscopy 2013),邀请了14位在固体核磁共振波谱学领域卓有成就的法国、美国、加拿大和中国的学者来大连讲学,吸引了一百多位代表参加。 讲习班上,法国里尔科技大学的催化与固态化学实验室主任Jean-Paul Amoureux 教授、Christian Bonhomme教授,法国凡尔赛大学的Francis Taulelle 教授,美国西北太平洋国家实验室(PNNL)胡建治教授,美国国家强场实验室甘哲宏教授,加拿大西安大略大学黄忆宁教授,台湾中央研究院原子分子研究所刘尚斌研究员,武汉物理与数学研究所邓风研究员,复旦大学贺鹤勇教授,南开大学孙平川教授,兰州大学王为教授,南京大学彭路明副教授,上海华东师范大学胡炳文副教授以及大连化物所韩秀文研究员做了精彩的学术报告。各位报告人详细介绍了固体核磁共振波谱学的基本原理、最新的实验方法以及其应用等内容。另外,来自Bruker、Agilent 、Jeol 公司的专家也作了关于固体核磁共振波谱学谱仪技术的最新进展报告。 22个精彩的大会报告受到了与会者的好评,会中大家提问踊跃,会后讨论不断。报告结束后,专家和与会代表参观了大连化物所洁净能源国家实验室和催化基础国家重点实验室,对该所在催化领域取得的重要成果给予了高度评价。 近年来,固体核磁共振波谱学得到了迅猛发展,新的实验方法和技术层出不穷,在材料科学及生物大分子的研究中得到日益广泛的应用。此次研讨会旨在推动我国固体核磁共振波谱学领域的研究进展,促进学术交流与合作,提高我国固体核磁共振波谱学研究的整体水平。
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盐湖城、摩门教及大象无形
热度 29 xinyumri 2013-5-1 04:26
去盐湖城开会,犯懒,没带兔子。早上拉开旅馆房间的窗帘,见旭日在远处雪山的峰顶变幻着颜色,当时一个“悔”字涌上心头。 开会间偶然得到了个蹭车的机会,跟同事去了几处最漂亮的滑雪胜地。虽然已是暮春,满目仍是一片银白的童话世界,在高原直射的阳光下晶莹透亮。当时的心情:后悔大发了! 晚上在犹他大学的体育馆参加一个活动,馆外就是冬奥会的冰场。两边落地窗的大厅,一面是日落盐湖,另一面是月出关山。当时……嗨!不提了,肠子都悔青了。 还是上两张同事拿全幅单反给拍的片子吧。 身边的这块牌子,赫然题着“通往锡安之路”( The Road to Zion ),勾起了我的好奇心。 锡安,即锡安山( Mount Zion ),所罗门圣殿的所在地,为犹太教圣地。公元前 586 年,所罗门圣殿毁于巴比伦人之手,希伯来人也因此沦为巴比伦之囚。“锡安”因此成了一个象征——异乡犹太人心目中神圣甜美的家园。《旧约·诗篇》第 137 章开篇这样悲叹道: By the rivers of Babylon we sat and wept when we remembered Zion. There on the poplars we hung our harps, for there our captors asked us for songs, our tormentors demanded songs of joy; they said, Sing us one of the songs of Zion! How can we sing the songs of the Lord while in a foreign land? 这段历史后来被威尔第改编成了歌剧,里面有一首著名的“希伯来奴隶合唱曲”,又名“飞吧!思想,乘着金色的翅膀”。歌中所表达的对家园的渴望是那样的真挚深切,在当时正谋求统一的意大利民众心中产生了强大的共鸣,以至于有人提议,要以它来作为统一后的意大利国歌。 大都会歌剧院演唱的“飞吧!思想,乘着金色的翅膀” 无独有偶,丧失了家园、被贩卖到美洲的黑奴们,也是唱着这样的歌来表达对故园的渴望与思念的。八十年代被成方圆唱红了大江南北的“巴比伦河”,几乎就是《旧约·诗篇》的逐字翻唱。锡安,成了精神家园的象征。 “巴比伦河” 而我身边的这块牌子,和犹太人、意大利人、黑奴都没有关系,它讲述了一段摩门教徒寻找家园的故事。创建于 19 世纪初的摩门教,因不能见容于传统的基督教,先是从东部被逼到了中西部,与那里的基督徒依然纷争频仍,在经历了“密苏里战争”、“伊利诺战争”后,被迫大规模地向更加地广人稀的西部迁徙。他们把这次迁徙看作是寻找家园的行动, the Road to Zion. 巧合的是,那时流离在欧洲的犹太人正在搞犹太复国运动,他们打出的口号是: Return to Zion. 犹太复国主义因此被称作是 Zionism. 只不过犹太人重返家园的旅途比摩门教徒要更加艰辛与坎坷。 通往锡安之路 迁徙途中的摩门教徒 摩门教徒们把这次西迁自比作犹太人出埃及,杨百翰是西迁的领导者,因此被称作是摩门教的摩西。 教徒们甫一在盐湖山谷落脚,杨百翰就提出了要在这高原的大荒川里营建一座圣殿。盐湖城附近的大山有不少是花岗岩材质的,于是教徒们开始了劈山造圣殿的工程。 摩门圣殿 圣殿旁的礼拜堂 耶稣受洗 渔夫彼得接受耶稣的感召 布道的耶稣 圣殿广场 圣殿广场一角 之所以带了个小 DC ,是为了开会时拍 poster 方便。我听报告时不太爱拍照,觉得比较扰民。不过听到有趣的段子时,还是忍不住要掏相机,好在这样的时候不多。 年会每年都以 Lauterbur Lecture 开场。 Lauterbur 是核磁共振成像技术的发明者,也是我们学会的创建者和第一任主席。 Lauterbur Lecture 始于 2002 年在夏威夷举行的年会,由 Lauterbur 本人作第一位演讲者。那年的 Lauterbur 已是 73 岁高龄, 他在演讲中详述了核磁共振成像技术发明的过程。从 Lauterbur 走上讲台到结束时离开讲台,两次全场起立,大家以长时间的鼓掌向这位老人表示敬意。次年, Lauterbur 和 Mansfield 共同获得诺贝尔医学奖。 Lauterbur Lecture 的开场白自然要和 Lauterbur 挂钩,今年的演讲者扯得更远,从 Ernst 的书开始讲起。 Ernst 是 1991 年诺贝尔化学奖得主,他与人合著的“ Principles of Nuclear Magnetic Resonance in One and Two Dimensions ”是经典。虽然里面涉及量子力学的内容我已经看不懂了,但这本书至今仍在我的书架上放着,有二十多年了。 Ernst 这本书的最后一章提到了核磁共振成像,相对于核磁共振谱仪在分析化学中的应用,核磁共振成像的概念很晚才被提出来。原因并不奇怪:电磁波成像的分辨率取决于波长,核磁共振辐射的是无线电波,波长比可见光的微米波段和 X 光的安米波段要长出许多。比如 100 兆赫的无线电波,波长有 3 米,见了大象都能绕过去。要是用无线电波的照相机给大象拍照,出来的结果肯定是“大象无形”。 Ernst 谈“大象无形” 然而 Lauterbur 偏偏不信这个邪,不但如此,在大家都在为提高核磁共振的灵敏度而努力,要把磁场调得均匀更均匀时,他偏偏要加上一个梯度磁场,把磁场变得哪儿跟哪儿都不一样,让一大堆原子核呕哑嘲哳地唱歌儿,发出不同的频率。这样做的结果如何呢?哈哈,大象现原形了!岂止是大象,现在的核磁共振技术,把分辨率做到 100 微米也是完全有可能的,能够看到细微的脑血管。 Lauterbur 让大象“原形毕露” 唉!写基金、审基金的季节又开始了,我打算休博数月了。 祝大家劳动节、青年节、儿童节、建党节、建军节快乐!家有小朋友的母亲节、父亲节快乐!
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王江云研究组发展出用19F核磁共振研究蛋白质动态构象变化新方法
wangyou 2013-3-1 06:04
2013 年 2 月 28 日, Angewandte Chemie International Edition 在线发表了王江云研究组,龚为民研究组及中国科技大学田长麟研究组合作题为“ A Genetically Encoded 19 F NMR Sensor for Tyrosine Phosphorylation ” 的最新研究成果。该研究通过基因密码子扩展,实现在原核及真核酪氨酸激酶活性中心编码氟代酪氨酸,利用 19 F 核磁( NMR )研究酪氨酸激酶活性中心的构象变化,这为基于酪氨酸激酶活性中心构象进行抗肿瘤药物的筛选提供了有力的工具。 酪氨酸磷酸化是一种重要的蛋白质翻译后修饰,其在酶活性,蛋白质构象及蛋白 - 蛋白相互作用的调节过程中发挥着极其关键的作用。酪氨酸激酶活性中心的酪氨酸异常磷酸化是导致许多疾病发生的主要原因,尤其与肿瘤的发生关系密切。目前针对酪氨酸激酶活性中心设计的抑制剂已经成为肿瘤治疗的主要手段。但是随着酪氨酸激酶上的药物作用位点的突变,越来越多的患者对现有的抗肿瘤药物产生了耐药性。因此发展快捷灵敏的检测酪氨酸激酶活性中心构象的方法对设计新的抗肿瘤药物具有十分重要的意义。 该研究通过基因密码子扩展的手段实现了氟代酪氨酸在原核酪氨酸激酶 Etk 活性中心 Tyr574 位点的高效特异插入,以此作为 19 F NMR 的磷酸化探针并首次获得 Etk 活性中心的 pTyr574 与 Arg614 之间相互作用而导致 Etk 激活的直接证据。另外我们将氟代酪氨酸插入到真核酪氨酸激酶 c-Src 活性中心的 Tyr416 磷酸化位点,利用 19 F NMR 检测到 dasatinib (针对 BCR/Abl 和 c-Src 的抗肿瘤药物)与 c-Src 激活状态活性中心的结合所引起的构象变化。这为研究酪氨酸激酶的激活机制以及基于酪氨酸激酶与底物相互作用进行抗肿瘤药物的筛选提供了重要的手段。 本论文的第一作者为助理研究员李发慧,博士研究生石攀、李家松为共同第一作者。该研究得到科技部国家重点基础研究 973 计划、国家自然科学基金委员会和中国科学院的资助。 全文链接: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201300463/abstract
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博士后招聘:晶体学、计算化学、波谱学
nanohandsome 2012-10-30 18:31
岗位:固体核磁共振在药物多晶型研究中的应用 招聘对象:理学或工学博士学位获得者(毕业不超过2年),海外仅面向应届生,晶体学 或 固体核磁共振 或 计算化学 相关知识背景。 资质:掌握有机小分子晶体的结晶与结构解析 或 高分辨固体核磁共振技术 (方法学开发或常用方法应用) 或 有机晶体理论计算 技能 待遇:底薪+绩效+年终奖的三元收入模式,其中底薪为含税7500RMB/月 合同期:24个月 机会:在站期间可申请一年期博士后国际交流 合同期后的选择:对于工作出色的人员,除自谋出路外。还可以选择聘任留所(职称根据工作情况聘任,目前地方政府有安家费),或推荐到相关高新企业或研究单位。 有效期:2012年12月1日。 CV和工作设想请发至: hlzhang2008@sinano.ac.cn 张老师,随时组织入职答辩
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研学北医三院郑卓肇《肩关节肩袖撕裂的影像学评价》教学录像
GaoXurenKnee 2012-10-1 11:56
今天是2012年10月1日国庆节。今日去病房早查房,前几天在我处做过膝关节关节镜手术的几个患者都恢复良好,在逐步进行功能康复锻炼。 今天上午一熟人介绍一肩关节疼痛、活动受限的患者来病房找我诊疗。经过体格检查我初步判断该患者为肩关节肩袖损伤。嘱其去拍个肩关节核磁共振片子以进一步确诊。 现在很多医师的肩关节肩袖撕裂的影像学读片还不是非常得心应手。虽然本人有较多的肩袖损伤读片经验,但今天为了进一步提高读片能力,认真学习了北京大学第三医院放射科郑卓肇主任《肩关节肩袖撕裂的影像学评价》教学录像。 该教学录像中,郑卓肇主任主要分析了:1、肩袖解剖和检查技术;2、肩袖撕裂的影像学表现;3、肩袖撕裂的鉴别诊断。 通过对郑卓肇教授《肩袖撕裂的影像学评价》教学录像的学习进一步增强了自己阅读肩关节肩袖撕裂相关影像学片子的能力,尤其是增强了解读肩关节肩袖损伤核磁共振片子的能力,增强了鉴别诊断的能力。 感谢郑卓肇老师! 郑卓肇 专家简介 郑卓肇,男,主任医师,中共党员。科室党支部书记兼科室副主任。1991年至1996年在江西医学院就读,获得学士学位。1996年至2000年在北京大学医学部就读,专业为影像医学与核医学,先后师从范家栋教授和谢敬霞教授,并于2000年8月获得临床医学博士学位。2000年8月分配在北京大学第三医院放射科工作,同年获得主治医师职称,2004年晋升为副主任医师,2010年度晋升为主任医师和副教授。主要研究方向为骨关节系统影像诊断和MRI新技术的临床应用,已在国内外后发表相关文章近50篇,并参与了13部影像专著的编写工作,其中《磁共振成像技术指南-检查规范、临床策略及新技术应用》一书为副主编。曾获2004年度中华人民共和国教育部二等奖和2005年度中华医学科技二等奖。2007-2009年作为负责人完成国家自然科学基金项目(30600139)。目前任临床放射学杂志编委,中国医学影像学杂志通讯编委,中华放射学杂志通讯编委和中国医学影像技术杂志编委。 江苏省徐州医学院附属医院骨科  关节镜、膝肩关节外科、骨科运动创伤方向 高绪仁 高绪仁:每天以解决膝、肩关节问题为乐:) 每天努力提高自己的技术和服务水平 不仅仅是解决其膝、肩关节问题,更是给其带来希望、未来和新生!
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膝关节关节内损伤的核磁共振MRI诊断
GaoXurenKnee 2012-9-1 23:50
Magnetic resonance imaging in the diagnosis of intra-articular lesions of the knee 详细内容待补
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核磁共振学习笔记(1)
zhanghuixing 2012-8-22 04:37
首先要感谢余昕老师推荐了一个非常实用的网络教程‘the basic of the NMR',解决了我在初期实验和科普(导师推荐读the spin dynamics一书)过程中遇到的几点困惑。其次,要感谢导师对我这个新手的耐心指导,让我在未知领域爬行过程中多了一份信心。 我要攻克的课题第一步是测量高温自扩散系数。利用自旋回升方法在恒定梯度的磁场中测量在不同脉冲间隔时间的回声强度,扩散系数可以通过解指数方程得到。在测量过程中,不仅要掌握测量的方法,更应该理解其中的物理机制以便解释扩散结果。其中最基本的物理机制就是扩散导致的相差(降低了自旋回升的强度)。将自旋相差看做是一个高斯分布。。。
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穿行于经典与量子之间的核磁共振理论 (4):理弦成像影憧憧
热度 17 xinyumri 2012-8-6 09:39
穿行于经典与量子之间的核磁共振理论 (4):理弦成像影憧憧
前面讲到,核磁共振因为发现了化学位移现象,接力棒从物理学家那儿传到了化学家手中。由于脉冲技术的引进,核磁共振技术被化学家们应用得出神入化,各种多维的频谱技术在分析化学,乃至结构生物学中大显身手。 然而到了七十年代初,一位化学家异想天开的想法,把核磁共振的研究带到了一片崭新的未开发的处女地,这位化学家就是 Paul Lauterbur , 2003 年诺贝尔医学奖得主。 要说 Lauterbur 的想法为什么异想天开,还得从核磁共振的灵敏度谈起。前面说过:核磁共振要检测的信号,就是高低能级上原子核的数量差,这个数量差服从波尔兹曼分布。在常温下,即使在很高的磁场下,这个数量差也是微乎其微的,因而核磁共振的灵敏度一直是个令人大伤脑筋的事情。提高灵敏度的方法之一,就是尽量提高磁场的均匀度。因为原子核的共振频率和磁场强度有线性关系,只有在均匀的磁场下,相同的原子核才会在同一个频率下共振,检测出来的信号才强。即便如此,许多核磁共振实验都是需要通宵达旦地采样的。 然而 Lauterbur 却有意要让磁场变得不均匀,不均匀到什么程度?他要让不同位置的原子核都以不同的频率共振。如是,原子核的共振频率便和它们所处的空间位置有了一一对应的关系,也就是说,可以对原子核进行成像了。若是把原子核比喻成一架钢琴上的琴键的话,在均匀的磁场下,按下任何一个琴键都只发出同一个声音,我们无法根据声音来判断琴键的位置。然而 Lauterbur 的磁场给每个琴键都赋予了一个独特的声音,如小鸟般啾啁的高音来自右端,像青蛙一样恬呱的声音则来自左端,任何一个训练有素的琴手,都很容易从琴键发出的声音判断其位置。 Lauterbur 磁场的实现原理其实很简单,就是在原来均匀的磁场上再叠加上一个和位置呈线性关系的小磁场,这个小磁场称为梯度磁场。显而易见,梯度磁场的引入将会大大降低核磁共振信号的强度,因此这一想法甫一提出,便遭到了专家们的质疑和反对。然而,不信邪的 Lauterbur 率领自己的研究小组白手起家,硬是做出了世界上第一幅核磁共振图像。 Lauterbur 的文章发表在 1973 年的“自然”杂志上,因为这一想法太超前了,一开始也遭到了被拒的命运,据说是 Lauterbur 据理力争后文章才得以发表。 劳特 伯的核磁共振成像实验 Lauterbur 最初使用的成像方法和 CT 很类似,但后来的人们把 Ernst 的傅立叶方法用到了成像上,直接在频域空间进行采样,大大简化了成像的算法,只需一个简单的二维傅立叶变换就行了。随后,英国的 Peter Mansfield 又发明了叫做 Echo Planar Imaging (EPI) 的快速成像方法,大大提高了成像的效率,为核磁共振在生物医学上的应用开拓了更广阔的空间。 Lauterbur 和 Mansfield 因此共同分享了 2003 年的诺贝尔医学奖。 核磁共振成像发展到今天,已经在从脑功能到血管造影上有了广泛的应用,而且新的技术仍在不断被开发出来,是成像技术中独一无二的多面手。之所以能有如此广泛的应用,是和这一技术物理上的复杂性分不开的。首先,它可以就一种原子核的分布密度进行成像。由于两个驰豫时间的存在,驰豫时间加权的成像技术又可以反映组织器官不同的物理特性。又由于原子核在磁场中时刻在旋转着,它们累积起来的相位也可以用来反映原子核在磁场中的运动情况,于是,各种各样的运动成像技术(如血流、肌肉收缩、分子扩散)也应运而生。最后,由于许多原子核的自旋数都不为零,它们也都可以是核磁共振研究的对象。比如,在我们身体里广泛存在的磷 -31 ,便是能量代谢的重要物质,核磁共振技术使得在生命体内直接观测生化过程成为可能。 如果说,有着有限的分子官能团的分子的核磁共振信号还是个离散谱,像小型室内乐队演奏的音乐的话,那么 Lauterbur 将梯度磁场天才的引入,使得核磁共振信号成了连续谱,宛如一首关于生命的雄浑的交响曲。只要你细心聆听,便会有所启示。 (全文完) 后记: 开春动笔写核磁共振的时候,只打算写写核磁共振这一 物理现象的量子与经典模型,以及自己在教学中遇到的一些疑惑。但没想到写出来之后很受欢迎,于是决定再加写两篇,凑成一个简史系列。这就有了关于化学位移的那篇,是我 在山里渡春假时利用晚上的时间写出来的。 然而到了我自己的领地,成像这篇文章却着实难产。若是从做博士论文开始算起,我在这个领域也快二十年了。二十多年前,医学核磁共振尚属于一个比较新的领域,我因此亲眼目睹了许多的发展与起落,但也常有身在庐山之中却无法一窥全容的感觉,写起来反倒觉得无从下手了。所以我自己对这篇并不十分满意,但好歹也算做到善始善终了。许多未能触及到的前沿领域,只好等以后另开一个专题了。 新学期在望,秋耕已经开始,我的博客因此也要进入半休耕状态了,谨以春天时填的一曲回声赋为这个系列做结,也感谢众多网友的关注与鼓励。 踏莎行·回声赋 磁矩知归,能级可渡,一波激 起 音 无数 。理弦成像影憧憧,百年才俊纷驰骛。 雅律长思,谐音细悟,清风相助听真趣。待得星旷月明时,殷勤再续回声赋。 全部链接: 穿行于经典与量子之间的核磁共振理论 (1):能级可渡 穿行于经典与量子之间的核磁共振理论 (2):磁矩知归 穿行于经典与量子之间的核磁共振理论 (3) :一波激起音无数
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