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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

二维核磁共振谱
richor 2018-6-28 10:02
MRI 本质上还是一维 NMR ,只不过多个方向上扫描。 二维 NMR 一般包括: correlation spectroscopy (COSY), J-spectroscopy, exchange spectroscopy (EXSY), and nuclear Overhauser effect spectroscopy (NOESY) 。 COSY 原理很简单,可以找出两个有关联的 chemical shift 。会出现 diagonal peaks 和 cross peaks 。 TOCSY ( Total correlation spectroscopy )跟 COSY 很类似,但除了可以观测到直接关联的 cross peaks ,还可以观测到间接关联在一起的 cross peaks. 【历史】 The first two-dimensional experiment, COSY, was proposed by Jean Jeener, a professor at the Université Libre de Bruxelles, in 1971. (Theoretically) This experiment was later implemented by Walter P. Aue, Enrico Bartholdi and Richard R. Ernst (1991 Nobel prize), who published their work in 1976. Ernst出席了13届生物物理大会(IUPAB),我参加的是第8届生物物理大会(IUPAP),不要混淆。 【 chemical shift 】 In nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, the chemical shift is the resonant frequency of a nucleus relative to a standard in a magnetic field. Often the position and number of chemical shifts are diagnostic of the structure of amolecule . 参考复旦的实验原理!劈裂成两个方向,说明出现了类似 ising model 一样的两种自旋方向。当 RF 为二者之差时,低能向高能跃迁。 拉莫尔公式: 其中 γ 为旋磁比。进一步,原子核在磁场下的分裂的能级间距为: 质子的拉莫尔频率为 42.5MHz 。 Chemical shift δ is usually expressed in parts per million (ppm) : 所以 , 1ppm=1Hz per 100MHz , 也就是 42.5Hz chemical shift。
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核磁共振小史(2)
热度 10 xinyumri 2018-4-27 05:16
时间到了 1950 年, Bloch 实验室的两名博士后, Warren Proctor 和虞福春,发现了化学位移现象,核磁共振开始在分析化学领域大显身手,接力棒由此也传到了化学家手上。 从事核磁共振研究的两位诺贝尔化学奖得主均为瑞士人,同在苏黎世理工任教。 Richard Ernst 对核磁共振波谱分析的方法做出了巨大的贡献。他发明的把脉冲波和傅里叶变换相结合的方法,不仅大大提高了实验的效率,也开拓出了多维核磁共振波谱这一有着广泛应用的领域。学习核磁共振波谱理论和学信号处理理论一样,让人由衷地惊叹造化赋予人的创造力之神奇。一个在形式上有着简洁与对称之美的数学变换方法,竟然能够在实验科学领域大显身手, Ernst 的工作堪称天才之作。 Ernst 的诺奖工作,是他于 1963 至 1966 年间在硅谷的 Varian 公司任职期间做出来的。这家公司由 Varian 兄弟创建于 1948 年,是硅谷最早的高科技公司之一。公司以制造电子真空管和医用直线加速器起家, 50 年代开始涉足核磁共振领域,因为拥有一批像 Ernst 这样锐意创新的科学家而成为核磁共振领域的领军公司。然而,在资本运作压倒技术创新的今天, Varian 于 2010 年不幸被 Agilent Technologies 并购。 2014 年, Agilent 领导层宣布关闭核磁共振谱仪的生产。一个曾经创造了神奇的高科技公司,在新的核磁共振技术依然层出不穷的年代却消失了,其命运令人扼腕。 Ernst 不仅是一位杰出的科学家,对艺术也有着广泛的兴趣和爱好。他年轻的时候曾痴迷于大提琴和作曲,后来又迷上了绘画。 1968 年的一次亚洲之旅,又让 Ernst 和唐卡画结下了不解之缘,他不仅开始收藏唐卡画,还利用学术休假的机会去北印度的一个小山村学习唐卡画。退休以后, Ernst 用诺贝尔奖金购置了一台拉曼谱仪,在家中搭建了一个工作台,开始研究唐卡画的颜料。上面这篇文章,发表在 2001 年瑞士化学学会的会刊 CHIMIA 上 (CHIMIA 2001;55:900-914) ,把他对唐卡画的研究心得娓娓道来。序言与结尾的两段话,也道出了他对科学与艺术的洞见,相信不少科学家伙也会有感同身受的体会。 There are indeed intimate relations between the arts and the sciences. Both fields require intuition and creativity, and in both fields greatness is measured by the mastery of inherent difficulties and nevertheless expressing eternal truths or achieving eternal beauty. For the author, art has been a constant source of inspiration in his professional research work. Perhaps art has contributed more than science to make our world hospitable and lovable, although science is of greatest importance for our survival. Together, in a creative symbiosis, they give us hope for a prosperous future in view of our physical and emotional well-being. Enrst 的工作很快使得核磁共振成为分析化学不可或缺的工具,有他的工作奠基,用核磁共振来解大分子——蛋白质——的结构,多多少少是意料中的事情。虽然蛋白分子结构的复杂性和有机小分子不可同日而语,这一难题还是被 Enrst 的同事 Kurt Wüthrich 给攻下了。在冷冻电镜成为结构生物学的新宠之前,核磁共振和 X 光晶体衍射在很长一段时间里平分着秋色,相比于 X 光晶体衍射,核磁共振无需生成蛋白晶体,因此在研究蛋白与分子间的作用及药物设计方面更具优势。 Wüthrich 的诺奖名至实归。 再下来,就是我如今赖以谋稻粱的医用核磁共振成像技术了,这个话题扯开了怕是刹不住车,还是先搁一搁,感兴趣的朋友可以去读我以前的一篇小文—— 理弦成像影憧憧 。 走过历史,为了是要面对现实和展望未来,科学网的博主在微信上发问了:“还有能再得奖的工作吗?”嗯,这个问题还真需要好好想想,现实离得太近,未免难以看得真切。不过要论及核磁共振成像对生命科学最重要的贡献,恐怕非脑功能成像 (fMRI) 莫属了。不为别的,人类对自身的好奇心由来已久,古希腊老头纸们发天问的时候,就已经想给这个问题寻找答案了。可是一直到了 100多 年前,脑洞大开的意大利生理学家 Angelo Mosso 才发明出了下面这个高端设备。他的假设是:人类一思考,血液就会涌向脑袋。 Mosso 的假设很大胆,然而它的求证却花了近 100 年的时间。最初是用正电子断层扫描 (PET) ,但直到有了 fMRI ,脑功能和脑图谱的研究才开始呈星火燎原之势。神经科学领域近二三十年来加速度般的发展, fMRI 功不可没。和这段历史平行的,是中国的改革开放,许多学子走出国门,加入到对人类认知活动的研究中。下面这张照片,是《神经影像》杂志纪念 fMRI 研究 20 年的封面照片,有许多对这一领域做出了重要贡献的学者,从中可以一窥中国学人在世界舞台上的风采。 (from PA Bandettini, Twenty years of functional MRI: the science and the stories. NeuroImage 2012;62:575-588) 未来会是什么情形,我不太敢下结论。我一直不愿预测未来,一是觉得有扮巫婆之嫌,二是以严谨为标志的科学研究,其发展却每每超出了人的想象。下面的卡通来自微信群里的一位同仁,贴上来博看官一笑,当不得真。不过有一年大选年,还真有人试图用 fMRI 来偷窥摇摆不定的选民,引来《科学》杂志一篇谆谆的 editorial ,告诫人们: fMRI is not a crystal ball! (全文完)
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科研点评(六):X 射线晶体衍射是解析出青蒿素 三维结构的唯一方法
huaqx2016 2018-3-27 23:52
下面转载笔者2017年初在《生物化学与生物物理》杂志发表的有关青蒿素研究的文章。 X 射线晶体衍射是解析出青蒿素三维结构的唯一方法 -华庆新- 生物化学与生物物理进展 ProgressinBiochemistryandBiophysics 2017,44(1):17~20 去年 10月屠呦呦获诺贝尔奖是对当年研究团队的最高学术褒奖,既是对屠呦呦这位主要学者的肯定,也是对曾经参与研发的几十个单位、几百名研究人员的鼓励。生物物理所是解析青蒿素分子结构的单位,我虽曾在生物物理所工作(1963-1989),但没有参与青蒿素的研究,只是耳闻,完全是局外人。去年屠呦呦获诺贝尔奖后,复看有机所、生物物理所当年青蒿素结构测定的科研论文,继后又看到有关书刊网络对当年青蒿素立体结构测定的报道和回顾。上文[1]已经对其三维结构测定的全过程作了详细历史回顾,本文只从专业角度探讨何以说“ X-射线晶体衍射是解析出青蒿素三维结构的唯一方法 ”,而当年核磁共振等波谱技术则无法测定青蒿素立体三维结构。 【抱歉,此图无法上传】 图 1 青蒿素晶体结构图示,由生物物理所青蒿素研究组测定 解析三维立体结构对新药认定至关重要 测定精确的有机分子的立体结构,即测定其组成原子的三维结构,是任何新药认定的基础 ,这是国际公认的惯例。专一的有机分子或生物分子的三维结构,对应于此分子的特定化学(或生物)的功能效用。完整测定的分子结构,是创新药物的基本属性,也是西方学术界认可新药的门槛,由此可推向世界,为全人类造福。因此,测定青蒿素的立体结构是青蒿素药物研发的一个重要环节。 解析青蒿素结构并不是研究的最终目的,但却是必需跨越的桥梁。知道正确立体结构,才能正确解释其抗 疟 功能, 而青蒿素神奇的抗疟作用的关键就在于过氧桥。知道其立体结构,为定向设计高效低毒的抗 疟 药物提供支持。 也正由于立体结构重要,而其他方法无法解析,当年 523办公室才给全国唯一有X-射线四园衍射仪的生物物理所下达测定青蒿素三维立体结构的任务,而该所因解析出胰岛素晶体结构也已有合适的攻坚仪器及队伍人才。 不过,由于七十年代国内学术文章的发表还很不规范;一些学术词汇的应用也不尽统一;整个青蒿素研究又涉及这么多单位,牵扯到生物、医学、药学、化学、物理等诸多学科;相互交流不很畅通;论文发表常以集体署名;论文中引述他人实验结果和结论时不标明出处单位;加之引用时想当然的按自己理解而改动原义,造成后期报刊网络媒体等非专业人士的以讹传讹。一则会引起各单位相互间不满,二来在学术上传递了不尽正确的信息,广为流传。 最早的青蒿素相关学术文献有以下几篇[ 2-5],其中即使如同一词‘化学结构’,不少人泛指为化学结构式。有机所文章[4]中所说‘结构’,实际是青蒿素的物理化学性质加上部分结构信息或结构片段。而生物物理所文章[5]则特指三维立体结构,每个原子有精确坐标,有键长键角,精确到以 Aring; 度量。如果七十年代可以比较含混的谈‘结构’,到 21世纪就应该明确专指为三维立体结构了。有关结构、构型、构像的界定,请见文献[1]引述的注释1-3。 青蒿素分子式为 C 15 H 22 O 5 (MW282)是北京药物所用质谱确定,有机所证实,这为进一步分析铺平了道路。但这 C 15 H 22 O 5 是环链分子,还是树干样枝链分子,或是有一个、几个小环或杂环交联分子?仅由波谱学所得的分子片段的结构信息,人们仍然不得而知。 实际上,如[1]文所说,只有x-晶体衍射能给出正确答案。 一维核磁共振( NMR)无法解析出青蒿素分子三维立体结构 现在不少文献、新闻媒界广泛报道说青蒿素的结构是以核磁共振等波谱学方法解析出的,或者说先由核磁方法得到,再由 X-晶体衍射精化。为此我想从NMR专业角度说上几句。 笔者使用 NMR三十年,对NMR有一定了解。所谓核磁共振,是核磁矩不为零的原子核(如 1 H、 13 C、 15 N、 17 O),在外加静磁场中发生能级分裂,当满足共振条件时共振吸收另一特定射频电磁场能量的物理现象,在1946年发现。而近代核磁共振方法的发展,可以粗略说有三个阶段:70年代的初创阶段,如有机所当时使用的100或250MHz(兆赫兹)仪器,就属于最初的核磁波谱仪,只用一维核磁共振,完全是NMR的初级阶段。而 核磁技术发展的第二个台阶 ,应归功于 80年代瑞士苏黎世高等工学院ETH的 理查德 . 恩斯特( Richard.Ernst ) 。他 在核磁共振中用强而短的脉冲波代替功率弱的连续波,并以 付里埃变换,将时间域函数变为频率域观测到清晰的核磁波谱,加上他以量子力学从理论上严格推导出二维、多维核磁共振,使他在 1991年 获诺贝尔化学奖。第三个台阶也归 功 于同是 苏黎世高等工学院 的维特里希(Kurt . Wüthrich) ,他用二维核磁共振并以距离几何(Distance Geometry)算法软件,解析生物大分子溶液结构,而此后的异核( 1 H, 13 C, 15 N)三维核磁共振及相应软件在生物医药领域发挥巨大作用,于2002年获诺贝尔化学奖。本人1987年在他实验室作访问学者。NMR技术的发展可见我1995年 出版 的《 蛋白质分子的溶液三维结构测定—多维核磁共振方法 》 一书[ 8] 。即便现在要得到分子的三维结构,也起码需两大步:先以几个二维或三维NMR图谱作谱线归属,认定一维图谱中的每条谱线关连到哪个 1 H或 13 C原子上;然后按每个NOE的强度大体确定各原子间距,再以距离几何算法软件计算出粗结构,随后多次重复才得到精化的三维结构。 有机所当时的仪器技术用的还是第一代 NMR仪器技术,并以照射某一谱线来判知谱线属性、偶合关系。但现在这类一维谱线照射方法早已淘汰,而代之以二维谱[8]。从他们的文章中的确可知道0-1ppm之间谱线代表可能有甲基,但这是几个甲基,并不确切知道。 是哪个位置的甲基,与其他碳氢氧原子如何关联,一维 1 H-NMR图谱没有给出更多信息。仅从谱线的化学位移,并不能确定是-CH 3 、 是 -CH 2 ,还是-CH。至多是可能性推测,更无法定量,加之一维谱线重叠,难以识别作谱线归属,不能得到确切的结构证据。青蒿素分子式中有22个氢原子,但图谱仅报道11个氢原子的谱线猜测[3,4]。另外11个氢原子为何在图谱中消失?是否重叠隐含在那11条谱线之中?若如此,则作出的谱线推测会有误。论文对此没有作任何解释。 又如 13 C-NMR图谱显示15个 13 C谱峰[2-4],表明有伯碳-,仲碳-,叔碳-,季碳-原子[3,4],可是这些碳原子又是如何对应于青蒿素分子15个碳原子的哪一个?文章只有一些很粗略的猜测。即使不作NMR测定,也可以推测可能含 伯碳、仲碳、叔碳、季碳 四类碳原子,断不能就此说:已经解出了分子结构。 再者,青蒿素的关键过氧化桥,是搭在哪两个碳原子上?这牵涉到如何与疟原虫的靶点部位结合之处,也就是关系青蒿素的药物活性的关键,是药效之所在。从上述三篇学术论文,完全看不到一点讨论或佐证,没有任何实验数据可以支持这个结构的‘活性部位’(或说‘靶点结合部位’)。而青蒿素之所以抗疟就在于这个关键部位。论文[ 4]顶多有些猜测,但这不是科学根据!文献中曾说“3.44-5.68ppm之间没有质子峰”,于是就推测这过氧基团是接于两个叔碳原子,这样的推测也并无唯一性。 NMR谱峰的化学位移有三种效应,最突出的就是环流位移效应[8]。 现在已知的青蒿素分子结构是否存在某些屏蔽效应,从而使谱线向高场或低场位移,屏蔽出 3.44-5.68ppm区间?仅从一维核磁图谱,无人能排除屏蔽效应的可能性。文献[3、4]还说:照射1.7ppm处的谱线,5.8ppm的谱线就增强11%,说这就是所谓核Overhauser效应(NOE)。并由此推断这两个H 3 、H 10 都在 β 面上。这种分析也只是猜测。 NOE效应是间距在5 Aring; 之内的 两个质子之间(不论是同一分子内,或是分子之间的质子) ,会产生的 谱线增强的现象,但它无法区分是共价键相连而靠近的质子,还是空间较近而没有共价键连接的质子。在二维核磁共振中,用 NOESY谱一次可得所有有NOE相关的质子,再比较TOCSY谱,可以排除共价键连接的质子,才能辨认出空间间距较近的两个质子。还有,为什么说他们都在 β 面上,为什么不可能在 α 面上?亦无解释。 当时相关研究人员确实花费了极大努力,在不同条件下测试,并在氧化、还原,酸碱处理、甲基化、乙酰化等等条件下重复测试。但仅从一维 NMR图谱拿不到分子立体结构,这些都不是研究人员的水平问题,而是技术方法本身的限制。仅用一维NMR数据能解析出有机分子三维立体结构,世界上没人能做到。 解析青蒿素结构并不是研究的最终目的,但却是必需跨越的桥梁。解析出正确立体结构,才能正确解释其抗 疟 功能, 而青蒿素神奇的抗疟作用的关键就在于过氧桥。知道其立体结构,才能有目标定向设计高效低毒的抗疟药物。 旋光色散、红外光谱也不能得到精确的分子结构信息 旋光色散是园二色仪的前身,不过现在国际上早就弃用旋光色散。我从 80年代初就开始使用园二色仪,也历时30年。园二色性是利用 物质对左旋及右旋圆偏振光的 差异, 测量不同波长下的 差 值与波长λ之间的关系曲线,即圆二色光谱曲线。 但谱线的解释却很困难,并有极大争议。对蛋白质的 圆二色光谱 只能作定性推测,顶多对 α 螺旋作半定量估算,而绝不能作定量计算。其结果也是对整个分子而言,知道有不对称碳原子,无法作结构推断。旋光色散更是只能粗略得知左右旋色散之差,很难解释 。 研究论文[ 3 、4 ]里很少引用 旋光色散,说上几句也很笼统,有数据,无解释,没有给出明确结构信息。 红外光谱对化学基团的鉴定很有价值,但也仅此而已。它主要用于鉴定 官能团 。 如 羰基 ,不论是在 酮 、 酸 、 酯 或 酰胺 等类化合物中,其伸缩振动总是在1700cm -1 左右出现一个强吸收峰。 青蒿素红外光谱也确实在 1700cm -1 左右有一个强吸收峰,可以断定分子中有羰基。 不过这是 酮 、 酸 、 酯 中哪个羰基?却不明白,更不要说这羰基在分子的哪个部位! 再者,有机化学经常会讲桥式或船式,左旋或右旋,氢键朝上还是朝下,都涉及立体专一结构,牵涉到手性或镜像对称, 都 不是一维 NMR 、红外、旋光色散、质谱所能决定的。 但参考文献[ 4]的摘要明确写道:“它的结构是由红外光谱、核磁共振谱、质谱和化学反应以及X-射线衍射等方法确定的。”在说及核磁共振结果时却只用了‘提示’‘推定’等不确定的词汇。文中又写道:“通过化合物(1)和(2)的红外光谱、核磁共振和质谱以及一些化学反应,可以推定I、II、III、IV及V是青蒿素的部分结构。”而所推定的‘部分结构’,也只是小到如四个甲基或者两个CH-CH 3 之类的结构碎片。我想重申一句:我无意贬低在当时仪器技术条件下,许多科研工作者的不懈努力,积累了大量结构信息。但如果说这些波谱学方法在70年代就‘解析出’青蒿素结构,并且直至21世纪还如此宣传、扩散,在学术上是不严谨的,会产生误导效应。使得无专业知识的人士以为核磁共振等方法在当时就已经测得青蒿素立体结构。 目前在媒体广为流传的,是一位记者在 2008年采访有机所某教授的报道中写道[9]:“青蒿素的结构是根据光谱数据解读出来的,也是由光谱数据証明的。” 2011年此文又转载到《科学网》,现在仍被广泛采信,影响颇大。 文中有许多明显的学术性错误,但因未出现在学术刊物,本文从略,不复多言。 总之,青蒿素的立体专一结构是李鹏飞、梁丽等人以直接法、氧原子反常散射测定的[ 1]。X-射线晶体衍射是测定出青蒿素三维结构的唯一方法。 青蒿素研究由此站上了一个新台阶,令西方科学家对中国科学家在中药有效成分的出色研究刮目相看,也为屠呦呦的青蒿素研究得到诺贝尔奖奠定坚实基础。这一结构完全正确,沿用至今,没有修改,为中外学术界公认。 当年有机所等单位以一维核磁共振等波谱手段取得不少青蒿素的化学结构信息,推测出一些结构片段,但不足以解析出其完整立体构型。正如上文指出的[ 1], 国内波谱学权威梁晓天教授当年在内部会议中已经肯定了生物物理所的立体结构,也明确否定了由波谱学数据推测出的结构。从回顾青蒿素研究的过往历史,更使我们深深体会到: 各学科、专业间的交流协作、取长补短,是当年青蒿素研发成功的最重要因素。 参考文献 1. 生物物理所纪实组‘青蒿素分子和立体结构测定的历史回顾’(2017) 2. 青蒿素协作组 ‘一种新型的倍半萜内酯—青蒿素’ 科学通报 (1977)22:142 3. 青蒿素协作组 ‘抗虐新药青蒿素的研究’ 药学通报( 1979) 14(2):49-53 4. 刘静明、倪慕云、樊菊芬、屠呦呦、吴照华、吴毓林、周为善‘青篙素的结构和反应’化学学报(1979)79:129-143 5. 生物物理所青蒿素组 ‘青蒿素的晶体结构及其绝对构型’( 1979)中国科学 11:1114-1128 [英文版发表于 Sci Sin 1980年3月刊] 6. Richard.Ernst (1991) Nobel Lecture: Nuclear Magnetic Resonance Fourier Transform Spectroscopy 7. Kurt . Wüthrich(2002)Nobel Lecture: NMR Studies of Structure and Function of Biological Macromolecules 8.华庆新 ‘ 蛋白质分子的溶液三维结构测定—多维核磁共振方法 ’( 1995)湖南师范大学出版社 9. 王丹红 ‘ 青蒿素结构测定经过’ ( 2008)科学时报12月2日。2011年9月14日科学网转载 http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2011/9/213826.shtm 附记: 说到梁晓天教授,想起一次北京药物所梁先生的学术报告。一般人作学术报告都是讲自己如何成功,他却别开生面专讲自己研究中曾经的五六次错误,逐一说明如何发现错误,自我纠错,设计并改进实验,得到正确结果。报告最后他还语重心长地告诫说:一些搞波谱的人可以是:“要什么有什么,不要什么没什么!”他进一步解释说,波谱都有噪声信号,如果没有客观标准,随意抬高域值,真峰可被认为是噪声伪峰;而人为降低域值,伪峰可以被认为是真峰!研究人员切勿随心所欲地改变这域值门槛!他的报告自我纠错,求真求实,谦虚谨慎,谆谆教悔,令人难忘! Dec 26,2016
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ssNMR
richor 2018-3-22 23:22
solid state NMR : 相比于 磁共振弥散加权成像( DWI )(见 http://blog.sina.com.cn/s/blog_45408fa40102x4e1.html ), solid state 中的信号降低不是因为 diffusion ,而是因为不对称的相互作用。 考虑在一个小区域内,不同相互作用强度导致 spin 的去相位速度不同。 这需要非常近距离的不对称相互作用,才会出现回波信号降低。 这里不得不提一个有意思的现象,就是 magic angle spinning (魔角旋转)。 说的是,将样品旋转 θ=54.7 °(魔角)后,可以使原本较宽的峰谱线大大窄化。这里的 θ 满足: 3cos 2 θ-1=0 。 1958 年,英国的 University College of North Wales (后改名为 Bangor University )的 E.R. Andrew, A. Bradbury, and R.G. Eades 首先发现了魔角旋转现象。 其中 E.R. Andrew 师承 Edward Purcell 。 2001 年去世的悼文: https://physicstoday.scitation.org/doi/10.1063/1.1485598
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2018年4月20-23日广州代写组学应用及核磁共振技术 培训班
liyongjun304 2018-2-5 14:11
代谢组学是继基因组学和蛋白质组学之后新近发展起来的一门学科,作为组学家族最年轻的成员,代谢组学发展非常迅速,已经应用和渗透到疾病诊断、医药研制开发、营养食品科学、毒理学、环境学,植物学等多个生物医学领域。相比其他组学,代谢组学提供了一种更加直接的生理状态检测分析方式,有着巨大的应用价值和潜力。由于生物代谢物组成非常复杂,对检测实验技术和数据分析技术都是很大的考验。为了满足广大研究人员的需求,举办 “生物信息学最新技术”暨“代谢组学实验技术与数据分析”高级 培训 班 。 培训内容: 一、代谢组学简介 1 代谢组学概述 2 代谢组学研究的基本流程 a)非靶向GC-MS代谢组学技术 b)非靶向GC-MS代谢组学技术 c)非靶向GC-MS代谢组学技术 3 代谢组学研究方法建立和优化 4 基于质谱的代谢组学应用 5 LC-MS在代谢组学中的应用及数据分析 6 GC-MS在代谢组学中的应用及数据分析 7 GC-MS和LC-MS代谢组学研究中代谢物的结构鉴定 8 代谢组临床样本采集及预处理 9 代谢组常用软件演示 二、代谢组学应用 1 代谢组学在代谢性疾病研究中的应用 2 代谢组学在植物研究中的应用 3 代谢组学在恶性肿瘤研究中的应用 三、核磁共振技术应用及数据处理 1 核磁共振原理及核磁仪器介绍 2 常规核磁共振实验及操作技巧 3 基于核磁共振的代谢物解析 4 基于核磁共振的代谢组学研究策略 5 Simca和Mnova软件在数据分析中的应用 6基于核磁共振的代谢组学在疾病等研究中的应用 报名费用及办法: 每人¥ 4300 元(含报名费、培训费、资料费 等相关费用 ), 食宿 可统一安排,费用自理。请各有关部门统一组织本地区行政、企事业单位报名参加培训,各单位也可直接报名参加 。 联系方式 : 联系人:李永军 老师 联系电话: 185 1347 8760 邮箱: zky_jsjs@vip.126.com
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核磁共振小史(1)
热度 10 xinyumri 2017-12-6 03:23
医学院改革教学,新增了一门小班讨论课,每周两小时,讨论一个与生物医学有关的诺奖工作,我被抓差去讲 2003 年的医学奖。头一回给生物背景的学生讲 MRI 我有些犯难,一番纠结后决定略过技术细节,重点讲历史和应用。 备课时在网上搜了搜,发现了一组很不错的课件,历史部分尤其好,帅哥辈出的感觉。于是做了几个截屏放在朋友圈里分享,引来朋友们七嘴八舌的评论,令人莞尔。美女们说:“颜值控的我终于明白为什么这么喜欢这个领域了!”帅哥们则说:“表情包亮了!”我定神再看,真是超级棒的一组表情包啊!比如想撸起袖子干的时候,就用 Stern 那个。论文被拒的时候,可以考虑用 Lauterbur 的话来一番自我安慰。 细想了一下,觉得历史还可以再往前推一推,于是按着这个课件的思路重新做了两张。 首先登场的是物理学家。 核磁共振的物理教材,往往会从 Zeeman 劈裂开始讲起。这一现象是以荷兰物理学家 Pieter Zeeman 冠名的。准确地说, Zeeman 发现了电子在磁场的作用下能级发生劈裂这一现象。而后续的工作则表明,不光是电子,自旋非零的原子核,在磁场里能级也会劈裂。 Zeeman 劈裂构成了核磁共振的物理基础, Zeeman 也因为这一发现成为 1902 年诺贝尔物理学奖得主,这也是史上第二个诺贝尔奖。第一个给了发现 X 射线的伦琴,基于 X 射线的 CT 成像技术则获得了 1979 年的医学奖。如今, CT 已是所有放射科的必备。 接下来是德国物理学家 Otto Stern ,为了证明原子角动量的量子化,他和 Walter Gerlach 一起做了那个著名的 Stern-Gerlach 实验,发明了用穿过磁场的分子束来研究原子磁矩的方法,并由此发现了质子的核磁矩。 Stern 的这项工作既有研究手段方面的创新,也有重大的科学发现。如今用于临床的核磁共振成像, 95% 以上的检查都是在探测水分子中的质子发出的信号。 Stern 的诺奖可谓名至实归。 再下来便是美国的 Isido Issac Rabi 了。拉比年轻时美国的物理学尚很落后,年轻人纷纷跑去欧洲求学进修。拉比博士毕业后一度在 Otto Stern 的实验室做博士后研究,他把 Stern-Gerlach 实验所用的非均匀磁场改进为均匀磁场,不仅提高了测量精度,也为以后的共振实验奠下了基础。后来拉比经海森堡推荐任教于哥伦比亚大学,在那里创建了自己的分子束研究室,并最终发明了核磁共振的方法。拉比晚年罹患癌症时曾做过一个 MRI 的检查,他看着成像仪反光的壁面里的自己心想:“这家伙居然是我的研究的产物!”拉比一生可圈可点的事迹太多了,他在我眼里是一位既富有理想主义激情,又接上了十足地气的实验物理学家伙,能于纷纭的尘世、动荡的时局中保持学者的良知和责任感,不改初衷。感兴趣的朋友可以去读我以前写他的文章(见: 睿智且坚定——读拉比 , 美国的海龟们 )。 如果说拉比的工作为核物理研究提供了崭新的实验手段的话, Felix Bloch 和 Edward Mills Purcell 的工作则为核磁共振开拓出了广阔的应用前景。他们的工作使得核磁共振的应用不再局限于分子束,而是可以广泛地使用于液体与固体中。核磁共振如今在凝聚态物理、分析化学、结构生物学和生物医学这些领域中均大显身手, Bloch 和 Purcell 工作的重要性由此可见一斑。作为海森堡的开门弟子, Bloch 在核磁共振理论方面也颇多建树。做核磁共振的人若是不知道 Bloch 方程,就和搞力学的人不知道牛顿定律一样会让人贻笑大方。和拉比一样, Bloch 和 Purcell 也是杰出的领导者和社会活动家。 Bloch 是 CERN 的第一任主任,为 CERN 的创建立下了汗马功劳。 Purcell 则担任了三届总统(艾森豪威尔、肯尼迪、约翰逊)的科学顾问,他在约翰和伊凡狂 PK 的年代写下的《电磁学》一书,也是经典中的经典。 (未完待续)
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硅核磁共振(29Si NMR)的经典书籍《Oxygen-17 and Silicon-29》
热度 1 zxciccas 2017-3-28 11:21
按语:核磁共振,英文简写为NMR。NMR出现后,有人曾经调侃说,NMR的意思是No More Research,即“无需再做研究”。这个调侃的意味深长。 在NMR出现之前,对于化学物质的分析,主要还是一些诸如红外光谱,元素分析,化学分析等传统分析手段。核磁共振的出现,彻底改变了人们对于物质结构分析的思路,加快了化学的进步。 许多大学、研究机构以及具有研发实力的公司,都配备有先进的核磁共振设备。 对于有机硅工作者而言,只有氢核磁共振谱通常是不能解决有机硅结构问题的。而深入地学习核磁共振技术,对于一般的工程技术人员又不太切合实际需求。 在此,推荐一本年代较为久远的书籍,作为有机硅工作者学习硅核磁共振分析的参考书。这本书中不但有基础知识,也有实际应用,甚至对于大量有机硅化合物的化学位移都有详尽的编辑分类,可以说是一本不可多得的参考书。 这本书一直作为中科院化学所有机硅实验工作者的案头参考书,每年新近实验室的同学及工作人员都会来复印一本。 为了促进有机硅核磁共振技术的普及与发展,现提供该书的电子版,仅限于学术交流,请勿用于商业用途。本文作者对于这本书的电子版关于有机硅的部分加了详细的书签,便于参考和查阅。 https://pan.baidu.com/s/1jIQbmaa 提取码请见页面底部。 图书作者:Kintzinger, Jean-Pierre,Marsmann, H. 出版社:Springer-Verlag Berlin Heidelberg 出版日期:1981 链接地址:https://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-642-87762-9 书籍页数:235 ISBN码:978-3-642-87764-3 对表格的说明 化学位移的值是以四甲基硅烷的化学位移0ppm作参照。在附录中给出了以其它物质作为参照物时的转换常数。数据按以下方式进行排列: 1)四烃基硅烷,其通式为(R为任意烃基,且其硅原子β位上无双键) a) Me3SiR b) Me2SiR2 c) MeSiR3 2) 四烃基硅烷,在其硅原子的某一个基团(R')β位上至少有一个双键 a)R3SiR' b)R2SiR'2 c)RSiR'3 d)SiR'4 3)硅氧烷(X是除甲基以外的任何基团) a)X3SiO b)Me3SiO c)X2SiO d) Me2Si(O-)2 e)XSi(O-)3 f)MeSi(O-)3 g)单或聚硅酸衍生物 4)氟硅化合物 a)单氟化物 X3SiF b)双氟化物 X2SiF2 c)三氟化物 XSiF3; SiF4, SiF6(2-) 5)氯硅化合物(X可以是任意基团) a)单氯硅烷 X3SiCl b)二氯硅烷 X2SiCl2 c)三氯硅烷 XSiCl3, SiCl4 6)溴硅烷 7)碘硅烷 8)氢硅烷(X可以是任意基团) a)单氢硅烷 X3SiH b)双氢硅烷 X2SiH2 c)三氢硅烷 XSiH3, SiH4 9)聚硅烷 a)二硅烷 X3SiSiX3 b)线性硅烷 X3Si(SiX2)SiX3 c)异四硅烷 (X3Si)3SiX d)五硅烷 (X3Si)4Si 10)硅氮化合物 a)X3SiN b)Me3SiN c)X2Si(N)2 d)Me2Si(N)2 e)MeSi(N)3, Si(N)4 f)在硅原子β位上至少有一个双键的硅氮化合物 11)硅-过渡金属化合物 12)硅原子至少与一个除H,C,卤素,N或Si以外的主族元素相连的化合物 13)硅原子的配位数为5的化合物 14)硅原子的配位数为6的化合物 所有数据均按上述规则,不考虑其它基团。例如SiClBrI2,同时归类为氯硅烷,溴硅烷,以及碘硅烷。 当化合物中有多个硅原子时,对于指定化学位移对应的硅原子以星号标记和对应。 为了表示清楚,在线性分子式中有时加空格。 密码: yfqi
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扫描大脑就能预测孩子是否自闭症?
hongkuan15 2017-2-18 08:59
自闭症(Autism或Autistic disorder)又称孤独症,是一种有生物基础的发育障碍类疾病,包括一系列复杂的神经发育障碍。 可参考: 关注自闭症,关注肠道微生物 自闭症的 患病人数在逐年增加 ,据统计,美国儿童中每68人中就有一人,并且男性是女性的四到五倍。来自不同国家的统计表明,自闭症在总人口的 患病比例可达2%甚至更高 。 据世卫组织统计,中国大陆的自闭症儿童数量约为60-180万人,有学者则认为实际数量可能达到260-800万人。 自闭症是环境因素,生物和遗传因素等共同作用引起的。 自闭症的病因并不清楚,可能是遗传和环境因素共同导致的。 如病毒感染、免疫异常、营养缺乏、重金属、出生时父母年龄、父母疾病等。现在,越来越多的研究显示,肠道微生物与自闭症关系密切。兄弟姐妹中有自闭症患者的婴儿患自闭症的概率非常高。自闭症的发病时间通常是三岁以内,关键时期是出生之前、期间或出生后不久。有的患者在6—24月就表现出孤独症症状。但针对自闭症并没有确定的治疗方式,最好是通过早发现,早干预的方式来预防。自闭症儿童在一两岁后就开始出现眼神交流困难等自闭症症状。在出现症状前,其实儿童的大脑已经发生了变化,比如大脑体积更大。大脑的变化甚至可能孩子在子宫里时就已经出现了。等到出现症状,实际上已经有点晚了。 发表在2月17日《Nature》 上的一项研究可能让人们能够 通过扫描儿童大脑来预测自闭症的发生。 来自北卡莱罗纳大学教堂山分校的精神病学家Piven和心理学家Hazlett通过对家庭中有自闭症患者的婴儿进行大脑扫描,借助目前比较火热的基于深度学习的人工智能分析算法,有望在儿童表现出相关症状之前便提前数月预测这些高风险婴儿以后是否会患自闭症。 自闭症婴儿的大脑皮层生长速度更快 Piven与Hazlett的团队从318名家族性高风险(家族中哥哥姐姐中有被诊断为自闭症)的婴儿中选择了106名“高风险”婴儿和对应的42名低风险婴儿,然后在他们6个月、12个月和24个月的时侯用核磁共振成像(MRI)扫描他们的大脑。 在这些“高风险”婴儿中有15名在24个月时被诊断为自闭症。同时,大脑MRI扫描显示,在12-24个月之间,这些婴儿的大脑体积要比那些未诊断出自闭症的儿童更快更大,生长速度更快。他们还发现,在出现自闭症症状之前, 6-12个月时大脑就已经发生了变化,那些后来被诊断为自闭症的婴儿的大脑皮层生长速度更快。 下图显示了生长速度更快的脑区。 图显示: 6到12个月高风险自闭症孩子 大脑皮层区域面积显著扩大 大脑区域的变化是否可预测婴儿自闭症? Piven和Hazlett的团队采用了一种深度学习算法来不断的分析6-12个月的高风险婴儿MRI扫描结果。最终找到了40个特征脑区,然后再建立模型,进行优化,最终该模型能预测婴儿将在2岁时出现自闭症的检出率达81%(30/37),敏感性达到88%,而假阳性仅为3% (4/142)。 图示:深度学习观察到的40个主要大脑区域功能包括:左额上回、中央后回、顶叶脑回等。 何时可以应用于临床? 目前的研究只是初步发现,还需要对更多高风险婴儿进行后续研究来验证这些研究成果。该团队已申请NIH基金继续深入研究。表面 看起来,预测准确率还是相当高!但其实 只是对高风险婴儿预测准确性高,因为这些高风险孩子本身患病风险就很高,对普通的婴儿的预测准确性还不得而知 ,因此,其临床应用到目前为止是非常有限的。 未来的方向? 以往研究发现,自闭症患者的肠道菌群和大脑神经发育存在异常。如果能够在出现自闭症症状前能够从上述两方面发现任何“蛛丝马迹”,能够提早预测,就有可能及早采取措施防止悲剧的发生。 参考文献: 1,Shen M D, Nordahl C W, Young G S, et al. Early brain enlargement and elevated extra-axial fluid in infants who develop autism spectrum disorder . Brain, 2013, 136(9):2825. 2,Early brain development in infants at high risk for autism spectrum disorder.Nature, 542:318,2017.doi:10.1038/nature21369 3,http://www.nature.com/news/brain-scans-spot-early-signs-of-autism-in-high-risk-babies-1.21484 小贴士: 1,为了提高自闭症患者生存质量,减少患者和家人负担的目的,应该积极主动进行治疗,并且越早进行治疗和干预越好。 2,自闭症的发病可能在胎儿时期,甚至母亲怀孕时已经开始了,应该做到及早预防,在怀孕期间或怀孕之前,尽早咨询相关医生或专家。 3,要 特别注意母亲怀孕前和怀孕期间的营养状况和代谢情况。 4,孩子出生之后,也应密切注意孩子异常的啼哭,手捂肚子、拱起背部等行为,注意观察孩子的粪便、腹泻、便秘、打嗝及放屁等胃肠道异常状况。 5,注意孩子的饮食,培养孩子良好的饮食习惯。 6,密切关注孕前和孕期妈妈以及孩子出生后的肠道微生物的发育情况,有条件的可以进行肠道微生物检测。 7,根据孩子的健康状况,适时选择合适的益生菌,保持肠道微生物健康状况。 肠脑健康状况与自闭症,多动症等神经发育障碍类疾病关系密切,来测测 孩子的肠脑健康状况 吧。 点击如下链接,或扫描下方二维码:https://www.wenjuan.com/s/riQfMzn/ 妈妈 也可以测测自己的肠脑健康状况哟。请来测测 妈妈的肠脑健康状况 吧。 点击如下链接,或扫描下方二维码:https://www.wenjuan.com/s/FFFRN3/
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“不务正业的奥斯卡影帝”:引人入胜的科普佳作,只是言重了!
ericmapes 2017-2-8 22:02
“不务正业的奥斯卡影帝,竟去研究大脑发论文,引无数学霸折腰”:引人入胜的科普佳作,只是言重了! 有意思的科普,初级相关性观测,谈不上因果分析,也无法考虑大脑长期可塑性变化问题,这样突发奇想作为第三作者贡献正常,科学重在实验设计实施,如此这般提出问题,我国工农大众也能做得到,甚至智慧者做得好。 刘邦、朱元璋与朱棣三皇帝,大老粗比其他皇帝干得好多了。聪明、智慧、能干与当教授、研究员没有关系,只有系列重要发现或知识产权才配当教授、研究员。我见过小学学历讲述新疆沙漠旅游体会,内容绝不亚于80-90年代中国科学B辑发表地学论文构思与讨论,如搞科研一定比很多在职教授、研究员强得多。奥斯卡影帝研究大脑发论文引学霸折腰属于风趣幽默的谈吐,不必介意! 本博文结论“在某一天,不幸的被迫害者被军队拖到核磁共振室,以确定他们真正的政治隶属。只要被送入舱内,你的秘密便无处可藏”属于科学幻想,实际不存在差得远着呢! 附上: 不务正业的奥斯卡影帝,竟去研究大脑发论文,引无数学霸折腰 张磊 http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=spaceuid=2966991do=blogid=1031961 已有3461次阅读 2017-2-621:37 | 系统分类: 人物纪事 你选择的 真的是你选择的吗 ... 要让全世界女人神魂颠倒,也未必需要那么英俊 科林·费 斯 虽“没那么英俊”,但是只要他一出场,无论是少女还是大妈都会尖叫 被称为“脸叔”的他,却完全不靠脸吃饭 越老越有味道,越老也越有才华 《王牌特工》中的绅士特工(此处有尖叫) 从1995年《傲慢与偏见》中饰演风度翩翩的达西先生 到2011年凭着《国王的演讲》捧回所有演员都梦寐以求的奥斯卡小金人 2015年再摇身一变优雅的绅士特工出演《王牌特工》 他精湛的演技大家有目共睹,但是 他只是长得帅戏演得好这么简单吗? 除了演员之外,他还有另外的两个身份是 摇滚乐手 和 随笔作家 可能你会说,唱歌和写作听起来还是和演员一样文艺啊,没什么好奇怪的 那么大招来了,最让人震惊的是身为奥斯卡影帝的他竟在 文艺绝缘领域——生物学界 有着不俗的表现,这真的让人不得不服 年轻的科林·费斯 科林·费斯是在英国一个知识分子家庭出生 从小富有艺术细胞的他开始学习那“上不了台面”的吉他 于是从中学开始,科林就组建了一支名叫 “还不算太糟” 的乐队,自己写歌并担任主唱 那时的他和所有摇滚爱好者一样,穿缀满亮片的外衣,穿黑色长筒靴,甚至还留着一头放荡不羁长发 约翰·列侬也是科林最崇拜的偶像 才20出头科林·费斯就一头载入了演艺圈 然而这个叛逆的少年早期的演艺生涯却不太顺 因为在鲜肉扎堆的英国,科林确实很难挤进一线 这个“掉在人堆里面没人认得出来”的他,一直到 35岁 接拍了《傲慢与偏见》才一炮而红 《傲慢与偏见》中的达西先生 那时候几乎女性都为之疯狂,简直可以称得上 “一见达西误终生” 因为《傲慢与偏见》而红起来的他,在被问起谁是你生命中最重要的女人时 他的回答是:“我的母亲和妻子,当然还有 简·奥斯汀 (《傲慢与偏见》的作者)” 在之后的演艺生涯中,当腻了 “英国琼瑶剧男一号” 的科林·费斯都在努力的撕掉身上的标签,尝试不同的角色 他演过同性恋教授、生活腐朽的明星、痴情的画家、病态的艺术家等 直到2011年,那个已经50岁的“结巴的国王”才凭他激动人心的演讲获得了奥斯卡最佳男主角 《国王的演讲》 当所有人都在为这位“迟到的国王”感叹时,他又马不停蹄地完成了人生另外一个壮举 也就是在他获得影帝宝座的同年,他竟以第三作者的名义在 顶级生物学术期刊《Cell》 的子刊《CurrentBiology》上发表了一篇 影响因子高达10.9 的论文 影响因子:国际上通用的期刊评价指标,它不仅是一种测度期刊有用性和显示度的指标,而且也是测度期刊的学术水平,乃至论文质量的重要指标。 顶级生物学术期刊《Cell》的子刊《CurrentBiology》封面 这篇题目为 《年轻人的政治倾向与大脑结构有关》 的论文看起来有点玄 难道一个人的政治派别真的能通过分析大脑结构来甄别吗 而好好演戏的科林·费斯又是如何与生物学扯上关系的 红色圈出的是科林·费斯的名字 科林提出这个课题不是在实验室,而是在一档名为“今天”的BBC节目录制现场 那集节目请来了两位重量级政界嘉宾 其中一位是 坚定的自由派 ,另一位则是 忠实的保守分子 他们在节目现场进行了非常热烈的政治辩论 当时担任该节目临时编辑的科林突发奇想,请来了一位名为杰兰特·里斯的神经生物学家 他们用核磁共振仪扫描了这两位嘉宾的大脑结构,果然发现有很大区别 身在演艺圈的科林虽对政治不太感冒 但这次节目让他萌生了想要窥探更多大脑的想法 更想验证这些不同派别的政客头脑究竟有什么不一样 于是科林再次找到伦敦大学的里斯教授,并打算自掏腰包进行一场严格的实验 凭着科林的名气,很快就召集到了90名平均年龄为23.5岁的年轻志愿者 团队首先对他们的脑部进行了核磁共振扫描 随后这些学生被要求为自己的政治倾向打分,1~5分分别为极端自由派、自由派、中间派、保守派、极端保守派 再通过三维形态学影像分析这些打分数据与大脑灰质体积之间的关系 上图:前扣带皮层体积与政治倾向关系下图:杏仁核体积与政治倾向关系 研究人员很快发现 在宣称自己是 自由派的志愿者的大脑中,ACC(前扣带皮层)中灰质体积明显增多 而宣称自己是 保守派的志愿者的大脑中杏仁核灰质体积明显更大 在大脑中前扣带皮层有对不确定性、冲突、错误等容忍程度的调节作用 换句话来说, 这个区域越大越活跃,你就越不害怕未知性 ,因为前扣带皮层会帮你高效地控制冲突出现时的负面情绪 如果一个人的大脑前扣带皮层较大,那他对那些不能预测的事情将不那么恐慌,这也解析了为什么自由派会更喜欢挑战 其实早在2007年,纽约大学的一组心理学家就已经做过一个关于自由派和保守派在神经活动上差别的实验 他们发现人在意识到自己犯错时,大脑的ACC中便会出现一个负波,也称 错误相关负波 从实验结果可以看出保守倾向的人发出的错误相关负波更小 也就是说保守派对错误更加不敏感,因此在处事方式上表现得更加固执和保守 这个实验也是影帝科林那篇论文的假设来源之一 上图显示了自由倾向的人有比保守倾向的人更大的错误相关负波 而对于保守派更大的杏仁核又是如何解释呢 在大脑中杏仁核是与情绪相关的脑区域,和面对恐惧情境时的敏感度有直接的关联 杏仁核越活跃体积越大,对情绪、恐惧和威胁情境的敏感度也会越高 就好像在2012年,英国剑桥大学的研究人员对22名有严重品行问题的叛逆少女的大脑进行了扫描,发现这些 问题少女的杏仁核都普遍偏小 因为杏仁核偏大,使得保守派处理威胁和恐怖情境在生理上更加吃力 所以为了避免发生更多不能预测的威胁, 保守派选择了“稳定”而不是“改变” 回观 特朗普 就职演讲上大谈的“保护主义”和现在把美国闹得鸡犬不宁的“穆斯林禁令” 是不是因为他的杏仁核特别小的原因呢 尽管这个实验并没有强大到可以证明脑内结构对政治倾向起决定作用 但从某个层面来说,它的确揭示了人脑与政治态度之间存在着一种较强的联系 也就是说, 政治倾向这种比较复杂的高级社会认知不仅与教育、生活环境相关,还可能与他与生俱来的生理结构有一定联系 对此科林的团队还对此实验进行了 反向的研究 ,发现从一个人的脑部结构就可以推断出他的政治态度,而且 准确率竟然高达71.6% 那么问题来了,政治态度真的是天生的吗 这个问题非常复杂,不好回答 因为人的 大脑是具有可塑性的 ,我们每一次活动大脑就会稍有改变,即使程度极其微小 现在研究出来的成果和观察到的现象都只是一种对应关系,还不能证明两者具有因果关系 但是由科林发起的这场关于大脑和政治关系的研究将为大家打开一扇新的大门 众多影帝的这一个研究更是让潜心搞科研的科研人员表示情何以堪 不过这也不稀奇,因为科林的父亲本来温切斯特大学的一名教师,母亲同样是一所开放式大学的教授 但科林却表示,做这项研究不过是自己的一时兴起而已,自己可不敢和科学家们“抢饭碗” 从科林的研究开始 说不定以后在现实中真的还能看到 乔治·奥威尔 小说中让人不寒而栗的情景 在某一天,不幸的被迫害者被军队拖到核磁共振室,以确定他们真正的政治隶属 只要被送入舱内,你的秘密便无处可藏 _ ____________ 内容为【SME】公众号原创,欢迎转载
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井下极端环境对NMR技术提出的新挑战
热度 2 sciencepress 2016-10-9 09:08
核磁共振(nuclear magnetic resonance,NMR) 自1945 年诞生开始,即成为十分重要的分析测试方法和科学研究工具,在化学、物理学、生物学、医学、材料科学、农林科学、环境科学、食品科学、地球科学等领域已经得到广泛应用。NMR信息的独特性和丰富性,对这些学科领域发现新现象、探索新规律起到了至关重要的作用。在化学领域,NMR是解析分子结构的有力工具;在医学领域,NMR是疾病诊断成像的重要手段;在材料、农林及食品领域,NMR是微观结构及相应机理机制无损检测的有效方法;在地学领域,NMR是地层孔隙结构描述与流体识别及定量评价的独有途径。已经至少有六位科学家因为对NMR技术的突破而获得诺贝尔奖。 ▲ NMR领域六位诺贝尔奖得主 各种各样的NMR仪器 NMR是一门交叉学科的发展受到“科学逻辑” 和“应用需求” 的双轮驱动。 科学逻辑上,新概念新理论不断突破,并通过新仪器的设计实现完成验证,产生新的科学仪器,解决应用领域更多的问题;应用需求上,新问题新环境不断出现,通过新仪器的研发制作使之满足,产生新的科学仪器,推动科学领域更深的研究。 科学仪器创新是NMR技术发展的标志和载体,NMR波谱、弛豫及成像等技术,均以探头、谱仪、脉冲序列和数据分析方法的不断进步为基本特征。经过近70 年的不懈努力,形成了各种各样的NMR仪器。 ▲ 核磁波谱仪器(左),向高场、高分辨率方向不断突破核磁成像仪器(右),向快速、高分辨率、组合化方向快速发展 ▲ 核磁弛豫仪器,向便携、单边、在线、个性化、掌上化方向发展并创新应用于农学-林学-食品-文物-建材-地磁场-水资源-油井-血管-管道流体检测 ▲ Jasper Jackson 设计的“Inside-out” 方案为井下NMR提供了可能 (a) Jackson 于1980 年左右采用极性相向的两个磁体试图在径向产生均匀磁场; (b) Miller 和Taizer 于1985 年改进Jackson 设计,在径向产生梯度磁场; (c) 把设计精巧的磁体和天线放到数千米深的井筒中对其外围地层进行探测,采用丰富的脉冲序列,实现各种信息的采集和处理,已经得到广泛应用 ▲ Jackson 方案在医学中也具有良好的应用前景 井下极端环境NMR科学仪器 油气是一种流体矿藏,深埋地下岩层孔隙中,看不见,摸不着。 井筒地球物理探测,俗称“测井”,它把设计精巧的声、电、核辐射、NMR等探测器和相应电子装置放到井下进行测量,获取地下油气信息,回答“哪儿有油气,有多少,有多少能够开采出来” 等基本和关键问题,具有经济性、便捷性、实时性、可重复性等特点,其应用贯穿于井筒的整个生命周期,从而也覆盖油气田的整个生命周期。 俗话说“上天难入地更难”。把精密的探测器及其电子系统放置在数千米深的井下,需要面对高温高压、体积受限、运动测量、低信噪比等极端环境产生的一系列特殊困难。所以,测井是技术密集、难度极高的行业。我国在这一领域,长期落后于西方发达国家,尤其受到美国垄断。 油气井NMR探测是要把医学NMR的原理和方法,通过仪器的巧妙创新,在井下极端环境实现NMR信息的观测和应用,从而更好地解决复杂油气储层评价的根本问题。地层中的油气水,具有不同的NMR特性,利用这种差异,便可以对油气水进行识别与评价。由于NMR对流体灵敏,而且能够提供孔隙结构和流体特性等重要信息,在复杂油气藏和非常规油气藏勘探开发中具有独特和无法替代的价值,受到广泛重视。 井下极端环境的NMR探测,在与实验室可控环境完全不同的状态下实现,为NMR理论和仪器研制提出了特殊的科学问题,也为NMR科学与技术发展提供了新的机遇和挑战。这些特殊科学问题的解决,将对NMR技术本身形成驱动和反馈,从而丰富和发展NMR探测理论。其中,利用NMR技术在陆上及海洋地层深处井筒环境下进行地层岩石孔隙结构与流体赋存状态的原位探测,是极端环境最典型的代表,几乎面对NMR科学仪器的全部难题。这种极端环境和对NMR仪器的独特要求,以及特殊的探测对象所提出的理论与工程问题,把NMR探测技术推向了新的高度。 本文所说的极端环境: 探头和谱仪的体积严格受限;仪器处于运动状态(纵向移动、径向振动、周向旋转,存在其中的一种或者多种运动);低场、低信号强度、低信噪比;可能面临高温(175℃)、高压(140MPa);要求单边测量,且观测对象十分复杂。 ▲ 极端环境NMR科学仪器组成示意图 极端条件NMR科学仪器,首先要求探头和谱仪硬件足够紧凑,静磁场和射频场足够强大,能够深入到探测目标内部建立NMR条件;其次,要能够检测到来自敏感区域的微弱信号,能够在复杂运动条件下完成NMR快速测量,能够充分利用多维NMR技术,通过降噪和反演处理,识别或评价复杂样品的多种特性与特征。 井下极端环境NMR科学仪器是一个具有高度综合性和复杂性的仪器系统,面临NMR理论与脉冲序列、磁体与天线的材料及结构参数、谱仪电子线路、降噪理论与方法、数据反演处理与分析、资料解释与应用等多方面的挑战。 目前世界上只有少数几家著名石油服务公司具有井下极端环境NMR仪器的研发和制造能力。这些仪器的技术细节受到知识产权的高度保护,常常是公司的最高商业机密,很少有文字资料可以参考。笔者在国际上公开的专利资料和所在团队长期“理论探索积累”、“仪器设计制作”、“引进、吸收、集成、原创” 的基础上撰写而成 《 井下极端环境核磁共振科学仪器 》 一书 , 系统介绍了各种各样的核磁共振仪器 , 引出井下极端环境核磁共振科学仪器的基本问题及其研究历史和技术现状 , 提出总体设计思想和关键技术问题解决方案 。 在此基础上 , 围绕 “ 探头 ” 、 “ 谱仪电子线路 ” 、 “ 软件 ” 、 “ 降噪 ” 四个核心技术内容展开详细而深入的讨论 , 每个部分都包括理论基础、设计思想、详细方案、研制过程、测试验证以及优化提升等各个关键环节 , 试图通过发展共性技术 , 提升 NMR 科学仪器水平 , 推动我国 NMR 相关领域原始创新 。 本文由刘四旦摘编自 肖立志 著 《井下极端环境核磁共振科学仪器》 一书“绪论”,有删减改动,标题为编者所加。 井下极端环境核磁共振科学仪器 (中国石油大学(北京) 学术专著系列) ISBN978-7-03-047148-2 肖立志著 北京: 科学出版社,2015.2 一起阅读科学! 科学出版社│微信ID:sciencepress-cspm 专业品质 学术价值 原创好读 科学品味 点击文中 书名、作者、封面 可购买本书
个人分类: 科学书摘|5746 次阅读|3 个评论
我国反潜研发需要加强
热度 1 yangxintie1 2016-8-11 06:36
潜艇是现代海军装备中隐蔽性最强的装备体系,二战后,潜艇的发展十分迅速,除了常规动力潜艇外,还出现了下潜深、长期潜航、隐蔽袭击,并载有导弹武器的核动力潜艇。核潜艇的出现使潜艇由战术武器成为有毁灭性作用的战略武器。 由于电磁波在水中衰减的速率非常的高,无法作为侦测的讯号来源,因此,以声响讯号探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。然而,随着减声降噪技术的发展,声纳探测遇到新的挑战,而且由于复杂的海洋环境,声纳探测的灵敏度受到一定的限制。而微磁梯度测量定位可以准确地推算出磁体与探头之间的相对位置,获得磁体在不同的位置下准确的磁场信息,被广泛地应用于军事设施上可以定位侵入防护区域的磁性目标(坦克,潜水艇,导弹等)的探测。同时也适用于布置的光缆位置的定位和测量因此,开展水下目标磁探测研究,根据水下大型目标磁场的远场分布特征,建立目标磁场分布的探测模型,对水下大型目标进行远程探测,迅速准确地判断出目标物的类型,并定向与定位,已成为在现代海战中取得决胜的关键性因素。 高精度航磁共振探测系统在军事探测方面尚无其他技术可以与之匹敌,在陆、海、空军以及航天部队均有它的用武之地。譬如,机载系统可探测敌方地下、水下的工事掩体和指挥系统,特别是弹道导弹的发射井等,舰载系统可进行海底航道规避与敌方潜艇的搜索,卫星装载系统可以对敌方国土与海域的地下和水下目标进行大面积与大范围的侦察搜索等等。 目前我国东海、南海军事斗争形势严峻,未来高科技信息化战争的核心是制海(空、天、地)权的争夺,在制海权中关键技术之一是对海反潜探测。传统的反潜探测(声、光、电)技术及手段因受其自身技术的局限,很难从根本上解决水下静止或运动目标的探测。 西方军事强国利用探测目标的磁性及其与周围环境的磁性差异,解析和描述所探测的目标体的特征,从而达到搜索、发现、测量、跟踪的目的。西方军事强国对我国进行对海反潜探测技术的严密封锁。 随着我国经济持续发展,大国地位的确定,国家海洋权益捍卫和保护引起国与国之间争端日益激烈,研究开发我国独立自主的对海反潜探测设备,已成为海军武器装备发展的重中之重,引起国家有关领导高度重视。 潜艇是现代海军装备中隐蔽性最强的装备体系,二战后,潜艇的发展十分迅速,除了常规动力潜艇外,还出现了下潜深、长期潜航、隐蔽袭击,并载有导弹武器的核动力潜艇。核潜艇的出现使潜艇由战术武器成为有毁灭性作用的战略武器。 由于电磁波在水中衰减的速率非常的高,无法作为侦测的讯号来源,因此,以声响讯号探测水面下的人造物体成为运用最广泛的手段。然而,随着减声降噪技术的发展,声纳探测遇到新的挑战,而且由于复杂的海洋环境,声纳探测的灵敏度受到一定的限制。而微磁梯度测量定位可以准确地推算出磁体与探头之间的相对位置,获得磁体在不同的位置下准确的磁场信息,被广泛地应用于军事设施上可以定位侵入防护区域的磁性目标(坦克,潜水艇,导弹等)的探测。同时也适用于布置的光缆位置的定位和测量因此,开展水下目标磁探测研究,根据水下大型目标磁场的远场分布特征,建立目标磁场分布的探测模型,对水下大型目标进行远程探测,迅速准确地判断出目标物的类型,并定向与定位,已成为在现代海战中取得决胜的关键性因素。 高精度航磁共振探测系统在军事探测方面尚无其他技术可以与之匹敌,在陆、海、空军以及航天部队均有它的用武之地。譬如,机载系统可探测敌方地下、水下的工事掩体和指挥系统,特别是弹道导弹的发射井等,舰载系统可进行海底航道规避与敌方潜艇的搜索,卫星装载系统可以对敌方国土与海域的地下和水下目标进行大面积与大范围的侦察搜索等等。 目前我国东海、南海军事斗争形势严峻,未来高科技信息化战争的核心是制海(空、天、地)权的争夺,在制海权中关键技术之一是对海反潜探测。传统的反潜探测(声、光、电)技术及手段因受其自身技术的局限,很难从根本上解决水下静止或运动目标的探测。 西方军事强国利用探测目标的磁性及其与周围环境的磁性差异,解析和描述所探测的目标体的特征,从而达到搜索、发现、测量、跟踪的目的。西方军事强国对我国进行对海反潜探测技术的严密封锁。 随着我国经济持续发展,大国地位的确定,国家海洋权益捍卫和保护引起国与国之间争端日益激烈,研究开发我国独立自主的对海反潜探测设备,已成为海军武器装备发展的重中之重,引起国家有关领导高度重视。 高精度航磁梯度探测系统是建立在物质原子“核磁共振”的理论基础上并且遂步改进,不断发展演变而成。 这是目前最有效的探潜手段。 a 、基本原理 磁法的基本特征: 地磁场是一个向量,设为 T ,则磁场表达式可写成 T=To+ △ T a 其 T= 实测地磁场总量向量, To= 当地正常场向量 它们的模量关系式为: T=To . COS b + △ T a . COS a 。其中 T , To ,△ T a 分别为矢量 T 。 To ,△ Ta 的模。 由于△ T 与 T 比甚小,故 COS b =I ,而 cos a ≠ 1 ,令△ T aCos Q= △ T 则模量关系式为 T= To+ △ T 常规磁法就是从实测的 T 值中扣去 To 值提取局部异常值△ T 类 似研究解释辞源体的形状和产状。 磁法依据的是物体的磁性差异,地震法依据的是物体的 弹 性差异,这是两个独立的物性参数。它们在显示地质体上各有表现特点,两者之间具有相辅相成的作用。 磁场在空间的穿透性是磁法最基本的特性.现代测磁精度可以探知地下数千米处的地质构造情况。继续提高测磁精度可进一步加深磁法的探测深度,揭示更多磁源体情况。 物体之间普遍存在磁性差异和磁场结构具有多参数性,这是磁法解释地质现象具有丰富能力的物性依据。基岩,盖层,岩浆的浸入喷出,褶皱和断裂,蚀变和矿化以及热力作用,热水作用等等,它们在空间上形成了一个结构复杂的磁场。通过测定这个磁场的方向,强度,三个正交方向的梯度等场参数,可以对空间中的磁源体加以辨别,并可以对它的几何形状作出定量解释。目前磁法勘探对磁场参数尚未充分利用。 继续提高测磁精度,开展地磁场的多参数测量,除可以增加探测深度和显示能力外,更可克服异常解释的多解性,提高解释的可靠性和准确性。 b 、微磁梯度探潜原理及大型地下、水下介质引起磁场畸变的特点 潜艇作为水下隐蔽性极高的海洋武器之一,已成为现代战争中对世界各国军舰队和水上船只极具威胁的突袭手段。对水下大型目标准确而快速地识别、定位是海战中取得优势地位的关键。 磁探测是搜索水下磁性物体最有效的手段之一。凡是由铁磁性材料制成人造目标体,如潜艇、沉船、水雷等,其感应磁场叠加在海洋磁背景场之上,会导致海洋磁背景场明显畸变,会改变所在位置周围间的地磁场分布,从而产生磁场异常信号( Magnetic Anomaly Signatures ),通过测试和处理磁异信号,可以得到反映磁性目标的探测信息。 由于潜艇是在地磁场中进行制造的,受到地磁场的作用,加上材料内部应力的反复变化、温度的升降变迁以及局部磁场的影响都会引起铁磁磁化,这些都归结为艇的永久磁性 . 由于潜艇结构 的复杂性和外形曲面的不规则性 , 现代消磁站在技术上并不能完全消去其永久磁性 , 特别是纵向永久磁性与垂向永久磁性还无法分离 , 在原理上就存在缺陷 . 因此 , 潜艇的永久磁性仍然残留 , 而且还会随着消磁处理后时间的流逝而增大 . 潜艇服役后仍在地磁场的作用之下 , 其各部分铁磁材料中又会引起主要是可逆的磁化过程 , 从而产生潜艇的感应磁性 . 目前的常规潜艇 , 由于受其内部空间及耗能的限制 , 大多不装消磁系统 , 因而感应磁性毫无消除 . 潜艇感应磁性与永久磁性会合成一个磁场 , 引起其周围地磁场的异常 , 如左图所示:方,由于铁磁物体的感磁效应,一定区域内的地磁场磁力线将向铁磁物体聚拢,并且通过铁磁物体后重新散开,回到正常状态,如图所示。当用一个磁强计从南向北测量时,磁测曲线将会出现南面偏高、北面偏低的现象,在峰值和谷值的中点对应的就是铁磁物体的位置。通过磁异常曲线的长度,可以判断铁磁物体的尺寸。 这种磁异信号就被利用来探测潜艇的存在与否和其位置坐标,形象的说,潜艇的磁场就会像小的指南针一样显示出来,随着距离越近,显示的强度越高。在进行探测时时, 可以将目标等效为磁偶极子,进行判别 . 然而潜艇等目标的磁场相比地球海洋环境磁场是十分微小的,在探测距离 400 米以外的情况下,地球海洋环境磁场比潜艇磁场几乎高一千倍,必须减去环境磁场的影响,潜艇磁场才能够显示出来。 比如在南京,地磁场的磁力线由南向北与水平面夹约 46 °的角度入射,如图所示,即地磁倾角大约为 46 °。 地球磁场跟地球引力场一样 , 也是一个变化矢量场 , 它是由基本磁场与变化磁场两部分组成的。基本磁场来源于地球内部 , 他的变化至今只摸索到了一些长期变化的规律。 而变化磁场则与电离层的变化和太阳活动等有关。对变化磁场的研究是日地物理研究中的热门课题。磁测卫星、地面台站等观测手段所观测到的地磁场的变化包括了上至太阳活动、星际空间、磁层、电离层活动 , 下至地壳构造、地震活动、地球深部导电特征 , 乃至地核变化的各种丰富的信息。这些都和地磁海磁密切相关,但是至今特别是短期变化的预报还做不出来,正在摸索之中。 国外(美国、加拿大等)的发展现状 国外在原子磁力仪方面的研究工作十分活跃,不过还主要停留在实验室阶段.美国普林斯顿大学物理系的 M . V . Romalis 教授等制造了完全利用光学方法测量磁场的磁力仪,其灵敏度达到 0.54 fT / Hz 1/2 1fT=10 -15 T) 。经过改进后还可提高到 10 -2 ~ 10 -3 f T / Hz 1/2 量级,空间分辨率可达到毫米量级.在弱磁场中工作时,这种磁力仪的灵敏度甚至可能达到 10 -18 T(1aT=10 -18 T , a T ,阿特 ) 数量级。 从历史上说,“核磁共振”探测技术始于二次世界大战,当时美国海军出资在 Stanford 大学开展研究,并成功地应用于潜艇探测(北京大学虞福春院士,当时在 Stanford 大学承担该研究项目的主要工作),二战后美国利用该技术成功探测珍珠港被日本炸沉的军舰和船舶;九十年代初美国在海湾战争中利用该技术成功探测伊拉克的地下武器。同时此技术也向民用方向发展,开始应用于石油等矿藏的探测。 海底磁性小目标的探测。现行海洋磁力仪产品主要有加拿大 Marine Magnetics 公司生产的 SeaSPY ,加拿大 GEM System 公司生产的 GSM - 19M 、美国 GEOMET R ICS 公司生产的 G882 等 目前,随着原子磁力仪技术的高速发展,探测灵敏度由早期磁力仪的 10nT 逐步提高到了 pT 量级 (1pT=10 -9 nT=10 -12 T) ,甚至在弱磁环境下某些磁力仪能够提供更高灵敏度,趋近 aT(1aT=10 -18 T) 量级 ,这就为探测距离更远、更微弱的目标信号提供了可能,同时也提高了磁补偿精度的要求。 海洋磁力仪灵敏度已经达到很高水平,即使很细微的磁场变化都有清晰的反应。普通的海洋质子旋进式磁力仪可以达到 0.1nT 灵敏度,新型的光泵式磁力仪可以达到 0.001nT 灵敏度,下一代的超导磁力仪可以达到 0.00001nT 灵敏度 。超导量子干涉磁力仪 ( SQUID )是近 20 年迅速发展起来的一种磁力传感 4 水下大型目标的磁探测研究器,是目前为止测量磁场灵敏度最高的仪器,其灵敏度高达 10-5 ~ 10-6nT 。磁力勘探方法技术在过去几十年中取得了巨大的进步,但都是和总场标量测量相关的,测量的是地球磁场的模量,受地球磁场方向影响,得到的异常图不方便解释,尤其在低磁纬度地区;当有多个靠得很近的场源体时,标量测量对场源的分辨率不高,难以区分。 目前国外各国研究的磁力梯度张量系统多是以 SQUID 磁力仪为基础开发的。例如,在 94 年国际应用超导会议上透露,美国海军水面武器中心海岸系统站的超导反潜平台装备了有三个磁强计和五个梯度计组成的液氦磁异常探测系统。该系统能得到远距离磁偶极系统的完整特性,如位置和种类等,用以对潜艇、水雷等系统定位与识别,用于海岸警戒和防卫。另外最新的研究成果还有德国的 LTS-SQUID 航空全张量磁力梯度测量系统、澳大利亚的 GETMAG 磁力梯度张量测量系统和美国的 HTS-SQUID 航空全张量磁力梯度测量系统,这些国家在 SQUID 应用于磁探测方面的研究都处于世界领先地位 - 。对外部磁干扰和噪声的抑制能力很大程度上限制了机载磁力仪的实际探测能力 ,如果不能提供性能更好的补偿算法,即使理论上设备能测到更微弱的信号,但数据处理后依然得不到目标信息,因此整体的探测能力瓶颈在于对采集到的数据进行后处理的部分。 全世界面临的技术问题:飞机上的铁磁性物体如一些仪表和发动机等,具有永久磁性,一些软磁性物体(飞机起落架,钢架等)在地磁场中会感应磁化,这些都会对磁探头产生干扰磁场,另外,由于飞机壳是由铝皮制成的,它们在飞机飞行时,会因切割地磁场的的磁力线而产生涡流,从而产生干扰磁场。这些总称为飞机的磁干扰。它们对总磁场测量和梯度测量都是较严重的干扰,多年来人们为消除(即补偿)这类干扰,曾投入了较大研究力量,特别是梯度测量要求精度更高,从而对磁干扰补偿的要求也更高。 过去的补偿方法分为被动式和主动式两种: 被动式已沿用多年,过去我国航磁测量也是采用被动式的,它利用安装在磁力仪探头与飞机之间三个互相垂直的线圈来补偿飞机生产的恒磁干扰,另外,用坡莫合金片补偿感应干扰场。但后者要飞机在启稳中做各种机动飞行,根据飞行记录,经过数学分析,在磁力仪探头附近贴坡莫合金片,需要反复实验,修改坡莫合金片的方向和位置,比较麻烦和费工作:量,而且这种被动式补偿方法不能满足航磁梯度测量精度要求,于是近年来发展了主动式补偿方法。 主动式补偿方法基本的做法是利用磁灵敏元件拾取地磁场信号,经放大、检波、攻防供给绕在探头上的 X 、 Y 、 Z 三组补偿线圈中的电流,次电流强度与飞机动作有关,所以各线圈产生的磁场强度是飞机动作的函数,从而达到对集中飞机磁干扰的补偿目的。这种方法也在不断发展、完善。最初作为补偿信号源的磁灵敏元件是使用单分量二阶谐波饱和式磁力仪接受地磁场的 X 或 Y 方向的分量,后来发展为使用二分量磁灵敏元件测地磁场在 X 和 Y 方向的分量,现在,加拿大已使用三轴磁灵敏元件作为补偿信号源。此外,主动式的补偿线圈也在发展之中。最初,恒磁补偿与感应磁补偿使用两套正交线圈,各三个。近年来,由于对飞机干扰磁场数学表达式的深入探讨,把两套线圈化为一套线圈,仍可对大部分恒定场及感应场和涡流场进行补偿。 加拿大低调所研制的铷蒸汽光泵磁梯度仪,则在机尾每个支架上各装一台九项补偿器 ( 为加拿大航空电子公司生产的半自动补偿器 ) 。 80 年代索诺泰克公司研制出自自动航磁数字补偿 (AADC) 技术和一些设备,并成功地通过飞行检验,这种航磁数字补偿技术可以极大地改善磁力仪和梯度仪的行测数据质量,且可省去补偿线圈。它利用纯数学方法校正磁场扰动。飞机相对于周围磁场的位置和运动由精密的三轴磁通门磁力仪监测。根据 1 8 项函数计算正值,这些函数考虑了恒定磁场、感应磁场以及涡流场的全部影响。 近期发展趋势:虽然早在 50 年代国外就有人提出航磁梯度法并进行过研究。但是,由于当时磁力仪精度不高,这一设想未能实现。直到高精度磁力仪(如质子磁力仪和光泵磁力仪)问世,测量磁场梯度才具有实用意义。 初期研制的梯度仪多为吊舱式的,如: 1965 年,美国瓦林公司制造出第一台航空垂直磁力梯度仪,用两个铷蒸汽磁力仪探头分别放在两个吊舱中,吊舱高差 1 00 英尺。 1968 年加拿大地调所利用安装在北极星飞 机 (North star) 上的铷蒸汽 磁力仪进行题度测量,一个探头装在尾刺上,另一个装在吊舱中,两探头相聚 100 英尺,飞行高度 300 米。但这种吊舱系统受气流影响大,通常只能在早晚进行测量,致使成本大为提高。而且。两探头相聚太远,虽然避免了磁补偿问题,却使梯度误差增大。因为两探头距离过大,就不能取差商为梯度值了,为解决上述问题,加拿大低调所于 1972--1974 年间研制成了“双杠系统”的梯度仪,两探头间的距离为 2. 08 米,经过多次实验与改进,使系统的机械性能和测量仪表的工作性能均达到较好水平。 1978 年加拿大低调所和先达利公司先后成功地制造出铯蒸汽磁力仪探头,据报道,铯磁力仪的灵敏度能达 0. 005nt (后来经加方和中方共同测试,实际灵敏度低于 0.01nT )。用铯蒸汽磁力仪装成的梯度仪,精度大为改善。据报道,梯度灵敏度能达 0. 005nt7m( 由于铯蒸汽磁力仪的精度报道与实测有误,所以,这个精度也值得怀疑 ) 。美国 80 年代具代表性的梯度仪有: (1) 乔美特利公司的 G-814G 型航磁梯度仪,是用 3-4 个质子旋进磁探头制成的,可根据需要组成横向、纵向水平梯度和垂直梯度测量。该仪器磁总场动态分辨率达到 0. 1nt ,静态为 0.01nt ,梯度精度为 0. 015nt/mo (2) 乔泰克公司 80 年代用欧弗豪赛尔质子磁力仪制成直升飞机垂直梯度仪系统 (Grad---l)o 两探头间距离为 3 米,是悬吊式的,探头的灵敏度达到 0. Olnt ,梯度精度为 0.025nt7m .当前国外几种典型梯度仪的性能指标可以归结为下表: 类型 实例 磁力仪探头 采样率 梯度仪 信噪比 灵敏度 重复率 灵敏度 排列方式 质子旋进式 G-813G 0.01nt 0.1 nt 0.33 次/秒 2 次/秒 ﹤6.3次/秒 0.014 nt/m 0.022 nt/m 横向 纵向 150 :1 欧弗豪赛尔式 GRAD-1 0.1 nt 0.01 nt 10 次/秒 10 次/秒 0.025nt/m 3 米垂直间距 铯光泵 SCintrex 0.003nt 10 次/秒 10 次/秒 0.005 nt/m 2.08 米 30db 垂直铯梯度仪 0.003nt 直间距 当前国外主要微磁测量产品灵敏度比较 光泵磁力仪(核子旋进磁力仪) 钾铷铯 He4 0.1Pt/Hz1/2 产品灵敏度 超导磁力仪 约瑟夫效应为基础 1fT/Hz1/2 产品灵敏度 原子磁力仪,全光学磁力仪 极化原子磁场进动 0.54fT/Hz1/2 实验室灵敏度 美国海军部门对微磁探测十分重视,公布的课题中就有“研究开发一个可以在活动平台上测量磁场低于 1f T 水平的磁力仪新技术,并提出美国海军的需求是在探寻具有磁性特征的目标同时.提高探测几率,增大投射距离 ( 大于 9000 feet ,约合 2743m) ;根据一份美国海军学院的文献记载.目前军用飞机探测潜水艇的距离 ( 斜距 ) 约为 500m , ( 另有资料记载,探测距离为 1200m) .为了达到上述要求,必须在运动是主要噪声源的情况下,探测 1 f T 的磁异常. 国外(美、加拿大等)已有较先进的航磁梯度探测设备,但与多探头的仍有距离。而且由于航空磁测也是国防需用的重要手段。高精度航空磁测系统,美国对中国是禁运的。以后也难保别的先进国家对我们不禁运。研制高精度多探头航空磁测系统对于打破国外发达国家的技术领域垄断,发展我国自主知识产权的高端技术产品具有重要意义。 所以为了满足现代国防和经济建设的需要就必须积极研制全球的、或感兴趣区域的地磁模型和地磁图。美、英、俄、日各国都非常重视,美、英和前苏联除了定期年更新绘制世界地磁图并建立全球地磁场模型外 , 还定期一年更换本国的地磁图和地磁模型。美国从十年前的 P3C 飞机到现在的 P-8A 在我国南海不间断的窜扰窥探巡航,目的就是测绘我国海疆的海磁图,以便更快的对我国潜艇进行定位探测。为了保护海疆,我国飞行员王海献出了自己的生命。我国从世纪初至今 , 也一直在开展建立海磁图的工作。同时在滤除海磁信号和载体本身信号干扰方面,也取得了长足的进展。 l 航磁梯度高精度测量 航磁梯度测量与航磁总场强度测量不同,它要两个以上探头作同时测 量才能获得该测点的梯度值。如果同机作三个方向的梯度的测量,则 至少要三个探头才能实现。 磁场梯度的测定 设上下两探头相距△ Z 米,左右探头相距△ L 米,前后两次测量 Ti 一 1 , Ti 相隔△ X 米,则三个方向的梯度值可近似地表达为 垂直梯度 Gz : Gz- ( T 上一 T 下)/△ Z 纵向水平梯度 Gx : Gx= (Ti-Ti-l) /△ X 横向水平梯度 Gy: Gy= ( T 西 -T 东)/△ L 显然,两探头越近,梯度值的分辨率越高。但是,由于差值太小, 要求测磁精度更高。例如早年的测磁精度不够高,垂直梯度测量需用 直升机吊舱的办法,探头分别下垂到 100 英尺和 200 英尺处来测取差 值。现在由于测磁精度的提高,已可用硬支架安装在固定翼飞机上来 进行测定了。 “高精度多探头航磁梯度测量”与“航磁测量”相比,主要优点有: 1) 增加了磁场梯度参数,可以探测到更多的地质信息; 2) 梯度曲线提供的一批场的特征点对解释磁源体的形状,产状,分界面等都大大提高了定量精度; 3) 梯度测量有深度滤波作用,可以分离深源体和浅源体, 提高了对深源体的定量解释精度; 4) 梯度测量分辨率较高,对地质构造划分得更细,从而有利于区分控矿构造和非控矿构造; 5) 梯度矢量方向性强,可实时指示目标体相对飞机的方 向: 6) 航磁梯度测量,不受地磁场日变的影响,这从根本上改善了航磁测量原始数据的质量; 2 、航磁梯度反潜系统的组成 n 系统的测磁原理 系统的核心仪器是氦光泵测磁仪,它是利用氦原子中轨道电子的自旋磁共振频率大小与外磁场强度成正比的原理来测外磁场的。除超导测磁仪外,这种测磁原理的仪器,是当前测磁精度最高的一种仪器。且可测绝对磁场。 n 系统的组成 这套系统包括以下几部分: 氦光泵磁场梯度测量仪,含总磁场测量: 三分量磁通门磁力仪 卫星定位导航仪(GPS)
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上帝之眼
IPBCS 2015-10-10 16:52
上帝之眼 作者:王炜 在一美元的背面印着 一颗被三角形及万丈光芒所环绕的眼睛,西方称之为上帝之眼的,也称谓全知之眼 , 其可看到最细微的东西,代表着上帝监视人类的法眼。上帝之眼真的存在吗? 在自然科学中确实存在着“上帝之眼”,其可观察到最细微东西——原子。这些“上帝之眼”包含:电子显微镜(Electron Microscope,EM),核磁共振(Nuclear magnetic resonance spectroscopy,NMR),X射线衍射法(X-ray diffraction,XRD)。这三者之间共同点就是可以看到生物大分子的结构形态。但是每种方法又各自不同。 电子显微镜又有许多类型 。在生物学领域中常用的电镜技术是冷冻电镜(cryoelectron microscopy)。电子显微镜成像技术出现于上个世纪50年代,而冷冻电子显微镜技术则在上世纪80年代趋于成熟。它使用电子束代替了传统显微镜的光线,用电磁场代替了光学透镜的 凸透镜 。它的研究对象非常广泛,可以从亚细胞器结构到大分子量蛋白质。最近发表的电镜研究,已经可以使生物大分子的分辨率达到3-4埃。X射线衍射分析技术从上个世纪50-60年代发展起来后,其利用了 X 射线 与晶体相遇时能发生 衍射现象 ,确定晶体中个原子的空间位置。对生物大分子的研究做出了重大贡献。目前仍然是结构生物学领域的主要技术。核磁共振技术也是于上个世纪50-60年代发展起来的技术,该技术的最大特点是,可以看到生物分子在液体环境中的自然形态。 上述三种技术在生物大分子结构研究领域中起到相辅相成的作用。也是人类的“上帝之眼”在观察微观领域的不同视野。X射线衍射分析技术可以观察到原子键的相互影响。在计算机辅助下、可以合理、理性设计干扰蛋白质结构的药物。同时也可以对自然界中的蛋白质进行人为改造,增强其自然生物活性。但是其也有应用的局限性。X射线衍射分析技术观察的是蛋白质晶体中的结构信息。而自然条件下,蛋白质是在液体环境中起生物活性作用的。其受到液体中的水分子与其他离子的影响,结构是在不断发生轻微变化。这种变化的观察则需要借助核磁共振技术。另一方面,当生物大分子的分子量较大,难以获得晶体时,冷冻电子 显微镜技术则可以获得很好的形态结构数据。但其目前还无法获得生物大分子内部化学键的数据信息。 通过“上帝之眼”人类已经可以观察到各种事物的微观世界,加深了对物质世界的认识。对生物世界的认识过程,我们完成了是什么、为什么的过程。但是下一步的怎么样的过程还未实现。例如,基于我们对生物大分子的认识,设计出一种全新的、自然中不存在的、满足我们需求的蛋白质。这是一个观察后的动作,我们可以暂且称之为“上帝之手”。世间的各种生物大分子的产生都是由自然界的选择进化这个“上帝之手”所创造。那么,我们人类的“上帝之手”又会是什么技术呢?筛选实验或是数学模拟计算?
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NMR三刊比较:Ref.与期刊因子负相关
zhpd55 2015-6-2 16:20
NMR 三刊比较: Ref. 与期刊因子负相关 诸平 前面就参考文献数与期刊因子的相关性问题,已经有几篇博文介绍了。今天再来看看同类期刊期刊,选择了核磁共振类期刊3种,进行比较,发现参考文献数与期刊因子之间并非呈现出正相关性,即不一定参考文献数越多,对期刊因子的贡献就大。下面是3中期刊的比较,2012年情况与2013年类似。 Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy 单独分析 1999~2013年之间的统计结果表明,参考文献数与期刊因子之间不仅相关性差,而且呈现出负相关趋势。详见下图所示。
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也说中医
热度 4 avein 2015-5-10 05:46
很多人对中医持否定态度,觉得中医完全没用,应该抵制甚至像铲除封建余毒一样将其连根拔除。实际上, 中医并不是没有用,只是中医吧,得靠行医者经验去做,拼的是经验积累,医术高低结果天壤之别,不像西医那样定量,那样容易掌握,按图索骥就可以了。中医是一代代人经验的积累总结。由于中国没有形成科学分析,行医者也是知其然,不知其所以然。如果用现代化学成分分析,中医草药能治病实际上是里面那些相应成分在起作用,各味药相生相克祛病机理也都是草药里面那些各种成分相互一起作用祛病。而针灸按摩等则是通过刺激特定身体部位激起人体本身系统比如免疫系统等应急来祛病。用现代核磁共振成像、红外成像等已经证明了穴位刺激人体的反应。 中医与西医区别涉及到中国文化思想与西方文化思想差别,中国喜欢把所有的都统一起来用经验总结出一套抽象的学问,这也与中国历史一样,大多数时间都是中央集权,统一了起来的。而西方人则喜欢把什么都拆分细化来分析探讨,做成分分析,这也就是现代科学。当然西方历史大多也都处于分离状态(西方的历史来源于欧洲,欧洲处于长期分离状态)。 用草药、特定部位刺激等来治病,占了中医治疗的几乎全部。但这并不是中医所特有,比如在西方、阿拉伯等,在现代生物医学、化学分析等还没发展起来时,西方也采取这一套来治病,但西方没把这个总结并附着上理论形成体系,最后慢慢被生物化学等分析科学所取代。中国则把这一套形成了一个体系发展下去了。中医的缺点理论抽象、实践经验重要,掌握难度大。它也有优点,比如大多采用纯天然植物动物等,人作为自然进化的产物,对其适应性好,副反应较小。多数都是通过激发/调节人体自身免疫系统来间接战胜疾病,对人体伤害较小。但这也是其弱点:过程缓慢,风险增加,不可控增加,需要经验丰富的良医来把持度。 个人觉得不能因为中医没有形成分析科学就一味否定中医,认为中医没有价值。实际西医没法治疗的疾病反而在中医中找到解决办法的例子也不少。我们应该应用现代西医的生物化学分析成像等技术来研究中医,挖掘我们传承下来的经验宝库。比如某病西医现在没解决,中医有相关成功解决例子,我们可以用西医手段对该治疗成功进行分析,找出成功所在,去除那些实际不起作用的多余(比如草药中具体成分是哪些在起作用),找出最有效有价值的东西并进行优化改进。 西医也不是万能,细化分析总难免遗漏有些有益的点,或难全面,而这些也许或多或少能在靠经验积累起来 中医里面到补足。个人觉得最好的方式是中西医结合相互启发相互学习,将各自优点结合起来, 最终为人类服务。
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我国计量工作面临新需求
热度 1 kejidaobao 2015-1-16 11:07
·卷首语 Foreword· 张钟华,江苏苏州人,计量专家,中国工程院院士。现任中国计量科学研究院首席研究员等职。曾用交叉电容法建立国家电容标准,用低温核磁共振法建立国家强磁场标准、用量子化霍尔效应建立国家电阻标准等,均为国际最好同类标准之一,其中国家电阻标准不确定度达到10 -10量级,为世界第一。 当前,我国的经济发展模式正在从大量消耗资源、劳力密集的粗放阶段向高新技术为先导的创新阶段转变。中共十八大提出了创新驱动发展战略,要在2020年左右把我国转变成创新型国家。创新型工作的特点是需要大量的科学数据。计量工作的主要作用正是保证各种各样科学仪器的准确性以及所获得的数据的可靠性。因此,在具有重大历史意义的转型阶段,计量工作正在越来越明显地凸现其重要作用。 我国自古有重视计量工作的优良传统。秦始皇统一六国后,在全国范围内统一了度量衡,促进了农业和商业的发展。王莽时代的遗物,现保存在台北故宫博物院的“新莽嘉量”是一件古代度量衡器具中的瑰宝。它集度、量、衡3种国家标准于一身,还兼有二进制和十进制两类标准量,其科学性令每一位当代参观者惊叹不已。清代太和殿门口的台阶上,放置着容量和时间的计量标准“嘉量”和“日晷”, 也充分说明对计量工作的重视。 新中国成立以来,党和国家认识到计量工作对我国的科技和经济发展是一项重要的基础工作,涉及国家的核心竞争力,于1955年在国务院直属机构中设立了“国家计量局”, 统一管理全国的计量工作,并建立了一套从中央到地方的计量机构,负责全国计量量值的一致和统一。前国家科学技术委员会主任聂荣臻提出“科技要发展,计量须先行”, 并于1965年成立了“中国计量科学研究院”, 逐步建立独立自主的国家计量基准、标准系统,使得我国的计量科技逐步接近国际先进水平。改革开放以来,党和国家对计量工作更为重视。1985年,我国第1部“计量法”公布,使计量工作走上了法制化的道路。为了适应我国经济的转型和建设创新型国家的需求,国务院于2013年3月2 日发布了“计量发展规划(2013—2020年”, 指出20世纪第2个十年,是我国全面建成小康社会、加快推进社会主义现代化建设的关键时期,是深化改革开放、加快转变经济发展方式的攻坚时期。计量发展面临新的机遇和挑战;世界范围内的计量技术革命将对各领域的测量精度产生深远影响。 这里特别指出的世界范围内的计量技术革命,主要是指20世纪下半叶以来,国际单位制的基本单位逐步用量子计量基准复现,以代替原来用实物计量基准复现的做法。计量是可以溯源到标准量的测量,各种计量标准量最终要溯源到计量单位制的基本单位。目前广泛应用的国际单位制SI有7个基本单位:时间单位秒(s)、长度单位米(m)、质量单位千克(kg)、电流单位安培(A)、温度单位开尔文(K)、光度单位坎德拉(c)和物质量单位摩尔(mol)。20世纪上半叶以前,基本单位的量值由实物计量基准复现和保存。实物基准一般是根据经典物理学的原理,用某种特别稳定的实物来实现。例如,一根保存在巴黎国际计量局(BIPM)的X型截面的铂铱合金尺上的两条刻线之间的距离被定义为长度单位米(m),一个保存在巴黎国际计量局的铂铱合金圆柱的质量被定义为质量单位千克(kg),等等。但是,这样的实物基准一旦制成后,总会有一些不易控制的物理、化学过程使其特性发生缓慢的变化,因而它们所保存的量值也会有所改变。此外,最高等级的实物计量基准全世界一般只有1个或1套,一旦发生意外被损坏,就无法完全一模一样地复制出来,原来连续保存的单位量值也就会因此而被中断。 上述问题已经使传统的计量体系日益不能适应实际需要。近几十年来量子物理学的成就为解决以上问题提供了全新的途径。2005 年10月,国际计量委员会(CIPM)召开会议,准备在用基本物理常数定义计量单位方面迈出新的步伐。会议决定,原则上准备用普朗克常数h重新定义质量单位千克(kg),用基本电荷e重新定义电流单位安培(A),用波尔兹曼常数k重新定义温度单位开尔文(K);同时还考虑用阿佛加德罗常数N重新定义物质量单位。CIPM希望各国国立计量研究所进行准确的基本物理常数测量,并考察实物基准的稳定性,以备实施新的基本单位定义的需要。2018年召开的国际计量大会,将有可能对此作出正式的决议。届时国际单位制的稳定性、精确性和可靠性将大大提高,从而可在更长的时间内更好地为我们服务。 但实现这样的目标也非易事。特别是要在2018年用普朗克常数h重新定义质量单位千克(kg)有一些困难。英国计量院(NPL)在 1975年,美国计量院(NIST)于1980年就启动该项研究。后来,国际计量局、瑞士、法国、韩国、新西兰等均开展了相应课题。至今历时近 40年,离开预定的目标仍有一些距离。所以,英国的 Nature 杂志上的一篇文章把“重新定义千克单位”列为当前人类面临的五大实验难题之一(Nicola Junes. Five experiments as hard as finding the Higgs . Nature, vol.481,14-17)。 面对这样的新形势,中国亦应加大努力,跟上国际计量科学的新步伐。2006年,中国计量科学研究院提出了一种“焦尔天平法”, 可用普朗克常数复现千克单位的量值。与各国所用的“瓦特天平法”相比,避免了难度很大的动态测量。最近,国际计量局主编的《计量学》( Metrlogia )杂志专门出版了一期讨论此问题的专刊,题目为“瓦特与焦尔天平法”, 已把国际上通行的方法与我国的方法并列。列出的测量数据只有加、美、中3国的结果,可见国际上对中国的方法相当重视。中国课题组的成员正在积极努力,争取到2018年为解决这一难题作出自己的贡献。 (中国计量科学研究院,北京100013)
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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。
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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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中国核磁共振
Renfuquan1984 2012-8-1 17:12
1.中国科学院深圳先进技术研究院 Paul C.Lauterbur 生物医学成像研究中心 MRI成像开放实验室 梁栋副教授 2. 中国科学院武汉物理与数学研究所 武汉中科开物技术有限公司 3. 秦皇岛市三级甲等医院: 秦皇岛市 第一医院 , 秦皇岛市妇幼保健院 , 秦皇岛市中医医院 \ 秦皇岛市第三医院 (非甲三) , 秦皇岛港口医院-磁共振室 4.婴儿磁共振机广州制造 http://baobao.sohu.com/20120705/n347333308.shtml 奥泰医疗系统有限责任公司、通用电气医疗系统(中国)有限公司、西门子(中国)有限公司和飞利浦(中国)投资有限公司等企业荣膺“2010中国最具投标实力医用磁共振品牌供应商二十强”的称号。 医疗器械是政府采购项目中有重要地位的货物类产品。近年来国务院、卫生部先后出台下发了《关于进一步加强医疗器械集中采购管理的通知》、《医疗器械监督管理条例(修订草案)》等文件强化管理。医疗器械行业密切关系着公共卫生体系和城市社区、农村基层医疗卫生建设,具有极高的社会价值,其行业发展不仅有利于拉动经济增长,更可利国利民。我国医疗器械行业目前正处于蓬勃发展期,新医改政策的发布以及由此带来的大规模建设投资,为中国医疗器械业的发展带来巨大的市场机遇。但从医疗器械行业来看,目前存在着高新技术不足,投资分散、规模小、品牌缺失、市场竞争无序等特征;从医疗器械政府集中招标采购角度来说,也不乏低价恶性竞争、以次充好、诚信缺失、质检不力、体制体系不健全等问题。 为服务好政府采购,协助招标采购单位快速准确联系到优质供应商,免除前期大量的调研、筛选、资格审查等工作,节约时间成本,切实提高项目质量;同时也为引导医疗设备行业健康、有序的竞争和发展,中国名企排行网联合中国采购与招标网对医疗设备行业的招标采购供应商进行了认真、科学、严谨的评价,这将有助于树立医疗设备行业的标杆,为行业规范发展起到积极促进作用。 据中国名企排行网行业评估师和采购业主的意见,品牌和质量以及安装和售后服务的情况是企业成功中标的重要影响因素,当前行业发展趋势下,政府采购对设备的安全性、稳定性和技术领先性等方面较为关注。我们期待更多的企业能够象上榜企业一样,关注技术研发和标准化,提高医疗设备产品的质量和服务,提升企业的综合实力,积极参与招标采购并且能够成功中标,为繁荣医疗设备行业的发展,服务好用户,促进国家医疗事业发展等方面起到积极的引领示范作用。 排名 公司名称 销售额 总资产 利润 三项综合得分 注册资金 经营年限 年上缴税金 三项综合得分 加减分 公示得票 两项综合得分 评价 总得分 1 通用电气医疗系统(中国)有限公司 549 234 299 1082 2 北京万东医疗装备股份有限公司 492 280 300 1072 3 日立医疗器械(北京)有限公司 558 225.64 272 1055.64 4 西门子(中国)有限公司 510 240 288 1038 5 东芝医疗系统(中国)有限公司 507 218 293 1018 6 奥泰医疗系统有限责任公司 547.5 277 192 1016.5 7 飞利浦(中国)投资有限公司 517.5 195 297 1009.5 8 宁波鑫高益有限公司 556.5 143.9 279 979.4 9 沈阳东软医疗系统有限公司 571.5 204 187 962.5 10 深圳贝斯达科技有限公司 546 219 194 959 11 北京大恒医疗设备有限公司 571.5 196 191 958.5 12 沈阳东大阿尔派数字医疗系统有限公司 520.5 203 233 956.5 13 上海爱申科技发展股份有限公司 525 193 230 948 14 新奥博为技术有限公司 496.5 255 195 946.5 15 嘉恒医疗科技有限公司 538.5 192.4 198 928.9 16 上海卡勒幅磁共振技术有限公司 523.5 186 184 893.5 17 北京格瑞朗博科技发展有限公司 562.5 117 181 860.5 18 保定天威宝峰医疗器械有限公司 498 168 178 844 19 青岛麦乐林科技有限公司 477 181 185 843 20 江西百信医疗设备有限公司 502.5 ;153 186 841.5
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死亡,触手可及
热度 60 cosismine 2012-7-29 20:20
当我平躺在手推车上,视野里只有天花板那么一小片地方,而那一块地方,毫无色彩,以此为参照,似乎你一直就没有动过。周围也变得静寂,从病房到电梯,平时几步就走过去的路程,似乎也走了很久。 我突然意识到,我到底是不是癌其实已经确定了,这一刀切下去,答案就完全公开了,而之前所做的种种推想,科学的,或者不科学学的,科学的,比方穿刺,比方钼靶,比方核磁共振;不科学的,比方从医生的神态,语气等等进行的判断,那种从网上所查找的病例,朋友们为安慰我而说的种种虚惊,甚至那种神秘的预感等等等等,而我从这些林林总总中所推测的好的结论,都会在此面前不堪一击,近一个月来的种种挣扎都毫无意义,就如同面对一个无可避免的失败,想起我们曾经为了挽回这个结局曾经所做过的种种徒劳的挣扎,我们会感到多么的痛心,无望和无助......而我基于良好的愿望基础上所做的种种假设,在事实面前,又是如此无力!想到此,一滴清泪从眼角溢出,流过太阳穴,滴到了手推车上,接着,有一滴......医生俯下身来,轻声问一句,紧张了?一会麻药一打,你就像睡着一样,醒来手术就做好了。 我其实不紧张,我只是做好了准备,准备接受一直被我掩盖着的事实。那天是6月5日,我最后一天可以不把自己作为癌症病人,尽管当时我是,或许已经是了很久了。无论如何,此刻,在心理上,我还在癌的这边,和大多数人一样,可以尽享平常的好处,可以抗争,可以奋斗,可以无所顾忌,而做了手术,我可能就到那一边了,Cancer has a way of issuing patients a sudden ticket to the world of otherness。 手术室没有腾出来,我被推到墙角,有几个医护人员在哪儿谈笑风生,所有有关病情的种种,似乎丝毫没有影响到他们的情绪;另一个手推车被推到我身边,手推车上的是个男人,和我并行着躺着,有点同床共枕的感觉,问他什么问题,他说他打呼,大概是晚上想和爱人睡在一起,又不至于影响爱人睡眠的贴心丈夫。而我那种生死攸关的感觉,在这个空间里格格不入,我应该也只是在此一游的过客,所等待着的,不是那个决定生死的手术,而是看个风景,解个风情。然后,走向新的彼岸...... 当我被推到手术室,推我进来的人告诉里面的人说,病人有点紧张,一群小姑娘便叽叽喳喳地把我从手推车上扶到麻醉台上,脱我的衣服,吩咐我伸开手臂,一个很和善的小姑娘把一个塑料罩子放到我鼻子上,说让我数一二三,数到十,如果想睡觉就睡。我很听话地数着,没有到十,我就失去知觉了。 等我醒来,一个人告诉我手术已经做完,其间发生的种种事情,我毫无感觉,这段时间,我把生命的支配权让渡给了大夫。按照医生先前的告知,我知道其间有好几根管子从我的嘴里插到心肺等处,以便于维持我最基本的生命体征。而这些我都一无所知,脑子里唯一的概念是:我是否是癌症?等医生把我折腾到病床上,我命令老公看看我的腋窝有伤口没有? 老公说有纱布包着,看不到。他不敢扯开看,可能有伤口,否则干嘛要包纱布。而我还在挣扎着要那么一个希望,希望那里没有伤口,这样,当我手术刀口愈合,我就可以回家,重新开始生活了。第二天,医生撤了氧气瓶之类的,把我的护理也从一级护理改为二级,我以为这可能是医生们给的信号,起码证明我的病情不是很重,就大着胆子问那个和他谈手术问题的医生:我不是癌吧? “是癌,是浸润癌,都已经不是原位癌了。” 这些天为了证明我不是癌而恶补的有关肿瘤学知识,恰好让我知道,癌在我的身体里已经完成了它的整个演变过程,正准备蚕食我的生命呢。那天无意间从乳房下面那么一抹,手指就触摸到一个肿块,而这个肿块,竟然就是那个能把我小命要走的癌!那天是5月10日,晚上,有点热,坐在电脑跟前,我把衣服解开了,手下意识地从下往上滑过,感觉乳房下面有点硬,当时便有点不详的预感,而终于,预感成真,而这,也太让人不可思议了:死亡,就这么触手可及么?
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[转载]核磁共振成像清晰显示太阳热量传输过程
crossludo 2012-7-11 11:28
核磁共振成像清晰显示太阳热量传输过程 太阳黑子和磁场产生的现存解释受到挑战 据物理学家组织网7月9日报道,一个联合科研团队创建了有关太阳内部等离子体运动的核磁共振成像(MRI),清晰地显示了太阳如何将内部深处的热量传输至表面。相关研究报告发表在近期出版的美国《国家科学院学报》上, 其颠覆了我们对太阳热量如何向外传送的固有理解,并向有关太阳黑子和磁场产生的现存解释发起了挑战。 太阳的内部结构 这一研究由美国纽约大学、普林斯顿大学、德国马克斯·普朗克研究所以及美国国家航空航天局(NASA)共同进行。科学家表示, 太阳的热量由核心的核聚变产生 ,通过外部三分之一区域的对流进行传送。然而我们对于这一过程的理解很大程度上十分理论化:太阳并非透明,因此对流不能被直接观察到,因而我们依赖于所知的液体流动相关理论,并将这一理论应用于太阳。 通过显影来理解对流对了解一系列现象极其重要,其中包括太阳黑子的形成,它的温度比太阳表面其他部分的温度要低;也包括太阳磁场,其由太阳内部的等离子体运动所创建。 为给太阳等离子体流拍摄MRI,研究人员检查了由NASA太阳动力学天文台所携带的日震与磁成像仪(HMI)拍摄到的高分辨率太阳表面图像。利用1600万像素的照相机,HMI能够测量由对流引发的太阳表面运动。而一旦科学家捕获到太阳表面精确的运动波,就能计算出无法观测到的等离子体运动。 这些对流运动一般被认为能够支撑太阳外部三分之一区域的大规模 环流 ,从而产生太阳磁场。然而科研人员此次发现,与现存理论相差甚远,太阳的等离子体运动速度约比之前预计的要慢100倍。如果这些对流运动的速度确实如此之慢,那广为接受的太阳磁场产生理论将被打破,不再有强有力的理论能够解释这种磁场为何产生,而我们对于太阳内部物理现象的理解也需得到彻底修正。
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7月14日赴江阴做《不同类型膝关节感染的MRI影像学特点分析》报告
GaoXurenKnee 2012-7-3 21:36
应邀于7月13日至15日将赴江苏省江阴市参加“2012中国长江论坛——骨科学与医学发展暨江苏省第十四次骨科学术会议”(2012年江苏省骨科年会)。 将于2012年7月14日下午做学术报告《不同类型膝关节感染的MRI影像学特点分析》。 2010年江苏省第12届骨科年会在徐州开元宾馆召开。2011年江苏省第13届骨科年会在常州武进假日酒店召开。2012年江苏省第14届骨科年会将在江阴黄嘉喜来登酒店 召开 。 徐州医学院附属医院骨科 膝关节方向 高绪仁 高绪仁:每天以解决膝关节问题为乐:) 每天努力提高自己的技术和服务水平 不仅仅是解决其膝关节问题,更是给其带来希望、未来和新生! 门诊时间 : 周五上午、下午 门诊地点 : 江苏省徐州医学院附属医院门诊楼二楼 骨科诊室 徐医附院骨科门诊导医台电话: 0516---8580 2075 江苏省徐州市淮海西路 99 号
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[转载]核磁共振學的通才──1991年諾貝爾化學獎得主(转载)
bywindlw 2012-6-25 00:23
去年十月十七日在瑞士蘇黎世往日內瓦的火車上翻看報紙,得知哈佛同事柯雷(E. J. Corey)獨享1990年諾貝爾化學獎的消息,興奮無比,下了火車便立刻送了一個賀電給他。那天正好是參觀完在蘇黎世瑞士聯邦技術學院(ETHZürich)(註一)的李察.恩斯特(Richard R. Ernst)實驗室的第二天。還記得我和恩斯特在猜測誰會拿到當年的諾貝爾化學獎。我說柯雷已經等了非常多年,不知是不是因為他是黎巴嫩裔而被忽略,實在也該給他了;1982年諾貝爾生理醫學獎給了分離及合成攝護腺素的三位生物醫學家:柏格斯壯(S. Bergstrom)、山妙遜(B.I. Samuelsson)及范恩(J. R. Vane),竟然沒把在這方面也貢獻非凡,不亞於此三位的柯雷考慮進去,極為不公平,當時我還很氣憤地從康乃爾打電話給柯雷,替他抱不平。我也對恩斯特說:「你也快輪到了。」 今年元月以色列把被譽稱為諾貝爾第二的沃夫化學獎(註二)頒給了恩斯特和派恩(A. Pine)。我得知後給恩斯特拍了個賀電,但表示他應不只得沃夫獎,應得諾貝爾獎才對,總覺得有些可惜,因為有許多該拿諾貝爾獎的科學家拿了沃夫獎後,便不被瑞典皇家科學院考慮了。今年十月十六日《哈佛大學日報》的編輯,打電話給我說剛聽到消息,今年諾貝爾化學獎頒給恩斯特一個人,要征求我的意見,我聽了驚喜萬分,到底他還是得到應得的最高榮譽了。 開拓核磁共振更寬廣的世界 恩斯特出生在蘇黎世北郊溫特突的一個保守家庭,從小到大都在當地接受正規的教育。1956年在蘇黎世瑞士聯邦技術學院拿到化學文憑後,繼續在母校攻讀物理化學,於1962年取得科學博士的頭銜。他留校研究一年之後,當時正極力發展核磁共振光譜儀(註三)的Varian公司,即聘他為科學研究員,幫忙設計改進各方面的技術。當時核磁共振光譜儀,已為全世界物理及化學研究者不可或缺的實驗儀器。Varian公司不但壟斷了全世界此光譜儀的生產及市場,更網羅了世界各地的年輕專家為其儀器的研究發展而效力。除年僅三十歲的恩斯特外,還有從英國來的弗里曼(R. Freeman)及美國的舒勒瑞(J.Schoolery)和強森(L. Johnson)等,個個幹勁十足,力求表現。幾年間將核磁共振學推展出更寬廣的世界。恩斯特與弗里曼的貢獻尤其顯著。 自從1945年底,哈佛的頗色爾(Purcell)和史丹福的布樂和(Bloch)分別在各自的實驗室,成功地量出核磁共振信號以來,各國物理學家、化學家群起努力,在短短十幾年間,幾乎把所有重要的理論基礎和實驗方法都奠定了下來。由於核磁共振光譜可以顯示分子化合物樣品中相同原子(如氫原子)所處的不同環境及數量,對於分析化合物的組成和分子的排列與構造甚至於立體結構,有迎刃而解的功效,比起稍早發明的其他可見光、紅外線、紫外線光譜學強多了。化學家真樂得有如甘霖天降,而頗色爾與布樂和也因此偉大的貢獻共享1952年的諾貝爾物理獎。 但是核磁共振儀儘管有用,卻有它先天的不足。首先,此光譜儀的靈敏度不高。氫核子算是最靈敏的了,但要得到足夠清晰的光譜需要相當多的化合物才行(約20毫克或2%濃度以上)。許多分離出來的或合成而得的化合物,因量少而無法分析。第二點,核磁共振儀的解析度(亦即分開鄰近光譜線的功能)與所用磁鐵的磁場大小成正比。早期使用的磁鐵磁場不大,約為地球表面地磁的2~3萬倍(註四),氫核光譜線往往擠成一塊難以辨認。當然有人想到測其他光譜線分得較散的核子光譜如碳-13( 13 C)。但一來 13 C的核磁共振靈敏度只有氫核的1~2%,再來 13 C的自然含量只有所有碳的1%,累積起來其靈敏度就太低了。 以上這先天不足的兩點,始終圍繞在核磁共振學專家的腦子裡。專家總是絞盡腦汁想辦法改進。關於解析度的問題,最直接的解決辦法便是製造磁場更高的磁鐵。在1960年代中、後期,Varian公司就已經試用合金超導材料製成的磁鐵,磁場強度為地磁的10萬或14萬倍。唯因磁場的穩定性不夠,而且裝液態氦和液態氮的保溫容器設計不佳,整個儀器保養困難而未被普遍採用。直到1970年代後期,超導材料(註五)及保溫容器的改進,高磁場的超導磁鐵才開始普遍使用在核磁共振儀上。另外,一種增加光譜解析度的方法,是在溶液中加入一種使光譜線位移增大的鑭系元素複合物(註六)。 應用傅立葉轉換提高解析能力 如何增加靈敏度可是件大費周章的事。儘管在接收器電子零件上的改進及感應共振信號的探頭(probe)上細心設計,也只充其量把靈敏度提高個一倍。當然使用更高的磁場和更高頻率的電磁波,也可得到更高的靈敏度,但磁場的增高到底也有個限度。1965年,也就是恩斯特加入Varian公司的第三年,他首先成功地應用數學上的傅立葉轉換(Fourier transform)革新測量核磁共振光譜的方法,使靈敏度增加了10~100倍之多。 傅立葉轉換乃法國數學家傅立葉在十九世紀初導出的理論,謂兩種不同變數的函數,可用一系列的三角函數來互相轉換而保有原來函數所帶的特性。天文學家很早就應用此理論,在處理宇宙中星球傳回來的無線電訊號。時間的函數和頻率的函數就是個例子。因此,假如某物理特性可以用時間的函數表示並測得,就不需測其頻率的函數了。 核磁共振光譜是一種頻率的函數,亦即許多光譜線坐落在不同的頻率坐標點上。老的測量法是用頻率掃描(或磁場掃描)方式。要掃過一定寬度的光譜需時甚久(約數分鐘或更長),掃太快了光譜就會變形(註七)。另一方面核磁共振信號本身也是一種時間的函數。其實老早就有專家用短而強的電磁脈波(radio frequency pulse),一次激發所有同種的原子核,使其吸收能量產生共振信號。此信號是隨時間衰退的一個時間函數,稱為自由感應衰退(free induction decay),它是所有同種核子產生的信號之合。因原子核很快的在幾秒鐘之間,就可把吸收的能量放掉回到原來的平衡狀態,這種自由感應衰退信號在數秒之內即消失,故測量的時間就只需幾秒,比起測光譜的幾分鐘省時多了。 更進一步的,還可以把信號儲存在電腦中,再不斷重複脈波實驗,把一個個信號加起來增加信號的強度,最後再用電腦做傅立葉轉換得到清晰的光譜(見圖一)。此種測量法恩斯特稱之為傅立葉核磁共振(FTNMR,註八)。恩斯特的發明立即轟動全球,在其後短短數年之間,傅立葉核磁共振儀成了各個大學及研究機構爭相購買的貴重儀器。除了氫、氟外,其他較不靈敏的碳-13、氮-15、矽-29及硼-11等的核磁共振信號,都普遍地運用於測量分子構造的研究上。這種革命性的創造奠定了恩斯特在科學界,尤其是化學界的地位。 第二次革命性的創舉 1968年恩斯特離開Varian公司,回到自己的母校ETH擔任講師,更加積極研究發展傅立葉核磁共振的理論和實驗。八年之間由講師、助理教授、副教授而升為正教授,研究室的學生及專家也愈來愈多。恩斯特的研究最大的特點是不做填充式的研究。一旦把新的理論及方法架出穩固的結構後,便另找新的題目。對於各方面的實際應用以及方法上的修飾,就讓給別人去做。由於核磁共振的應用愈來愈廣,化學家及生物化學家對它的靈敏度和解析度的要求,也是得寸進尺,永不滿足。恩斯特也和世界各地其他專家一樣在不斷地尋求改進。 1971年,法國物理化學家金尼爾(J. Jeener)在一次會議上,提出了用二個坐標顯示核磁共振光譜(即所謂的二維核磁共振)的可行性。此種說法激起了恩斯特的靈感,於1975年再次以實驗結果,首先發表了二維核磁共振光譜,並且闡釋了該技術的種種原理及益處,諸如簡化複雜光譜增加解析度,分開顯示核子間的作用以及顯示核子間的物理及化學關係(如核間距離及化學互換反應)等(見圖二)。隨後幾年,他不斷的推出各種應用的藍圖,並推展到三維及多維核磁共振。這可說是他第二次革命性的創舉,使得化學界對他的敬仰更高一層。 他更教導了無數的學生學徒,賣力地研究能產生各種有用的多維光譜的脈波串,並廣泛應用在解析複雜的高分子(如蛋白質、核酸等)之分子結構上。這些技術的發展對生物化學、分子生物學的研究,甚至於生命科學、藥物的研究製造,都有非凡的貢獻。 另外,由於對多維光譜的熟練,恩斯特更提出了許多改進核磁共振照相的技術(註九)。現在各個醫院漸漸採用的磁共振照相,有許多都利用恩斯特提出的原理和方法,增快照相及顯相的速度。 恩斯特對量子物理有極深入的了解。核磁共振的原理需要深奧的量子力學來闡釋。他也精通電磁學和電子學,這也是要深研核磁共振必須具備的基本條件。他可以說是磁共振學的通才,對核磁共振及電子順磁共振(electron spin resonance)都有廣泛而深入的研究和心得,而且是永遠走在別人的前頭。要找另一位像他一樣好的磁共振學專家的確很難。這也是今年由他獨得諾貝爾化學獎的原因之一。 平凡的一面 筆者自從在台大林渭川教授的指導下做學士論文起,便一直未離開過核磁共振學的研究,也因此而與恩斯特結識。1988年,經我再三的向系裡推薦,請到恩斯特來哈佛化學系做三個月短期的講學,期間就近相處,更加熟識。1990年我幫忙組織一個國際性的蛋白質分子構造學的會議,也特別邀請他去主講。因開會地點在媲美瑞士仙境的加拿大哨音山莊(Whistler Village),他還帶了全家去半度假似地參加會議。 去年十月我因公前往歐洲考察,也拜訪了他們,在他家做客。恩斯特夫婦可說是典型的瑞士人,兩人都是土生土長的溫特突人。瑞士人相當保守,仍保有大男人主義的習俗。恩斯特太太是位標準的賢妻良母,不會開車,總是待在家裡。她和我們談家庭,談子女,可謂無話不說。恩斯特本人較為沈默寡言,但常喜歡說笑話,平時總是溫文有禮,面帶笑容,但教訓起子女時也很威嚴。他們有兩女一子,兒子最小,仍在高中念書。 筆者發覺研究核磁共振的專家有不少對音樂特別喜好。恩斯特也不例外,他會拉大提琴,近年來沒時間拉,還想把它送給我。他還有一個難得的嗜好,喜歡收藏和佛教有關的古畫和古物。他家裡連臥房在內每扇牆都掛滿了從世界各地搜購來的古畫,有佛教、喇嘛教中各種各類的人物畫,算起來不下百幅之多。這個收藏恐怕也是世界第一了。的確,年前巴黎博物館還花重金向他租借了許多畫去展 十)。 諾貝爾獎每年只有幾個,而各行各業的大師卻難以數盡。正如許多諾貝爾獎得主常說的:「我很高興得到這種肯定,但我知道有資格領此獎的人總是比領到的人多得很多。」偉大的科學家所表現的研究精神與方法,是絕對值得後進學者學習效法,但並不是要一味地去崇拜。每個人對人類社會的貢獻有大有小,有時候也很難區分孰重孰輕。重要的是要盡力而為。所謂「舜何人也,予何人也,有為者亦若是。」筆者介紹恩斯特先生的用意也是在此。 註一:ETH全名為Edidgenössiche Technische Hochschule,英譯為Swiss Federal Institute of Technology. 註二:沃夫獎(Wolf Prize)是以色列國家科學院為紀念以色列化學家沃夫(R. Wolf)於1976年設立的。每年挑選全世界最傑出的六位專家,分別在農業、物理、化學、醫學、數學和藝術方面有重大貢獻的頒給美金十萬元的獎。得到此獎的學者專家其成就的確不亞於同行的諾貝爾獎得主,但許多人因得了此獎便拿不到諾貝爾獎,當然也有例外,像哈佛的柯雷和本文介紹的恩斯特便是。 註三:核磁共振光譜儀原名為nuclear magnetic resonance spectrometer,或簡稱為NMR。 註四:磁場強度的單位通常用高斯(Gauss)表示。地磁強度在地球表面約為半個高斯。高磁場也常用特斯拉(Tesla)表示,1 Tesla=10,000Gauss。 註五:現常用的超導材料仍為合金,如NbTi、 NbSn等,仍需浸在液態氦中才能產生超導現象。近年發現的高溫超導體,因材料本身的強韌度以及製造線圈技術上的困難,至今仍無法應用在核磁共振所需的磁鐵上。 註六:鑭系元素複合物(lanthanide complex)會接在許多化合物上,影響分子上許多原子周圍的電子分布。核磁共振光譜線的位置,直接受原子核四周的電子密度影響。把電子密度差異增大,則核磁共振光譜線可分得更開。 註七:此種變形現已可以用傅立葉轉換處理法去除。 註八:恩斯特並不是最早知道這種傅立葉核磁共振的可行性,早在1957年,美國的I. J. Lowe和R. E. Norberg,就已證明核磁共振光譜和自由感應衰退信號之間,有傅立葉轉換的關係。 註九:核磁共振照相術(nuclear magnetic resonance imaging),是1972年美國的老特伯(Lauterbur)首先試驗成功的。起初照相及顯相的方法粗略費時,後來借用二維及多維核磁共振的技術增快了許多。此照相術比起X光照相好很多,最主要的是不傷害人體細胞而且不會被骨頭擋住。因為怕一般人談「核」色變,現已改名為磁共振照相(magnetic resonance imaging,簡稱MRI)。 註十:核磁共振若不是拜電腦科學家及材料科學家之賜,發展出更快更準的電腦和更優良的超導體,恐怕不會有今天的景象。做學問也必須眼觀四處,耳聽八方,切忌鴕鳥式的埋頭苦幹。 黃紹光任職於美國哈佛大學核磁共振實驗室
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我也不相信实验。
热度 2 zhanghuatian 2012-6-20 16:09
吵架地址:http://blog.sciencenet.cn/blog-222979-584093.html 看李铭和黄秀清吵架,没看懂吵什么也觉得很有意思。李铭认为黄秀清荒谬的理由是因为黄不相信“实验证明”的结论。 张某不是科研人士,但我是读过科技史的人,你让我相信“科学实验”这点我的确做不到。 因为据张某了解科学实验依赖的是工具,工具这玩意又是不断翻新的,就拿医学举例,从光学显微镜到电子显微镜,再到CT、核磁共振。随着你能看到的东西越多,你实验的结论和认知的东西也就越复杂 。所以你把你今天的实验结果当作真理崇拜是很荒谬的。至于个别科学界人士说什么实验都是有倾向性的,这个我就不明白了。 因此在我看来“相信实验”仅仅能作为一条科学界的学术规则,但规则并不是强制人的意志和想法的工具 。要是科学界人人都对前辈的实验深信不疑,那我想科学也就不用发展了。
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固体核磁共振可检测锂电池内部结构
热度 2 SSNMR 2012-4-12 08:46
美国纽约大学、纽约州立大学石溪分校和英国剑桥大学的研究人员开发出基于核磁共振成像(MRI)方法的锂电池内部检测技术,可为电池内部运作提供诊断服务,提高电池性能和安全性。相关研究成果发表在《自然—材料学》上。 锂电池充电时,锂纤维会附着在锂电池内部的碳电极上,会导致电池短路、过热着火,甚至爆炸。研究人员可利用该方法扫描分析锂电池内部的化学成分,消除隐患。。 核磁共振成像技术属于非侵入性技术,可以提供电池内部的微观结构,可视化电极表面上的微小变化。电解质和电极表面都可以使用这种可视化技术,提供了全面了解电池性能的变化进程。研究人员将进一步研究高清晰成像、成像时间更短的技术和方法,最终使电池更轻、更安全、更灵活。 该方法还可用于研究材料表面的不规则行为和裂缝,还可评估其他电化学设备,如燃料电池。该研究得到了美国能源部和美国国家科学基金会的资助。 7 Li MRI of Li batteries reveals location of microstructural lithium There is an ever-increasing need for advanced batteries for portable electronics, to power electric vehicles and to facilitate the distribution and storage of energy derived from renewable energy sources The increasing demands on batteries and other electrochemical devices have spurred research into the development of new electrode materials that could lead to better performance and lower cost (increased capacity, stability and cycle life, and safety). These developments have, in turn, given rise to a vigorous search for the development of robust and reliable diagnostic tools to monitor and analyse battery performance, where possible,in situ. Yet, a proven, convenient and non-invasive technology, with an ability to image in three dimensions the chemical changes that occur inside a full battery as it cycles, has yet to emerge. Here we demonstrate techniques based on magnetic resonance imaging, which enable a completely non-invasive visualization and characterization of the changes that occur on battery electrodes and in the electrolyte. The current application focuses on lithium-metal batteries and the observation of electrode microstructure build-up as a result of charging. The methods developed here will be highly valuable in the quest for enhanced battery performance and in the evaluation of other electrochemical devices. http://www.nature.com/nmat/journal/v11/n4/full/nmat3246.html#affil-auth
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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
热度 19 xinyumri 2012-3-29 08:06
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
核磁共振的研究,起源于原子核自旋角动量和核磁矩的测量,由拉比首创的 分子束 核 磁共振方法 ,大大地提高了测量的精度。这一方法一经问世,很快成为物理学家研究原子核磁特性的重要手段,用陈国文老师的话来说:弱小的信号骑上了与其可以产生“共振”的大马,才驰骋于草原,任美景无限。好不快哉! 正因为此,早期从事核磁共振研究的基本是清一色的物理学家。继拉比 1944 年夺得诺贝尔物理学奖后,斯坦福大学的 布洛赫(Felix Bloch) 和哈佛大学的 珀塞尔(Edward Purcell) 又分别在液体和固体中观察到了核磁共振现象,两人因此分享了 1952 年的诺贝尔物理学奖。有趣的是,拉比得奖那年二战尚未结束,颁奖仪式因此改在纽约举行,由哥伦比亚的校长而非瑞典国王颁发,其间的花絮,我在“ 睿智且坚定——读拉比 ”一文中有记述。 然而, 1950 年的一个重要发现,使得核磁共振很快又成为分析化学的新宠,接力棒也由此传到了化学家手中,这个发现就是化学位移( chemical shift )。 造成化学位移现象的是围绕原子核运动的电子。不管是能级间的跃迁还是小磁针旋转发出的电磁波,它的 频率 都和原子核所处的 磁场强度 紧密相关,准确地说,有着线性的关系。而同样是质子,一群裸露的质子(氢离子)和有电子围绕的质子(氢原子),它们所处的磁场强度是不一样的。裸露的质子看到的只有外部的磁场( B 0 ),而时刻运动着的电子,会产生一个附加的磁场( D B ),这一现象被称为电子屏蔽效应( electronic shielding )。既然电子屏蔽使得实际的磁场强度发生了变化,共振信号的频率自然也就不同了,换句话说,频率发生了位移( shift )。 又因为这个附加磁场的强弱是和原子核周围电子云的密度及分布(即化学环境)有关的,这一位移就被命名成了 化学位移 。 质子和氢原子核的共振频率 值得一提的是,最早发表的关于化学位移的文献中,有个中国人的名字, F. C. Yu ,他就是北大技术物理系的虞福春教授。虞福春教授 1949 年从俄亥俄州立大学获得博士学位后,投到 布洛赫 门下从事博士后的研究,和同事 Warren Proctor 共同发现了化学位移现象。虞福春教授于 1951 年回国,参与了北大核物理实验室,也就是后来的技术物理系的筹建,可算是北大技物系的奠基人之一。 可以这样来形容 化学位移给核磁共振信号带来的变化:若是没有化学位移的话,所有的原子核都在用同一个声音共振,发出如小提琴般明亮的高音;一旦有了化学位移,和碳原子配成烷基的氢原子( -CH 3 ),因为周围电子云密布,声音变得浑厚起来,有些像大提琴了;而和氧原子配成 羟基 的氢原子( -OH ),因为氧原子吸走了大部分的电子云,电子屏蔽效应相对要弱一些,声音因而介于小提琴和大提琴之间,更像是中提琴。于是,一个含有多种官能团的分子的核磁共振信号,就像是一个小型室内乐队演奏出来的音乐。音色成分变得复杂了,但音乐也因为包含了更多的信息而愈发迷人了。 原理上如此,然而在早期的核磁共振实验中,要让所有的原子核同时用不同的声音来歌唱,却不是件容易的事情。那时囿于技术,都用单一频率的电磁波来诱发共振,也就是说,只能让小提琴、中提琴和大提琴轮番独奏。 1966 年,苏黎世理工学院的恩斯特( Richard Ernst )天才性的发明了用脉冲波来诱发共振的方法,给核磁共振带来了革命性的变化。学过傅立叶分析的人都知道,脉冲函数的傅立叶变换,在频域空间是一个常量。换句话说,一个脉冲波一视同仁地包含了所有频率的波!这样一来,如果用脉冲波来诱发共振的话,它可以同时让所有的原子核一起共振。而由此激发出来的共振信号到底有哪些频率成分,只需做一个简单的傅立叶变换就可以分析出来了。 脉冲波和傅立叶分析,构成了现代核磁共振技术的基石。 音色丰富的脉冲波,仿佛一个出色的指挥家,指挥棒起落之间,激起谐音无数,汇成了富含美妙和声的音乐。而傅立叶变换就像一个理弦的高手,能够精准地分析出乐曲中都有哪些频率成分,它们分别和怎样的分子官能团对应。如是,人们便可以从一个分子的核磁共振谱,推断出其分子结构式。 酒精分子的核磁共振谱 由于这一开拓性的工作,恩斯特摘取了 1991 年诺贝尔化学奖的桂冠。同样有趣的是,瑞典皇家学院通知恩斯特获奖的消息时,他正在飞往莫斯科的飞机上,电话于是打到了机长那里,机组为他在空中举行了一场别开生面的庆祝仪式,这在诺贝尔奖史上也算是独一无二了。 化学位移这一现象,后来也被用在了生物大分子结构的分析与鉴定上。恩斯特的同事, 2002 年诺贝尔化学奖得主维特里希( Kurt Wüthrich ),在这方面做出了重要的贡献。时至今日,核磁共振不仅依然是分析化学的重要工具,而且因为它能直接研究液体中有活性的蛋白,不需结晶,因此在结构生物学上,也能和 X 光晶体衍射平分秋色了。 相关文献及链接: 最早描述化学位移现象的文章: Proctor W.G., Yu F.C., The Dependence of a Nuclear Magnetic Resonance Frequency upon Chemical Compounds . Phys. Rev. 77 :717 (1950). Proctor 关于化学位移发现过程的回忆 虞福春教授生平 百度关于虞福春教授的介绍 国外网站关于虞福春教授的介绍
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四极核高分辨核磁共振实验-----多量子魔角旋转技术(MQ MAS)
热度 1 SSNMR 2012-3-23 16:39
提高半整数四极核谱图分辨率的关键是消除残余的二阶四极作用。虽然 DOR ( Double Rotor ) 和 DAS ( Dynamic-Angle Spinning ) 能达到这一目的,但是由于这些方法对探头有特殊要求,同时其应用也受到样品中半整数四极核横向驰豫时间 T2 以及转速的限制,并没有推广开来。 1995 年, Frydman 等人提出了多量子魔角旋转 ( Multiple-Quantum Magic-Angle Spinning, MQ-MAS ) 方法,利用多量子相干和单量子相干受二阶四极作用影响不一样,巧妙地实现了四极展宽的重聚,从而得到了半整数四极核的各向同性高分辨谱。因为其只是利用了多脉冲技术,对仪器硬件上没有复杂和特殊的要求,只需要普通的 MAS 探头即可,为方 便地 获得半整数四极核的高分辨谱提供了有效途径和崭新的思路,所以得到了迅速的发展与应用。 MQ-MAS 还能与 CP 、异核相关、 REDOR 等技术相结合,产生新的脉冲序列,得到更加丰富的谱学信息。近来,以 MQ-MAS 为基础,有研究者提出了半整数四极核的三维 NMR 实验,用来研究半整数四极核的自旋交换、扩散,以及核之间的关联性。 MQ-MAS 为半整数四极核的研究开辟了一片新的领域,是固体 NMR 近二十年来重要的成就之一。 图 1( a ) 双脉冲多量子脉冲序列 , ( b ) Z- 滤波多量子脉冲序列 图 1-a 为基本的 MQ-MAS 双脉冲序列 ,第一个脉冲用来激发多量子跃迁 ( -m → m ) ,通过相位循环选择所需的量子相干阶,经过 t 1 时间的演化后由第二个脉冲将多量子信号转化为可观测的单量子相干,在 t 2 演化期间采样,所得的 FID 经两维傅立叶变换和 shearing 转换就可以在 F1 维得到各向同性的高分辨谱,从而达到彻底消除二阶四极相互作用的目的。因为在这个实验中,多量子相干向单量子相干转换的两条路径( +p → -1 和 -p → -1) 的效率不一样,在实际应用中很容易产生相位扭曲的线型,为了改进这个缺点,得到纯吸收的二维线型, Amoureux 等人 提出了 Z - 滤波( Z-Filter )的 MQ-MAS 序列(图 1- b )。序列中的第一个脉冲产生最大幅度的多量子相干,经过 t 1 时间演化以后被第二个脉冲转移到零量子相干,即所有的磁化矢量都沿 Z 0 方向。延迟 τ 时间以后再经一个选择性 π/2 脉冲转化为可观察的单量子相干。整个相干转移的路径为 0→±p→0→-1 ,两条相干转移路径的效率是一样的,因此可以得到纯吸收谱,分辨率更高,而且这个序列易于优化,所以得到了更为广泛的应用。
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穿行于经典与量子之间的核磁共振理论 (2):磁矩知归
热度 12 xinyumri 2012-3-17 07:36
穿行于经典与量子之间的核磁共振理论 (2):磁矩知归
既然核磁共振是个量子现象,那自然要用量子力学的语言来描述了,只是量子力学太阳春白雪了一点,让许多人望而却步。但若真要把它作为进入核磁共振这个领域的通行证的话,怕是会把许多有才华的人拒之门外,也就不会有近二十年来医学核磁共振从成像技术到应用的突飞猛进的发展了。 好在核磁共振还有另外一幅面孔——经典解释,虽然比起量子的解释显得唯相了一些,但是非常实用。 经典理论很直观,每一个自旋非零的带电粒子,都是一个小磁针。那么,把这枚小磁针放到一个强磁场里会怎样呢?您要是说:那还用问!它会像指南针一样,顺着磁场的方向排列起来。呵呵,对不住您呐,只答对了一半儿。 有自旋的小磁针在磁场里,更像一只旋转的陀螺在引力场中,如果没有摩擦力及其它的能量耗散的话,陀螺会绕着引力场的方向不停地转下去。换句话说,陀螺会有一个和引力场平行的角动量,或者同向,或者反向,依陀螺的旋转方向而定。同理,小磁针也会绕着磁场不停地转,结果就出现了一个或者顺磁,或者逆磁的磁矩,对于原子核来说,这个磁矩就称为——核磁矩( nuclear dipole )。 单个儿的小磁针产生一个核磁矩,那么成千上万,有阿伏加德罗常数那么多的小磁针呢?您自然会说:当然是向量叠加啦!恭喜您,这次说对了:顺磁的总数减去逆磁的总数,就是这一大堆小磁针宏观上的净磁矩。这时波尔兹曼分布又出现了,顺磁的小磁针就是下八洞的神仙,逆磁的则是上八洞的,顺磁的总是比逆磁的要多,所以净磁矩就像是指南针一样,总是指着磁场的方向。 这个净磁矩,就是核磁共振要检测的信号。您看它是不是和上一篇中说的神仙的人口差一回事儿? 旋转的陀螺——质子小磁针——净磁矩 您或许会说了:这么多小磁针在转,晕呐!没错儿,是挺晕的。不光是数量多,转的还特快。以质子为例,在一特斯拉的磁场下,每个小磁针一秒钟都要转上四千二百万圈儿!不晕成吗? 好在科学家也有辙儿,为了不犯晕,发明了一个旋转坐标系。这个坐标系也在以同样的速度转着,您只要跳上这个坐标系,立马“夜阑风静縠纹平”,小磁针们都停止了旋转,仿佛那个让它们萦绕不已的磁场已经不复存在了。个中道理,和“坐地日行八万里”而不自察是一样的。不过,这些小磁针们虽然在旋转坐标系里看不见那个磁场了,心中还是装着它的,因此净磁矩始终指着那个方向。 试想一下,这时候如果在旋转坐标系中忽然出现了另一个磁场,它和净磁矩指着的那个方向垂直,会出现怎样的情况? 这些小磁针就会像中了魔似的,绕着这个新的磁场转起来。转的速度自然和这个新磁场的强度有关,下面这个公式,就是上一篇留言中有位网友提到的 Bloch 方程的雏形,它本质上是牛顿第二定律的角动量(即磁矩)表征形式,左边代表磁矩的变化,右边则是磁场作用在磁矩上的力,您看它在形式上是不是和洛仑兹力挺像? 旋转坐标系中的魔棒磁场与小磁针 新磁场让小磁针们中了魔,然而这个新磁场一旦消失了,心中的那个磁场便会再一次出现,于是小磁针们便会毫不犹豫地踏上回归之路,返回到原来的方向。而对于我们这些处于静止坐标系的围观者来说,小磁针是高速旋转着回归到原来的方向的。 旋转的磁矩是什么?是电磁波——这就是核磁共振的信号。 那个如魔棒一般的新磁场,它在旋转坐标系中看是静止的,那么在静止的坐标系看,自然是旋转的啦。旋转的磁场又是什么呢?还是电磁波,和那个在量子理论中把基层的神仙送到上八洞的电磁波一模一样! 如是,量子和经典,两幅截然不同的物理图象,却殊途同归地解释了核磁共振的现象。 您可能又会说了:嘿,这样的穿越不是很完美吗?你说的那个坎儿在哪儿呢? 我说的那个坎儿,就是小磁针。 每次讲课,我都会说:有自旋的粒子就会有角动量,有角动量又带电的粒子就会有磁矩,于是就有了小磁针。然而每次这么说完,我心里都会犯一下嘀咕,此自旋(量子的)非彼自旋(经典的),我这是在糊弄蒙童呢!有几次学会开年会,我混在初学者中,去听那些大腕儿讲的入门课,发现他们也都是这么讲的。于是,这个坎儿我就一直没能迈过去。 当年学量子力学,自旋与态,是最让我费思量和称奇的两个概念了,我至今也未能完全把它们参透。在我的眼里,它们的引入,给这门深邃优雅的理论平添了一份朦胧婉约的韵致,让我无法看个真切。然而,格物之途也在这悟与不悟的徘徊中,充满了微妙的律动,引人遐想与沉思。
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心脏病学国际研究前沿与热点
xupeiyang 2012-3-16 23:04
心血管生物学及分子心脏病学 心血管遗传学、基因组学、蛋白质组学及药物基因组学 心脏病理学及发病机理,细胞凋亡及线粒体 一氧化氮在心血管病生物学中的作用 心血管信号及转录 心脏干细胞/祖细胞 心脏动力学 氧化应激及抗氧化剂疗法 心脏重构与转化研究 核心脏病学 神经病学与心血管疾病 血管生物学 药物基因组学与心血管疾病的药物发现 心血管疾病的生物标记物,个性化医疗及新型的药物靶点 阻滞剂药物发现 受体拮抗剂 血管生成和基因治疗 新型心血管给药技术 心血管药物临床试验与法规 心房颤动药物的发现与发展 血栓药物的研发及市场动态 胆固醇药物的发现及发展 高血压药物的发现及发展 心脏核磁共振成像的应用 计算机断层扫描的应用 血管造影术的应用 心脏超声成像 心脏病的超声心动图诊断技术 正电子成像术的应用 射频消融术 心脏病的救护地点检测 诊断/预测和临床实践中的医学和生物医学设备 心脏电生理学和心脏疾病 心脏起搏器和可植入心脏电复律器除颤器 心脏起搏技术 介入性及侵入性心脏病学 心血管疾病的成像指导介入及机器人技术 大动脉血管介入及桡动脉介入 药物洗脱支架 心脏病的导管插入术及疗法 血管成形术和瓣膜成形术 心脏病的外科手术与移植 心脏再同步化治疗 新型心脏病介入医学设备及应用 心血管疾病的急救及身体检查 心律不齐:症状、病因及治疗 先天心脏病及心肌疾病 风湿性心脏病 心脏瓣膜病发病机制、病变和临床治疗 昏厥及临床治疗 ST段心肌梗死 心肌炎、心肌顿抑、心包炎、心包积液 心绞痛,心肌缺血及急性冠状动脉综合征 炎症和感染性心脏病 静脉血栓栓塞病 心脏病的抗凝血剂和抗血小板治疗 心脏肿瘤 冠状动脉疾病的危害因素 胸主动脉夹层及动脉瘤 妊娠期的心血管疾病 脑血管疾病 心脏创伤 血脂异常和心脏病治疗 高血压和心脏病 周围血管疾病 心脏病麻醉手术期间护理 饮食、营养问题与心脏病 肥胖与心脏病 糖尿病与心脏病 生活方式引起的心脏病 心血管疾病的护理与治疗 心脏康复、二级预防及危险分层
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《有机结构分析》(修订版)薛松
ustcpress 2012-3-13 16:20
《有机结构分析》(修订版)薛松
出版日期:2012年2月 出版社:中国科学技术大学出版社 书号(ISBN):978-7-312-01811-4 正文页码:388页(16开) 字数:640千 定价:39.00元 编辑邮箱: edit@ustc.edu.cn (欢迎来索要目录、样章的PDF) 当当网购书链接: http://product.dangdang.com/product.aspx?product_id=9083299 【 内容简介 】 本书共 7 章。前 6 章分别论述了质谱、核磁共振氢谱、碳谱、二维核磁共振谱、红外光谱以及紫外光谱的基本原理,讨论了这几种波谱学在分子结构分析中的应用。注重介绍这几种波谱与有机化合物结构的关系,以及各种波谱的特点和解析方法。第 7 章总结了波谱在有机结构分析中的各自优点,并讨论了各种波谱在结构解析中的综合应用。本书以波谱学的实用性为出发点,紧跟学科前沿,配以相当数量的例子剖析,帮助读者提高用波谱学方法解决实际问题的能力。本书可作为化学有关专业的本科生及研究生的教学用书,也可供从事有机合成或波谱分析的科研人员参考。 【 作者简介 】 薛松,天津理工大学教授。 1993 年毕业于大连理工大学, 1999 年获中国科学院化学研究所理学博士学位,曾在中国科学技术大学化学系工作;主要从事有机合成、立体选择性合成以及多组分串联反应等绿色化学方面的研究。
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穿行于经典与量子之间的核磁共振理论 (1):能级可渡
热度 33 xinyumri 2012-3-2 07:58
穿行于经典与量子之间的核磁共振理论 (1):能级可渡
每次讲核磁共振理论,怎么将核磁共振的量子现象和经典解释在逻辑上自洽地统一起来,是我至今没能迈过去的一个坎儿。 核磁共振源于一个量子现象。 1896 年 8 月的一天,荷兰物理学家 Zeeman 把一盏燃烧着钠的本生灯放到了电磁铁的两极间,奇妙的事情发生了:原本是单一谱线的钠光谱一下裂变成了三条!进一步的研究揭示了这一现象的奥秘:原来钠原子的电子能级在磁场的作用下产生了劈裂,电子在不同能级间的越迁就发出了三种不同波长的光。这一现象被命名为 Zeeman 劈裂 , Zeeman 本人也因此获得 1902 年的诺贝尔物理奖。 后续的研究工作表明,不仅仅是电子,自旋数不为零的原子核的能级在磁场中也会产生劈裂,这就是核磁共振的物理基础。 既然有能级劈裂,便会有不同的原子核占领不同的能级。仿佛王母娘娘的瑶池会,上八洞的神仙们坐上座,下八洞神仙们的座次排得稍低一些。下八洞神仙属基层干部,人数上要比上八洞的多一些。占领低能级的原子核在数量上也要比处在高能级的原子核略多,到底多多少?统计力学里的波尔兹曼分布说了算: 下八洞神仙和上八洞神仙的人口差异,是核磁共振实验要检测的信号。从波尔兹曼分布的公式不难看出,能级差越大,人口悬殊也越大,能观察到的信号就越强。然而伤脑筋的是:核能级在磁场中裂分的能级差是如此之小,以至于人口差异微乎其微。以最容易观察到的氢原子核——质子——为例,在一特斯拉的磁场强度下,每一百万个质子中,低能级的质子只比高能级的多出不到三个。正因为此,早期的核磁共振实验要想检测到如此微弱的信号,就像大海捞针一样难。不过,这枚针还是被拉比麾下的精兵强将们给捞出来了。 捞针的方法就是诱发共振,用频率匹配的电磁波,让处于低能级的 原子核越迁到高能级上。在系统重建热平衡的过程中,从高能级向低能级回归的神仙们就会释放出同样频率的电磁波——核磁共振的信号。后来,物理学家 Hahn 发明了一个巧妙的检测信号的方法,并给他的信号起了一个浪漫动听的名字——回声( echo )。每次看到这个名字我都想:将来退休了我要写一本关于核磁共振史的书,书名就叫——倾听回声。的确,核磁共振研究就是趣味无穷的“聆听”回声的游戏。 这就是我理解的通俗版的核磁共振的量子理论。 全部链接: 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 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
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[转载]The lipoprotein subfraction profile: 核磁共振检测
HDLSTUDY 2012-2-29 14:50
The lipoprotein subfraction profile: heritability and identification of quantitative trait loci Abstract The HDL and LDL subclass profile is an emerging cardiovascular risk factor. Yet, the biological and genetic mechanisms controlling the lipoprotein subclass distribution are unclear. Therefore, we aimed 1) to determine the heritability of the entire spectrum of LDL and HDL subclass features and 2) to identify gene loci influencing the lipoprotein subfraction pattern. Using NMR spectroscopy, we analyzed the lipoprotein subclass distribution in 1,275 coronary artery disease patients derived from the Regensburg Myocardial Infarction Family Study. We calculated heritabilities, performed a microsatellite genome scan, and calculated linkage. HDL and LDL subclass profiles showed heritabilities ranging from 23% to 67% (all P 10(-3)) of traits using univariate calculation. After multivariate adjustment, we found heritabilities of 27-48% (all P 0.05) for HDL and 21-44% for LDL traits. The linkage analysis revealed a significant logarithm of the odds (LOD) score (3.3) for HDL particle concentration on chromosome 18 and a highly suggestive signal for HDL particle size on chromosome 12 (2.9). After multivariate adjustment, we found a significant maximum LOD score of 3.7 for HDL size. Our study is the first to analyze heritability and linkage for the entire spectrum of LDL and HDL subclass features. Our findings may lead to the identification of genes controlling the lipoprotein subclass distribution.
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中科院武汉物理数学所磁共振中心招聘核磁共振支撑管理人员
nanohandsome 2012-2-16 15:26
招 聘 启 事 因工作需要,中国科学院武汉物理与数学研究所磁共振中心现公开招聘核磁共振支撑管理人员4名,相关事项如下: 一、岗位职责 岗位1:磁共振成像 2人 1、负责实验室磁共振成像仪及相关设备的运行、维护和功能开发,参与实验室的管理和建设; 2、负责磁共振成像技术支持,以及成像仪对外测试和开放共享; 3、负责指导学生操作相关仪器,定期对学生进行培训; 4、完成磁共振中心负责人交办的其他工作。 岗位2:固体核磁共振 1人 1、负责实验室固体核磁共振谱仪及相关设备的运行、维护和功能开发,参与实验室的管理和建设; 2、负责固体核磁共振技术支持,参与对外测试和开放共享工作; 3、负责指导学生操作相关仪器,定期对学生进行培训; 4、完成磁共振中心负责人交办的其他工作。 岗位3:液体核磁共振 1人 1、负责实验室液体核磁共振谱仪及相关设备的运行、维护和和功能开发,参与实验室的管理和建设; 2、负责液体核磁共振技术支持,参与对外测试和开放共享工作; 3、负责指导学生操作相关仪器,定期对学生进行培训; 4、完成磁共振中心负责人交办的其他工作。 二、基本条件 1、岗位1要求研究生学历,有扎实的磁共振成像技术基础和丰富的实验经验,熟悉磁共振成像仪软硬件,能对磁共振成像仪进行常规维护。 2、岗位2要求研究生学历,有扎实的NMR实验技术基础和丰富的NMR谱仪使用经验,熟悉NMR谱仪软硬件,能对NMR谱仪进行常规维护并能初步排查NMR谱仪故障。 3、岗位3要求研究生学历,具备化学或者生物专业背景,有扎实的NMR实验技术基础和丰富的NMR谱仪使用经验,具有生物大分子NMR经验者优先考虑。 4、具备较强的学习能力、动手能力以及分析和解决问题能力; 3、工作踏实,责任心强,具备良好的沟通、协作精神。 三、工作待遇 按研究所规定享受有关待遇 四、招聘程序 1、自发布之日起,凡符合应聘条件者均可报名; 2、应聘者须在我所简历提交系统( http://rczp.wipm.ac.cn/PersonInfo.Asp ) 提交个人信息(提交简历时敬请注意正确选择部门); 3、初选合格者通知参加公开竞聘,竞聘报告10分钟(包括工作经历和成绩、对岗位的理解与认识、今后工作设想),评委提问5分钟; 4、竞聘通过者到指定医院进行体检,体检合格者方可录用; 5、所有应聘资料予以保密,不退还。 五、联系方式 联 系 人:武汉物理与数学研究所 陈老师 网 址: http://www.wipm.ac.cn 联系电话:027-87199737 电子邮件: chenlei@wipm.ac.cn
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[转载]大化所原位固体核磁共振应用研究发表重要综述文章
SSNMR 2012-1-12 10:11
催化基础国家重点实验室纳米和界面催化研究组(502组)受邀撰写的综述文章“In situ solid-state NMR for heterogeneous catalysis: a joint experimental and theoretical approach”在近期出版的Chemical Society Reviews上发表(Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 192-210),影响因子26.585。 文章综述了近十年来该研究组利用原位固体核磁共振技术在多相催化领域取得的重要进展。文章介绍了原位固体核磁共振方法及其在酸性表征、催化反应机理和反应动力学中的应用,强调了实验结合理论计算在确定反应中间体结构及反应机理研究中的重要作用。 近年来,该研究组致力于发展原位固体核磁共振方法以及核磁共振信号灵敏度增强技术,在催化反应及材料表征领域取得了一些重要成果。例如,与美国西北太平洋国家实验室合作,利用高场95Mo NMR(21.1 Tesla)研究了甲烷芳构化反应中碳化钼活性物种。相关结果发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 130(2008)3722-3723);在自行研制的一套与固体核磁共振仪耦合的动态催化反应系统中,采用激光诱导超极化129Xe技术,首次在模拟催化反应条件下直接观察到了甲醇分子在孔径为0.8nm的CHA分子筛孔道扩散和脱水过程,并精确获得了分子扩散和反应的动力学参数。相关方法和实验结果以研究论文形式(Article)发表在《美国化学会志》(J. Am. Chem. Soc., 131(2009)13722-13727),被认为是“一种对纳米孔催化反应研究具有重要意义”的发明。 此外,该研究组一直致力于基础催化与应用催化的结合。与低碳烃综合利用及沸石催化材料研究组(DNL0804组)合作利用固体核磁共振技术深入研究了烯烃歧化反应以及共结晶分子筛的结构。相关工作分别发表在J. Catal.,J. Phys. Chem. C等刊物。与甲烷及低碳烃转化新催化过程研究组(DNL0802组)合作在离子液合成分子筛领域也取得了重要进展,相关工作发表在Chem. Eur. J., Phys. Chem. Chem. Phys.等刊物。 In situ solid-state NMR for heterogeneous catalysis: a joint experimental and theoretical approach Weiping Zhang, Shutao Xu, Xiuwen Han and Xinhe Bao Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 192-210 DOI: 10.1039/C1CS15009J Received 10 Jan 2011, First published on the web 11 Jul 2011 Abstract In situ solid-state NMR is a well-established tool for investigations of the structures of the adsorbed reactants, intermediates and products on the surface of solid catalysts. The techniques allow identifications of both the active sites such as acidic sites and reaction processes after introduction of adsorbates and reactants inside an NMR rotor under magic angle spinning (MAS). The in situ solid-state NMR studies of the reactions can be achieved in two ways, i.e. under batch-like or continuous-flow conditions. The former technique is low cost and accessible to the commercial instrument while the latter one is close to the real catalytic reactions on the solids. This critical review describes the research progress on the in situ solid-state NMR techniques and the applications in heterogeneous catalysis under batch-like and continuous-flow conditions in recent years. Some typical probe molecules are summarized here to detect the Brønsted and Lewis acidic sites by MAS NMR. The catalytic reactions discussed in this review include methane aromatization, olefin selective oxidation and olefin metathesis on the metal oxide-containing zeolites. With combining the in situ MAS NMR spectroscopy and the density functional theoretical (DFT) calculations, the intermediates on the catalyst can be identified, and the reaction mechanism is revealed. Reaction kinetic analysis in the nanospace instead of in the bulk state can also be performed by employing laser-enhanced MAS NMR techniques in the in situ flow mode (163 references). http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2012/CS/c1cs15009j
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热烈祝贺核磁共振界又增加一名中国科学院院士
热度 1 SSNMR 2011-12-13 14:28
热烈祝贺核磁共振界又增加一名中国科学院院士
几年前曾见过明杰,人非常的nice,思维非常的活跃。2011年中国科学院院士增选结果终于公布了,发现明杰终于修成正果,十分高兴,也为核磁共振界再增加一名院士而高兴。核磁共振领域目前有三位著名的院士:叶朝辉院士,施蕴瑜院士和张明杰院士,对于前面二老,不用多说大家都很熟悉,现在对明杰做一个详细介绍! 2011年度中国科学院新增院士张明杰 张明杰,浙江宁波人,毕业于复旦大学,中国结构生物学家,现为香港科技大学生物化学系教授。他的主要研究方向是参与突触信号传导和细胞极性调控过程的各类复合物的构架、组装、转运等的分子机制;主要研究手段包括X射线晶体学和NMR。他所领导完成的“构建神经系统信号传导复合体的结构基础”项目获得2006年度国家自然科学奖二等奖。他也是中国科学院海外评审専家(2005年)之一。他与其团体在有关肌动蛋白7a的突变如何导致先天性失聪及失明的研究刊载于顶尖学术期刊科学上。2011年12月9日,当选中国科学院院士。 学历 1988年,复旦大学化学专业学士学位 1993年,卡尔加里大学生物化学博士学位 获奖情况 2002年,海外杰出青年基金奖 2003年,裘搓基金会裘搓研究员奖(Croucher Foundation Senior Research Fellow Award) 2006年,国家自然科学奖二等奖 学术交流等情况 在开展NMR研究的过程中,与中国科学院武汉物理与数学研究所一直保持着密切的合作关系。 2003年10月参加了中国分析测试协会(CAIA)主办北京分析测试学术报告会及展览会(BCEIA),2004年6月参加了武汉物理与数学所举办的“第二届磁共振新技术——生物大分子NMR国际研讨会”。 主要学术贡献创新思想 张明杰博士主要从事结构生物学,生物化学及其分子生物学的研究。他的调控神经细胞信号传递的蛋白质的结构和功能的研究成果,对于治疗神经系统衰退的疾病,如中风及老年痴呆症等,有着极为重要的影响。张教授及其研究小组运用核磁共振技术,从传统中药中筛选活跃分子,抑制神经信号传递中的一氧化氮合成,以发掘具潜质的药物先导化合物,治疗中风疾病。 1998年利用核磁共振技术解出神经元一氧化氮合成酶的一个抑制蛋白的三维结构,次年又解出神经元一氧化氮合成酶一个重要区域与另一种蛋白形成的复合物的三维结构,一氧化氮合成酶含有的PDZ结构域在许多蛋白质相互作用中起重要作用,解出这个区域与其他蛋白结合的结构,对于生物化学领域有着重要的意义。 2001年与其他生物学专家紧密合作,在细胞生物学方面取得重大突破,首次破解了一种对于确保细胞正常运作至关重要的蛋白质(Ykt6p)的三维结构与功能之间的关系。 曾获得“裘槎优秀科研者奖”,以表扬他在材料科学及生物化学领域进行的基础研究及做出的贡献。 他的调控神经细胞信号传递及神经系统发育的一系列蛋白质的结构和功能的研究成果,对于治疗神经系统衰退的疾病,如中风及老年痴呆症等,有着极为重要的影响。近年来在Cell, Science,NatureStruct. Biol., Mol Cell, EMBO J., PNAS等杂志发表论文100余篇。仅2011年就发表了1篇Cell, 1篇Science, 2 篇Mol Cell, 1篇PNAS, 1篇EMBO J. 其培养的学生和博士后有很大一部分已经在世界各地建立了他们独立的研究组。 2011年张明杰实验室论文发表情况 Zhu, J., Shang, Y., Xia, C., Wang, W., Wen, W., and Zhang, M., ( 2011 ) "Guanylate Kinase Domains of the MAGUK Family Scaffold Proteins as Specific Phospho-Protein Binding Modules" EMBO J (In Press) Pan, L., Chen, J., Yu, J., Yu, H., and Zhang, M. ( 2011 ) "The Structure of the PDZ3-SH3-GuK Tandem of ZO-1 Suggests a Supramodular Organization of the MAGUK Family Scaffold Protein Core". J Biol Chem. 286, 40069-74 Lu, Q., Yu, J., Yan, J., Wei, Z., and Zhang, M. ( 2011 ) "Structural basis of the myosin X PH1N-PH2-PH1C tandem as a specific and acute cellular PI(3,4,5)P3 sensor " Mol. Biol. Cell ,accepted Wei, Z., Zheng, Z., Spangler, S A., Yu, C., Hoogenraad, C. C., and Zhang, M. ( 2011 ) "Liprin-mediated Large Signaling Complex Organization Revealed by the Liprin-α/CASK and Liprin-α/Liprin-β Complex Structures" Mol. Cell 43, 586-598 Zhu, J., Wen, W., Zheng, Z., Shang, S., Wei, Z., Xiao, Z., Pan, Z., Du, Q., Wang, W., and Zhang, M. ( 2011 ) "LGN/mInsc and LGN/NuMA Complex Structures Suggest Distinct Functions in Asymmetric Cell Division for the Par3/mInsc/LGN and Gαi/LGN/NuMA Pathways" Mol. Cell 43, 418-431 Liu, W., Wen W., Wei, Z., Yu, J., Ye, F., Liu, C-H., Hardie, R. C., and Zhang, M.( 2011 ) "The INAD scaffold is a dynamic, redox-regulated modulator of signalling in the Drosophila eye" Cell 145,1088-1101 Huo, L., Wen, W., Wang, R., K am, C., Xia, J., Feng, W., and Zhang, M.( 2011 ) "Cdc42-dependent formation of the ZO-1/MRCKb complex at the leading edge controls cell migration" EMBO J. 30, 665-678 Wei, Z., Yan, J., Pan, L. Lu, Q., and Zhang, M.( 2011 ) "Cargo Recognition Mechanism of Myosin X Revealed by the Structure of its Tail MyTH4-FERM Tandem in Complex with the DCC P3 Domain" PNAS 108, 3572-3577 Wu, L., Pan, L., Wei, Z., and Zhang, M.( 2011 ) "Structure of MyTH4-FERM Domains in Myosin VIIa Tail Bound to Cargo" Science 331,757-760
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[转载]科普:幼年创伤 脑部留痕
xuxiaxx 2011-12-13 13:30
德国研究人员日前发现,如果人们在幼年时长期遭受虐待等 伤害 ,可能会导致脑部结构发生变化且影响深远。 德国明斯特大学9日发表新闻公报说,该校认知与行为神经科学中心的研究人员利用核磁共振成像技术证实,如果幼年时长期遭受暴力等伤害,其脑部在数十年后可能仍有“印记”,这些人日后患 抑郁症 、焦虑症等心理疾病的风险明显偏高。 试验中,研究人员征集了大量未发现心理异常的成年人,询问他们儿时是否受到暴力伤害,并借助核磁共振成像技术观察其脑部结构。结果显示,儿时长期遭受 虐待 等伤害越多的人,其脑部海马区、额叶等主管学习、记忆和情感控制的区域越小。同时,这些人脑部控制恐惧、焦虑等情绪的杏仁体异常活跃。 研究人员说,儿时长期 遭受 虐待后发生的脑部结构变化与某些抑郁症患者的脑部结构变化相似。因此,小时候总受到暴力等伤害的人,成年后患心理疾病的风险更高。 来源:新华网
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科学家和企业领袖
热度 33 饶毅 2011-12-5 14:59
  很高兴Peter Kim博士今天来北大演讲。   最初,Peter是典型的亚裔好学生, 1979年毕业于Cornell的化学专业,研究生在Stanford大学,1985年获得PhD,本来他还可以顺带获得医学博士,可能是研究太好了,他放弃了美国人、特别是美国亚裔热爱的医学博士。   1985年,因为研究生工作突出,他获得MIT的Whitehead研究所独立fellow职位、不用给其他人做博士后。Whitehead可能是当时竞争性最强的生物学研究所,其独立博士后令人羡慕。   Peter的工作不仅顺利,而且走上了星光大道,英文所谓stellar。其后留在MIT任教,32岁得HHMI的研究资助、37岁成为MIT的正教授、39岁成为美国科学院最年轻的院士之一。   Peter在学术界主要的工作是结构生物学。他用过核磁共振(NMR)、也更多地用过X线衍射研究生物结构,包括蛋白质折叠、蛋白质的结构、病毒的结构,等。他做了很多优秀的科学研究,如果你在意Nature、Science和Cell三个杂志,那么Peter在它们里面发表了近30篇论文,我们要一一介绍,可能今天下午讲不完了。   Peter还培养了优秀的学生,其中也有当年的学术明星。   2001年,正当学术旺年的Peter Kim,离开学界投身企业。这反抗了亚裔刻板形象。注意,他不是投身亚裔偏好的商业,而是加入需要创新的药物研发,到大药厂Merck工作。先任研发部门副总裁、后任研发总裁,现还任公司执行副总裁。   一个纯粹的科学家,如何成为药厂的领袖,同学们可以问问Peter。   为什么中国的企业家一般不来源于科学家,同学们可能需要用自己将来的经历来改变现状。   Merck药厂对中国人民较友好,曾以一美元为象征性价格,将肝炎疫苗的生产线“卖”给中国,为中国大规模、高质量生产疫苗,对中国人民健康的改善有贡献。   没有肝炎疫苗的中国,1980年代乙型肝炎感染率,8岁的孩子将近一半。近十年来,同龄孩子只有百分之几的感染率。今天的听众有些可能就是因为有了疫苗才能健康地求学、健康地上北大。   近年,Merck考虑在中国建立研发部门,Peter是做这个决定的主要负责人之一。还有一些我们的朋友在他们的公司也参与考虑在华设厂。   在他们考察过程中,王晓东、施一公和我正面陈述中国--特别是北京--适合全球药厂建立研发部门。我们很高兴Merck选择了北京。   明天,也就是2011年12月6日,他们会正式宣布将以较大的经费,好像是15亿美元,在北京新建研发部门。我想,在全球药厂还不多的北京,这是可喜的一步。   希望这也给我们中国的学生,不仅北大清华的学生,也不仅生物的学生,而是生物、化学和医学的本科生和研究生,毕业后多有了一个出路,不仅只盯着出国、或转行,而可以加入高技术企业,先在跨国企业学习怎么研发药物,以后有些人可以独立出来,创立更多中国的现代制药企业,改善中国、改善全球的人类健康。   Peter今天的题目是如何将科学成果转化为治疗的药物。   2011年12月5日
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魔角旋转固体核磁共振技术简介
热度 5 SSNMR 2011-11-17 10:08
魔角旋转固体核磁共振技术简介
在固体中由于自旋之间的耦合较强,共振谱较宽,掩盖了其他精细的谱线结构,耦合能大小与核的相对位置在磁场中的取向有关,其因子是 (3cos 2 θ-1) ,如果有一种方法使 θ=54.7356° ,则 3cos 2 θ-1=0 ,相互作用减小,达到了窄化谱线的目的。固体核磁的先驱 Andrew 和 Lowe 基于这种考虑,他们各自独立发展了魔角旋转 (Magic Angle Spinning, MAS) 技术,该技术的要点是迫使样品绕相对于 z 轴为魔角 ( 即 54.7356°) 的方向轴作快速的机械转动,从而使一阶四极增宽和偶极增宽得到应有的缩窄,极大程度地消除偶极一偶极和化学位移各向异性相互作用,得到各向同性的高分辨固体谱。在过去由于谱仪硬件的限制,通常能达到的最高转速也就是 40 kHz 以内,如今随着谱仪硬件技术的提高,现在商用谱仪最高转速已经可以达到 70kHz ,这种高转速的探头对于解析一下丰核的固体 NMR 实验研究有着重大意义。
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[转载]不良生活方式是诱发乳腺癌的高危因素
xuxiaxx 2011-11-3 10:28
据新华社电北京大学第一医院乳腺疾病治疗中心赵建新博士认为,乳腺癌的发病率随年龄的增长而增长,其病因目前还未完全探明,但很多乳癌的高危因素非常明显:性别、年龄、家族史、一侧患乳癌、导管或小叶原位癌患者、乳腺非典型性增生、月经初潮早、绝经晚、肥胖、低剂量射线照射等。他认为,乳癌的预防主要是注意高危因素,纠正不良的生活习惯及方式,如吸烟、高动物来源食品饮食、未婚、不生育子女或30岁以后第一胎足月妊娠、不哺乳等。   对于40岁以下女性,赵建新建议定期进行临床检查结合B超。40岁以上女性,每年要进行一次钼钯检查,50岁以后,每两年一次钼钯检查。高危病人可提前到35岁开始钼钯检查,必要时可考虑加用核磁共振检查。   赵建新认为,女性朋友要尽量避免不良嗜好,从生育角度来说,30岁以前第一胎足月妊娠并坚持母乳喂养半年以上,少用或不用雌孕激素类药物,尽量减少胸部放射线照射,定期检查等都可有效降低乳腺疾病的发病。应充分了解乳腺癌的高危因素,早期发现乳腺癌,慎重选择治疗医生,进行规范的个体化治疗。   赵建新同时表示,40岁以下的女性一般不要做钼钯照相检查,反复的射线照射可能对乳房是有害的。   赵建新介绍说,早期发现乳腺癌是确保临床疗效的重要条件,早期发现的方法主要有:自我检查+临床检查+乳腺钼钯照相和B超检查。他强调,35岁之前的女性一般不要接受钼钯检查,由于此时腺体致密乳腺癌的诊断率很低,且可能对乳房有害,反复照射会增加乳癌危险。(葛素表) 来源:人民网
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[转载]老年痴呆的基础研究
xuxiaxx 2011-10-18 08:31
老年痴呆是一种多病机异质性疾病,具有特征性神经病理和神经化学改变,起病常在老年前期,但老年期的发病率更高。 老年痴呆病因及发病机制迄今尚不明确,可能有多因素参与,如遗传、环境、老龄、代谢、头部外伤史、雌激素缺乏等;关于老年痴呆发病机制主要有三种学说,微管相关蛋白tau异常学说、淀粉样肽学说和基因突变学说。 随着影像学的发展,核磁共振扫描仪的场强越来越大,其在老年痴呆的研究中,也逐渐渗入到从诊断到机制研究的各个方面。3.0T 核磁共振已逐步广泛应用,使中枢神经系统的解剖结构和病变显像越来越清晰;而9.4T核磁共振扫描仪更能够清晰的显示皮质的细胞结构,有助于了解代谢及脑功能活动;9.4T甚至更高场强的核磁共振将在AD的早期诊断中起着重要的作用,它不仅能清晰显示内嗅皮质、海马等的微观解剖,还有助于观察更早期的分子水平、细胞水平、代谢水平和微循环改变。 来源: http://med.wanfangdata.com.cn/topic/284.aspx
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[转载]免费的在线数据库、分子结构库及工具
piaoxue001 2011-9-3 14:53
1 在线信息数据库部分 √ SDBS光谱数据库: http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/cgi-bin/direct_frame_top.cgi 简介:很好的有机化合物光谱数据库,包含六类光谱:EI-MS、FT-IR、H-NMR、 C13-NMR、ESR、Raman。含3万余个化合物,其中以商业化学试剂为主,约2/3是6碳至16碳的化合物。数据大部分是其自行测定的,并不断添 加。可以通过化合物、分子式、分子量、CAS/SDBS注册号、元素组成、光谱峰值位置/强度方式搜索。 生物核磁共振数据库: http://bmrb.protein.osaka-u.ac.jp/deposit CRYSTAL程序基组数据库: http://www.tcm.phy.cam.ac.uk/~mdt26/crystal.html √ 计算化学比较和基准数据库(CCCBDB): http://cccbdb.nist.gov 简介:此数据库包括各种量子化学方法、各种基组下对不同分子的各种属性的计算结果,也包含实验数据。可用来对比不同方法计算结果优劣,此数据库内容在不断增加。 √ 量化频率计算校正因子: http://cccbdb.nist.gov/vibscale.asp 简介:实际上就是CCCBDB的一个子页面,比较重要故单独列出。 IUPAC金属络合物稳定常数数据库: http://www.acadsoft.co.uk 注:需要付费,可免费下载试用版。 √ NIST化学数据库: http://webbook.nist.gov/chemistry 简介:是美国国家标准与技术研究院NIST的基于Web的物性数据库。输入分子查找条件,可获得分子量、CAS登记号、各种热力学数据、谱图等信息,部分分子包含3D结构。 RESP ESP charge DDataBase(REDDB): http://q4md-forcefieldtools.org/REDDB/index.php 简介:分子的RESP电荷的数据库 Uppsala Electron Density Server: http://eds.bmc.uu.se/eds 简介:用于评价蛋白质数据库中晶体结构电子密度。输入pdb ID(比如1cbs)进入后可以对各种内容做图。点击EDS Summary下面的Go按钮可以自动启动基于java的电子密度图可视化程序观看电子密度图,注意不要开启浏览器的弹出窗口过滤。 √ 上海有机所化学专业数据库: http://202.127.145.134/scdb/default.htm 简介:十分有用的数据库,免费注册。可获得分子的红外、质谱谱图、结构、物化性质、毒性、生物活性以及相关反应等。还包括中英互译、药品名称检索等功能。 √ EMSL基组数据库: https://bse.pnl.gov/bse/portal Clarkson大学相对论有效势数据库: http://people.clarkson.edu/~pac/reps.html 含重原子全电子STO基组数据库: http://www.scm.com/Downloads/zorabasis/Welcome.html 原子间势参数数据库: http://www.dfrl.ucl.ac.uk/Potentials Stuttgart赝势参数数据库: http://www.theochem.uni-stuttgar ... ls/clickpse.en.html ChemBioFinder: http://chembiofinder.cambridgeso ... r/SimpleSearch.aspx 简介:根据分子质量、名称或者自行绘制结构,从几十万分子中搜索,得到二维结构、Smiles、InCHI字符串、分子量等简单信息。 Sigma-Aldrich公司产品数据库: http://www.sigmaaldrich.com/Area ... /United_States.html 简介:主要用来获得化合物IR、NMR谱图。右上角输入化合物的名字,搜索到后进入相应条目,如果在左侧有FT-IR Raman、FT-NMR字样,就可以进入察看,没有则说明此化合物无光谱数据。也可以获得化合物的一些物性数据,但不全面。 基本物理常数数据库: http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html 简介;可以查到精确的计算化学中涉及的物理常数及换算关系,如hartree-eV 百奥知识数据库: http://tong.bioknow.cn/html/sites/database/index.htm 简介:一个生物信息数据库的比较全的列表,每个数据库有简单官方介绍。 ===================== 2 结构数据库部分 GLYCAM寡糖数据库: http://glycam.ccrc.uga.edu/CCRC/Library/index.jsp √ ICSD无机晶体数据库: http://icsd.ill.fr/icsd/index.php 简介:免费在线提供部分晶体结构信息及cif文件。 √ NDB核酸数据库: http://ndbserver.rutgers.edu 简介:根据NDB ID,获得核酸坐标文件、出处等信息,类似RCSB蛋白质数据库。 PDBbind-CN: http://www.pdbbind.org.cn/index.asp 简介:收集了pdb数据库中的生物分子复合物。给出受体、配体名称、亲和性、序列等信息,可在线观看或下载结构,可根据配体名称、结构搜索含有此配体的复合物。 PDB Wiki: http://pdbwiki.org/index.php/Main_Page 简介:基于PDB数据库,对蛋白质进行了简单分类,访问者可以给每个蛋白添加注释。 sc-PDB: http://bioinfo-pharma.u-strasbg.fr/scPDB 简介:收集了PDB数据库中含有可以为药物结合的位点的蛋白。可根据配体、蛋白、结合方式为特征进行搜索。 √ RCSB PDB数据库: http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do HPDB蛋白质数据库: http://hpdb.hbu.edu.cn 简介:河北大学的蛋白质数据库,可通过此库间接下载到RCSB蛋白质数据库的文件。有中文PDB文件格式的介绍,比较有用,还有另外一介绍蛋白质的些文章。 √ ZINC化合物虚拟筛选数据库: http://zinc.docking.org/index.shtml 简介:根据自定义的化合物的性质,在800万种以上可买到的产品中进行筛选。可以下载到结构文件。 √ PubChem: http://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov 简介:NCBI下属的小分子数据库,包括化合物、物质、生物活性三大数据库,含上千万条目并 不断增加。可通过分子结构、名称、分子式、分子量、XLogP、氢键信息方式查询。可以得到分子的简介、化学结构、XLogP(自动计算)、同义词、生物 活性、毒性、药理学信息及分类、SMILE和InChI/key字符串、相似化合物、2D的SDF文件。一些结构还有3D SDF结构文件,进入条目后可在页面最下面点SDF按钮保存,可被一些软件直接读取,如ChemBio3D。是一个很有用的获得小分子三维结构的方法。 SuperNature天然产物数据库: http://bioinformatics.charite.de/supernatural 简介:几万种天然产物数据库,可通过名称、结构、相似度、LogP、分子量、分子式等信息搜索,也可以绘制结构或根据结构模版搜索,可在线观看结构,并获得净电荷、偶极矩、手形中心数目、可旋转键数目、氢键受/配体等信息。 蛋白质pKa数据库(PPD): http://www.jenner.ac.uk/PPD 蛋白质分类数据库(CATH): http://www.cathdb.info 简介:其中结构来自PDB数据库,半自动地对每个结构根据二级结构、形状、拓扑、同源性进行了分类,可以根据这些特点进行分类查询。 蛋白质结构分类数据库(SCOP): http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop 简介:和CATH的功能类似,包含几万个蛋白质结构。但是是人工对每个蛋白结构进行分类,比CATH的分类更为合理。结构分类基于四个层次:class、fold、superfamily、family。 结构相似蛋白质家族数据库(FSSP): http://srs.ebi.ac.uk/srsbin/cgi- ... i2u1RffMj+-lib+FSSP 简介:此数据库对pdb数据库中的结构使用Dali算法进行了相似度计算,用以找到相似蛋白质。 ========================= 3 在线工具部分 √ Dali server: http://ekhidna.biocenter.helsinki.fi/dali_server 简介:输入PDB ID或者上传PDB,服务器会对此结构与PDB数据库中的结构用dali算法计算,将其中有一定结构相似度的PDB列出。通过复选框选择几个结构,可以对比序列,以及在线观看它们重叠后的3D结构。Dali Database( http://ekhidna.biocenter.helsinki.fi/dali/start) 每年更新两次,如果是在更新日期以前发布的pdb,可以直接在Dali Database里面查询之前已算好的结果,而不必在Dali server里面重新计算。 在线生成金刚石结构(包括同晶体结构的硅、锗): http://turin.nss.udel.edu/research/diamondonline.html 在线生成石墨结构: http://turin.nss.udel.edu/research/graphiteonline.html 在线生成碳纳米管结构: http://turin.nss.udel.edu/research/tubegenonline.html ADIT蛋白质检查工具: http://deposit.rcsb.org/adit 简介:可以自行上传pdb文件,通过Validate操作,自动通过PROCHECK程序绘 制出各种图表用以检查蛋白质。包括ramachandran图,chi1-chi2图,主链/侧链信息图(解析度标准偏差、不合理接触等)、二级结构图、 扭转角分布、键长距离分布、侧链上平面结构偏差分布、主链键长键角扭曲情况。 webPIPSA(Protein Interaction Property Similarity Analysis): http://pipsa.eml.org/pipsa 简介:上传pdb/pqr或输入pdb ID,自动调用APBS/UHBD计算它们的静电势,根据一定规则绘制成距离矩阵,并做簇分析。可以分析不同蛋白质在相互作用上的相似性。可以下载到运行 期间的中间文件,包括转化后的pqr和计算得到的grid格点文件,可被vmd等软件读取。 CASTp: http://sts-fw.bioengr.uic.edu/castp/calculation.php 简介:找出某蛋白所有口袋或孔洞,并得到它们的容积和表面积,有助于研究潜在的配体结合位点。 SFoldRate预测蛋白质折叠速率: http://gila.bioengr.uic.edu/lab/tools/foldingrate/fr0.html ALOGPS: http://www.vcclab.org/lab/alogps 简介:在线上传分子结构,计算LogP、水溶性、PKa、SMILE字符串等信息。支持分子结构格式十分多。 CORINA: http://www.molecular-networks.com/online_demos/corina_demo.html 简介:通过SMILE字符串得到分子的结构文件 一些有用的晶体学工具: http://www.cryst.ehu.es GETAREA: http://curie.utmb.edu/getarea.html 简介:计算分子SASA和溶解能,服务器不太稳健 DockingServer: http://www.dockingserver.com/web/? 简介:在线分子对接,须注册,对免费用户功能有限制 GLYCAM在线构建糖、糖蛋白结构: http://glycam.ccrc.uga.edu/ccrc/biombuilder/biomb_index.jsp MolEdit: http://159.149.163.21/moledit.htm 简介:在线绘制2D结构,自动转化为三维坐标文件,支持格式很多。 √ E-Babel: http://www.vcclab.org/lab/babel 简介:相当于在线版的Babel,可以支持几十种结构文件格式的转换。注意不要打开浏览器弹出窗口过滤功能。 √ Opal Dashboard: http://ws.nbcr.net/opal2/GetServicesList.do 简介:一大批软件的在线计算工具,包括MEME(搜索一组DNA/蛋白序列中的基 序),APBS(解PB方程得到静电势分布、溶解自由能),PDB2PQR(往pdb格式中添加原子半径信息,转为apbs等软件所需的pqr文 件),Prepare receptor/GPF(创建pdbqt、GPF文件),Autogrid(计算autodock所需的格点文件),Autodock(分子对 接),FIMO,GLAM2,GLAM,GOMO。 在线版PDB2PQR: http://nbcr.sdsc.edu/pdb2pqr Prodrg 2.5: http://davapc1.bioch.dundee.ac.uk/cgi-bin/prodrg_beta 简介:输入结构或者在线绘制结构,生成gromacs等软件的拓扑文件,以及加过氢的pdb、gro、mol结构文件。支持gromos87/96力场,支持结构优化。 Karlsberg+: http://agknapp.chemie.fu-berlin.de/karlsberg/index.php 简介:基于线性PB方程在线计算蛋白质Pka PROPKA: http://propka.ki.ku.dk 简介:输入PDB ID或者上传pdb文件,计算PKa。输出结果包括每个残基的Pka,不同PH下的蛋白去折叠化能、最稳定时的PH值,折叠与去折叠时在不同PH下所带电 荷、等电点PH、缓冲能力。虽然独立状态的氨基酸的PKa是已知的,但在蛋白中由于受到周围其它氨基酸的影响PKa会发生改变,故此程序有助于正确判断在 不同PH环境下模拟蛋白质时氨基酸所应处的质子化态。 H++: http://biophysics.cs.vt.edu/H++ 简介:通过隐式溶剂(GB/PB)和分子力学模型计算Pk,并根据指定PH自动将结构质子化 ProBuilder: http://159.149.163.21/probuilder.htm 简介:输入蛋白质序列和预期的二级结构生成蛋白结构文件 PDBsum: http://www.ebi.ac.uk/pdbsum 简介:输入PDB ID或者序列,显示蛋白质信息、基本结构特征、结构出处的文献摘要,可调用PROCHECK分析结构,可在线观看3D结构。 √ PLATINUM: http://model.nmr.ru/platinum 简介:此程序基于分子疏水势的概念。上传受体/配体结构文件后计算,会显示分子总面积、极性 面积、非极性面积的大小。得到的疏水势格点文件可保存也可以在线自动调用Jmol观看,以不同颜色描述分子的疏水/亲水性质,可以直观了解受、配体不同方 式的的结合能力。对于脂体系可以显示2D疏水图。 √√ MarvinSketch: http://www.chemaxon.com/marvin/sketch/index.jsp 简介:一款功能强大的绘制分子结构、反应式并计算相关性质的软件的在线版,需要java运行环境,载入较慢。可自行绘制也可以直接通过名字生成结构(edit-import name),可以直接从模版库/基团库中插入结构(insert-template library/group),可以保存结构文件到本地。可以显示周期表(view-periodic table),获得smile字符串(选中分子,edit-save as smile,然后随便找个文本框paste),显示3D结构(view-Open MarvinView3D/Space),给出结构的名字(tools-Naming),得到分子式、分子量、元素组成(tools-Elemental analysis),绘制滴定曲线、计算PKa、等电点、获得指定PH环境下的被质子化/去质子化后的结构(tools-Protonation),计算 LogP、LogD(tools-partitioning),计算原子电荷、极化率、轨道电负性(tools-charge),获得互变异构体、立体异 构体(tools-isomers),计算各个异构体的能量、做简单分子动力学(tools-conformation),结构拓扑分析、优化并计算能 量、计算SASA(tools-geometry),显示氢键供体/受体原子数目、Huckel分析、计算折射率、显示共振结构、获得结构框架 (tools-other)。在程序下方文本框中可以使用Chemical term语言编写表达式来通过性质筛选分子、计算属性。亦可免费下载此软件的单机版。 MarvinSpace: http://www.chemaxon.com/marvinspace/applet.html 简介:在线的基于java的分子可视化程序,使用Opengl库,支持pdb、mol和cub格点文件。可用NewCartoon等方式显示蛋白质骨架结构,可以用几种方式显示分子表面,并在上面用颜色显示包括静电势在内的几种信息。缺点是程序载入很慢。 REDS(RESP ESP charge Derive Server): http://q4md-forcefieldtools.org/REDS 简介:在线计算RESP电荷,注册十分麻烦。 计算RRKM反应速率: http://phd.marginean.net/rrkm.html DynDom: http://fizz.cmp.uea.ac.uk/dyndom/runDescription.jsp 简介:输如蛋白质分子的两个构象,可分析出构象变化所绕着的旋转轴,以及导致结构变化的关键残基。结果可以用rasmol程序显示。 StrucTools: http://helixweb.nih.gov/structbio/basic.html 简介:可以绘制蛋白质二级序列图,计算主链氢键,绘制B因子-残基图,计算残基所占体积并绘图,计算残基SASA,做Ramachandran图,做蛋白质旋转的gif/mpeg动画。 TarFisDock(Target Fishing Dock): http://www.dddc.ac.cn/tarfisdock 简介:反向对接程序,提供小分子结构,寻找受体蛋白。国内可能需要国外代理才能访问,速度比较慢。 VRML File Creator: http://cactus.nci.nih.gov/vrmlcreator 简介:通过smile字符串或者结构文件,创建VRML(.wrl)文件。比如可以导入Acrobat 3D,在pdf文档中演示分子的立体结构。 w3DNA: http://w3dna.rutgers.edu 简介:输入核酸PDB ID或上传结构文件,分析其碱基结构参数。 WebMO: http://www.webmo.net/demo/index.html 简介:提供了友好的GUI界面,可以在线绘制或导入结构并调用服务器上的Gaussian、 Gamess、Mopac、Molpro、NWChem、QChem、Tinker程序进行量化/分子力学计算。对于免费用户WebMO提供了guest 帐户登入,但运算时间限制在60秒以内,在缺乏计算条件下可以应急使用。 估算REMD模拟适宜的温度设定: http://folding.bmc.uu.se/remd 在线蛋白质分析工具列表: http://www.bioinf.org.uk/servers PBT Profiler: http://www.pbtprofiler.net 简介:输入化合物代码或在线绘制结构,快速预测此化合物对环境污染的情况,包括在各种环境下的半衰期和分布状况、生物累积性、毒性等。 √ WHAT IF: http://swift.cmbi.ru.nl/servers/html/index.html 简介:提供了十分丰富的蛋白质模拟相关工具。包括同源模建、检查和修复蛋白结构、残基突变、蛋白结构分析、可及表面计算、分析氢键、补全质子、原子间不正当接触检测、计算盐桥、生成FlexDock输入文件等等。
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[转载]常用蛋白质数据库
zhenying 2011-8-3 08:38
1.PDB数据库 蛋白质的基本立体结构数据库为PDB (Protein Data Bank),1971年建立于美国布鲁海克海文国家实验室。该数据库中收集了通过X射线衍射和核磁共振(NMR)试验测定的蛋白质结构的精确坐标数据。这种数据即蛋白质中的原子坐标是蛋白质结构的最细致的层次。该数据库的管理者是结构生物信息学合作研究组织(Research Collaboration for Structural Bioinformatics, RCSB, http://www.rcsb.org/pdb/ )。 PC机和工作站上有大量软件工具用于查看PDB 数据库中的结构。其中较好的空间结构能够动态,立体地显现出来。其下载网址为: http://www.umass.edu/microbio/rasmol/ 。 PDBFinder 数据库是在PDB,DSSP,HSSP 基础上建立的二级库,它包含PDB 序列,作者,R因子,分辨率,二级结构等。这些信息不易从PDB 中直接读取,随着PDB 库每次发布新版,PDBFinder 在EBI 自动生成。网址为: http://www.cmbi.kun.nl/swift/pdbfinder/ 2.NRL-3D数据库 该数据库NRL-3D也是所有已知结构蛋白质的数据库。可用于对查询蛋白质序列进行相似性分析以确定其结构。其网址为: http://pir.georgetown.edu/pirwww/dbinfo/nrl3d.html 3.ISSD数据库 ISSD数据库是蛋白质数据库,其每个条目包含一个基因的编码序列,同相应的氨基酸序列对比,并给出相应多肽链的结构数据。核苷酸序列取自GenBank,结构参数来自PDB,包括多肽骨架原子坐标,二面角,还有DSSP程序所预测的二级结构。网址为: http://www.protein.bio.msu.su/issd/ . 4.HSSP数据库 HSSP 是根据同源性导出的蛋白质二级结构数据库。每一条PDB 项目都有一个对应的HSSP 文件。因此,应先按蛋白质的PDB 编号,例如1bda在HSSP 的INDEX中查找1dba.hssp.Z。该数据库同时提供了SWISS-PROT数据库中所有蛋白质序列的同源性。其网址为: http://www.sander.embl-heidelberg.de/hssp/ 。 5.蛋白质结构分类数据库(SCOP) 蛋白质结构分类数据库(structural classification of proteins ,SCOP)是对已知的蛋白质三维结构进行手动分类得到的数据库。将已知结构蛋白质进行有层次地分类(这一方法十分有效)。该资源允许用户分析查询蛋白质是否和已知结构蛋白质具有相似性。其网址为: http://scop.mrc-lmb.cam.ac.uk/scop/ 6.MMDB蛋白质分子模型数据库 分子模型数据库(Molecular Modeling Database ,MMDB)由NCBI 的MMDB 研究小组维护。这是Entrez 检索工具所使用的三维结构数据库,以ASN,1 格式反映 PDB 库中的结构和序列数据。NCBI 同时提供一个配套的三维结构显示程序Cn3D。网址为: http://www.ncbi.nih.gov/Structure/MMDB/mmdb.shtml 。 7.Dail/FSSP数据库 Dail/FSSP 数据库是基于PDB 数据库中现有的蛋白质三维结构,用自动结构对比程序Dail逐一比较而形成的折叠单元和家族分类库。随PDB 库的更新而更新。其网址为: http://www.ebi.ac.uk/dali/ 8.其他相关链接 生物大分子数据库(NHGRI/NCBI Histone Sequence Database) 2D与3D结构 预测数据库(SWISS-3DIMAGE-展示蛋白质和其他生物大分子的3D结构图形) 中文名称: 蛋白质数据库 英文名称: protein database;protein data bank;PDB 定义: 汇集已知蛋白质各种参数的集合。常用的蛋白质序列的数据库有Swiss-Prot。常用的蛋白质立体结构的数据库是创建于1971年美国的布鲁克海文(Brookhaven)国家实验室运作的 Protein Data Bank (PDB),1998年成为Research Collaboratory for Structural Bioinformatics(RCSB)。美国的RCSB PDB、欧洲的MSD-EBI和日本的PDBJ一起构成了Worldwide Protein Data Bank(wwPDB)。 转自 http://hi.baidu.com/hnwglsh/blog/item/cae51750b238f62e43a75b60.html 以及 百度百科
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院长如此选人,校长该如何选人?
windlight 2011-6-15 08:49
zt @HR不简单 :医学院毕业生去医院应聘。院长问:“某人额头上被蜜蜂蛰个包,怎么治?”毕业生甲:“很简单,在患处涂抹点消毒液就可以了。”院长摇头,毕业生甲退出。毕业生乙进,院长又问同样题,乙答:“至少需要住院治疗一周,分别查血液,脑电图、心电图,彩超、核磁共振……”院长:"欢迎你来我院工作! 赵凤光点评: 这个是微博上的一个段子:不禁让人思考如果是校长该如何选人: 我在 人才 ,钱,项目,那个更重要- 里提到“实际从经济竞争角度来看,人才的定义的很多种,但大体上是能扩大自己利益体的利益空间的人才是人才。” 那么校长显然应该选第二种人。 但这个段子其讽刺意味或反话意图也很明显,院长与毕业生乙都是被批判的。问题又出在哪里:站在说话不腰疼? 当然学校校长不可能所有赚钱的事自己来做,花钱的事让教授去做。但选择能赚钱的教授,还是能教好学生的教授,这两者的比例多少合适,都是一个校长应该思考的问题吧?
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调控自旋将成为科技发展的新领域
kejidaobao 2011-5-19 11:21
调控自旋将成为科技发展的新领域
都有为,浙江杭州人,中国科学院院士,现任南京大学物理系教授。长期从事磁学和磁性材料的教学和研究工作,开展对磁性、磁输运性质与材料组成、微结构关系的研究。曾获国家自然科学奖二等奖、江苏省科技进步奖一等奖、2007年度何利-何梁科技奖,获中国专利20项。 电子同时具有电荷与自旋磁矩二个自由度,或二个本征的特性。物质由原子所构成,原子由原子核与电子所组成,原子核由中子、质子构成,中子具有磁矩而不带电荷,中子、质子是由夸克等基本粒子所构成。据目前所知,除希格斯粒子磁矩与电荷均为零外,其他基本粒子均具有磁矩,但未必具有电荷,因此,磁矩比电荷具有更大的普适性。科学家巧妙地利用直流与微波磁场来调控核自旋磁矩的共振吸收特性,制备了广泛应用的核磁共振谱仪与核磁共振成像仪,这是调控电子自旋的范例。然而,长期以来,通常电荷与自旋在不同的领域起着重要的主角作用,人们利用电场调控电子电荷,从而在电力、电子领域中独领风骚,如电动机、发电机为主的电力工业所形成的第二次产业革命;以芯片、计算机为主角的第三次产业革命使人类进人到信息社会,而自旋磁矩主要在磁性材料领域中发挥了不可取代的作用。 20世纪80年代,法国Fert教授与德国Grünberg教授科研组彼此独立地在人工纳米结构中(多层膜)发现高达50%以上的磁电阻效应,被称为巨磁电阻效应。为此,他们被授予2007年度诺贝尔物理学奖,以表彰他们对凝聚态物理与信息技术的发展所做出的杰出贡献。该效应的物理本质是反映了在保持自旋取向的自旋扩散长度内,电子的输运性质与电子自旋的取向有关。对于磁性材料,电子的自旋扩散长度处于1~10nm,对于半导体等非磁性材料可增加到微米量级,传统的电工学与电子学所研究的对象其尺度通常远超过自旋扩散长度,于是电子在输运过程中无法保持一定的取向,从而统计平均的结果无法显示出电子自旋的作用,所以,以往电工学与电子学中不需要考虑电子的自旋。巨磁电阻效应表明:在纳米尺度内,电子输运过程中不仅可利用电子的电荷属性,而且同时可利用电子自旋磁矩,此时的电子学应当考虑电子自旋,称为自旋电子学(Spintronics)。同时利用电子的电荷与自旋,可使信息的传输、运算与存储在固体内部有机地结合在一起,这是科学家长期梦寐以求的目标。1997年IBM公司成功地制备成巨磁电阻效应读出磁头,提高硬盘记录密度几十倍,目前已超过200Gb/in2。20世纪90年代巨磁电阻效应的研究在世界范围内兴起了继高温超导氧化物研究之后的新高潮,形成了磁电子学的新学科。在应用上,磁随机存储器(MRAM),自旋晶体管,自旋传感器等均应运而生,其产值将大于千亿美元。更为重要的进展,是将电子自旋带入到半导体器件中,形成半导体自旋电子学新学科。从物理的观点考虑,二极管发展到超大规模集成电路,奠定了现代信息化社会的基础,但它仅仅利用电子具有电荷这一自由度,用电场调控电子运动。如今,可同时利用电子电荷与自旋这二个自由度,必将呈现前所未有的新效应、新器件。自由电子自旋间的互作用比电子电荷间的作用小1000倍,从而从原理上确定自旋电子学的器件其能耗必将可以低于传统微电子学器件。此外,自旋电子学器件通常具有抗辐射能力强、噪声低、运算速度快以及非易失性,即使电源中断,信息可继续保留等优点。未来,自旋流将可能取代目前半导体元器件中的电荷流,自旋将同时肩负信息的传输、处理与存储。自旋电子技术和自旋量子信息技术很可能会引起芯片技术革命性的变革,成为引领未来的新一代微电子技术。 20世纪也许可称为“电荷”的世纪,人们充分的调控电子具有电荷这一自由度,从而创造出从二极管直到超大规模的集成电路,奠定了信息社会的基础。21世纪也许属于“自旋”的新世纪,人们正在充分地利用、调控电子的另一个本征的自由度“自旋”,推动着社会迈向新的阶段。最近美国国家自然科学基金会提出“自旋电子科学的发展及应用将预示着第四次工业革命的到来”。自旋电子学材料与器件必将成为纳米科技领域中重要的成员,将会对科学与技术以及国防、国民经济起着十分重要的作用,值得我们从科技发展的战略高度给予足够的重视。
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同源建模预测蛋白高级结构
kejidaobao 2011-4-28 11:04
蛋白质同源建模对于高级结构未知蛋白的功能预测具有重要意义。同源模型的构建是基于特定的程序进行的,大量及时更新的序列和丰富的蛋白结构数据库是基础。将需要的工具、程序及数据库整合而成一个基于互联网的工作站,有利于广大科研工作者借助网络平台共享和下载相关功能蛋白的模型构建结果,为特定研究对象的模型构建提供理论依据和帮助。蛋白质同源建模主要包括3个重要步骤:同源模板的选择、模型构建及构建结果评价,其中通过核磁共振(NMR)或X-晶体衍射技术得来的高级结构确定的蛋白质模板是这项技术的基础。利用此项技术已进行了许多人类未知蛋白结构及功能的预测,如对人的细胞周期蛋白A1及人的跨膜蛋白酶3的高级结构构建。目前,比较权威的蛋白质同源模型构建的服务器是链接在ExPASy网站上的Swiss Model,凭借其独特的预测精确性、稳定性及可靠性被广大科研工作者广泛使用。 运用大量相关蛋白家族成员的已知高级结构作为模板,通过对未知蛋白质的高级结构预测,有助于初步确定未知蛋白的功能,对于明确影响蛋白功能发挥关键的结构域、功能活性保守位点、邻近氨基酸残基对功能发挥潜在的影响及可能的突变机制,具有积极的作用。《科技导报》2011年第12期23—31页刊登了佘茂云等的论文“小麦TaCAT新基因克隆及分子生物学和生化特性分析”。本期封面图片显示的是该研究中新克隆的小麦CAT蛋白家族成员TaCAT3的功能活性位点的同源模型构建结果,从中可以得到两方面信息:新克隆的基因属于小麦CAT家族成员;2个蛋白功能活性位点完全吻合表明该模型预测结果可信。高得分值的模型结果评价进一步表明了该方法的可行性,为后续蛋白功能的实证提供了理论基础。同源模型构建是当前最为精确方法学的一种,通过它可得到可信赖的未知蛋白质结构模型信息,同时能发现一些新的蛋白家族成员,进一步丰富蛋白质结构和功能相关性研究。随着后基因组时代快速发展,其贡献和影响力有待进一步证实。本期封面图片由佘茂云提供,封面由金功博设计。 (责任编辑 吴晓丽)
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[转载]华人核磁共振NMR科研小组
nanohandsome 2011-4-11 16:11
http://www.chinanmr.cn/forum.php?mod=viewthreadtid=337extra=page%3D1 请看链接,随时更新 便于大家学术交流,尤其非NMR领域的科研人员寻求合作时,可根据学术专长进行有针对性地接触。
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睿智且坚定——读拉比(代序)
热度 3 xinyumri 2011-3-11 02:41
睿智且坚定——读拉比(代序)
1944 年,瑞典皇家科学院决定恢复颁发因战争而中止了四年的诺贝尔奖,一番讨论之后,物理学奖给了拉比,以表彰他在核磁共振领域所作的开创性工作。当时战争仍在进行着,拉比无法前往斯德哥尔摩领奖,颁奖仪式只好改在纽约举行,由哥伦比亚大学的校长颁发。校长当时已经八十多岁了,老眼昏花,宣读贺词的时候从头到尾把拉比当作了费米。好在拉比当时心情愉快,也不计较。事后,有知情人告诉拉比,拉比之获奖,得到了费米的推荐。费米是为数不多的理论实验皆通的大师,对物理学有着独到而深刻的见解,能得到费米的赏识,令拉比颇感欣慰,这意味着这块奖章的含金量是很足的。到了 1982 年,为爱因斯坦作传的派斯又告诉拉比,他看到了爱因斯坦向诺奖委员会推荐拉比的信的原件。拉比当时已是 84 岁的耄耋老人了,听说此言喜出望外地说:“哇塞!一个诺奖让老夫得意了三回!” 大约两年前,我写过 奧本海默 ,里面的大部分内容,是我读《美国的普罗米修斯》一书所得。然而读奧本海默,在为奧本海默多舛的命运唏嘘之余,我却由衷地喜欢上了拉比。正好他开创的核磁共振领域,是我如今赖以谋稻粮的所在,读研究生的时候,也曾粗粗地读过他写的两能级系统一书。于是满怀崇敬地从学校图书馆借回了这本《拉比传——物理学家和公民》。 书我倒是很快就读完了,而且还读了不止一遍,但我的读后感却一直难产,原因是多方面的。这本书的作者 John S. Rigden 本人是学物理出身的,他在介绍拉比的学术成就时夹入了许多对物理学的评论和分析,不是我这个半路出家、对物理学一知半解的人能够完全理解的,因此写起来多了份畏缩感,总觉得应该读一些其他的书先把课给补上。那情形有些像替杂志审稿,若是撞上了一个我并不很熟悉的领域,总得要去读一些相关的背景文章,才敢放心地去写评论。 不过最主要的原因还是,拉比一生值得讲述的事情太多了。拉比和奧本海默虽然都同为犹太物理学家,而且几乎是同时代的,然而奧本海默出身于钟鸣鼎食之家,拉比则是从布鲁克林的犹太贫民窟中走出来的,他的父母是生活在社会底层、连英文都不会说的犹太移民,他本人也曾必须在追求物理学、还是养家糊口之间做出选择。拉比能从这样的家庭走向诺贝尔奖的领奖台,并打造出哥伦比亚物理系这样超一流的物理王国,靠的是非凡的智慧和对物理学的热爱与执着。 拉比也是一位社会活动的积极参与者。二战期间,拉比在 MIT 辐射实验室领导了雷达的研制,对盟军在欧洲战场的转败为胜起了举足轻重的作用。虽然他本人反对原子弹的研制,但他还是应奧本海默之邀和玻尔一道担任了曼哈顿计划的顾问。二战结束后,拉比在担任哥伦比亚物理系主任的同时,还一度出任杜鲁门的科学顾问,并且利用自己的影响四处奔走,创建了布鲁克海文国立实验室。拉比同时又是一位极富原则性、有着强烈的社会责任感的物理学家,他对于政治的卷入,也始终是以坚持原则为底线的。他在奧本海默听证会上出色的表现,以及事后在学术会议上拒绝同泰勒握手,读来酣畅淋漓,让我看到了一个个性鲜明、刚毅果敢的智者。 读这样一位巨人的传记,时常让我有想把全书逐句翻译出来的冲动。但以我现在的学识和文字功底,我自认尚无法胜任这项工作。所以决定折中一下,细水长流地挨章写写读后感。这篇文章,算是给这个系列做一个序。 此文的题目,是我在读完书中的第 16 章——拉比与奥本海默——时想到的,作者在罗列了拉比和奥本海默诸多的相似之处后,深入分析了造成二人迥然不同的终结命运的原因,并在该章的结尾引用了一首脍炙人口的童谣“ Humpty Dumpty ”作喻: Humpty Dumpty sat on a wall, Humpty Dumpty had a great fall. All the king's horses and all the king's men Couldn't put Humpty together again. 作者写道:如果这位 Humpty Dumpty 是奥本海默,则一旦摔碎后便如歌中所唱那样难以复原,烁烁其华不再,因为奥本海默是复杂和多态的。然而如果 Humpty Dumpty 是拉比的话,即便摔得粉碎也会复原如初,因为拉比的存在状态只有一个。 的确,奧本海默象是一个不稳定的多态粒子,环境因素经常可以导致态的越迁;而拉比的生命本征向量却是唯一的,世态时局,战争政事,都不过是微扰项,不会改变其既定的方向。 睿智且坚定,这正是拉比留给我的印象。
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核磁共振专家Bruce Balcom教授来华讲学安排
肖立志 2011-2-24 18:09
核磁共振专家Bruce Balcom教授来华讲学安排
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国内地球物理仪器研制进入高潮及隐忧
热度 2 chrujun 2011-2-1 19:39
地球物理勘探利用地下目标体和非目标体的物理性质差异来探测目标。典型勘探方法有地震勘探、电法勘探、电磁法勘探、重力勘探和磁法勘探等等。地球物理勘探离不开地球物理仪器。改革开放前,国内主要用自主生产仪器。改革开放后,由于国产仪器和进口仪器在观测精度、自动化程度上差距较大,国产仪器逐步被淘汰。只剩下国外厂家不愿意生产的低端仪器有市场。中高端地球物理仪器全部被进口仪器垄断,国内仪器研发人才大量流失。 转机自2000年后逐步体现。由于包括石油在内的矿产资源价格逐年升高,工程地球物理勘探市场逐年扩大,幸存下来的几家地球物理仪器公司利润和产值快速上升,在研发上有了较大投入。与此同时,由于国内矿产资源和石油大量进口,国家对资源勘探日益重视,对包括地球物理仪器研制在内的投入逐步加大。 最近3-4年,地球物理仪器研制获得了大量投入。中石油和中石化相继启动地震仪研制,国家863计划批准了多个关于地球物理仪器研制的重大项目,总投入经费约10亿元人民币。其中,动作最快的中石油东方地球物理公司率先研制成功万道地震仪,目前正在量产。并且,该公司与美国ION公司在中国大陆成立中方控股的合资公司,专门研制和生产地球物理仪器。 其它机构正在试制样机,估计2-3年后,将会有正式的研制成果。 当前,国产地球物理仪器的年产值约1-2亿元,主要为矿产资源勘探和工程物探用地球物理仪器。国内每年在地球物理仪器研发上的投入约2-3亿元,其中一半以上为企业自主投入。有地球物理仪器的核心研发人员约100人,外围研发人员约200-300人。 地球物理仪器研制目前面临的问题是高水平开发人员匮乏。尽管研发资金在短时间内增加了10余倍,但高水平的地球物理仪器开发并不多,很多是低水平的重复研制。 从长期看,地球物理仪器开发最重要的是能够转化成生产力。如果本轮的地球物理仪器开发不能在短期内转化成生产力,靠国家很难保证在地球物理仪器研制经费上的持久大量投入。国产地球物理仪器只有大量占有高端市场,才能够保证持久的内生性研发投入。
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[转载]分析测试仪器相关英文简称
Alisa 2011-1-26 10:32
紫外:UV 原吸:AAS 高效液相色谱:HPLC 气相色谱:GC 薄层色谱:TLC 离子色谱:IC 原子荧光:AFS 电感耦合等离子体扫描光谱仪:ICP 质谱:MS 红外光谱:IR;傅立叶红外光谱:FT-IR; 核磁共振:NMR 近红外 :NIR 示差扫描量热仪:DSC 动态热机械分析仪:DTMA X射线荧光光谱仪:XRF 透射电子显微镜:TEM 扫描电子显微镜:SEM 场电子显微镜:FEM 场离子显微镜:FIM 低能电子衍射EED 光电子能谱:ESCA 扫描隧道显微镜:STM 原子力显微镜:AFM 横向力显微镜FM 扫描探针显微镜:SPM BOD:生化耗氧量 COD:化学耗氧量 TOC:总有机碳 TIC:总无机碳 AOX:可吸收卤化物 仪器中文名称 仪器英文名称 英文缩写 原子发射光谱仪 Atomic Emission Spectrometer AES 电感偶合等离子体发射光谱仪 Inductive Coupled Plasma Emission SpectrometerICP 直流等离子体发射光谱仪 Direct Current Plasma Emission Spectrometer DCP 紫外-可见光分光光度计 UV-Visible Spectrophotometer UV-Vis 微波等离子体光谱仪 Microwave Inductive Plasma Emission SpectrometerMIP 原子吸收光谱仪 Atomic Absorption Spectroscopy AAS 原子荧光光谱仪 Atomic Fluorescence Spectroscopy AFS 傅里叶变换红外光谱仪 FT-IR Spectrometer FTIR 傅里叶变换拉曼光谱仪 FT-Raman Spectrometer FTIR-Raman 气相色谱仪 Gas Chromatograph GC 高压/效液相色谱仪 High Pressure/Performance Liquid ChromatographyHPLC 离子色谱仪 Ion Chromatograph IC 凝胶渗透色谱仪 Gel Permeation Chromatograph GPC 体积排阻色谱 Size Exclusion Chromatograph SEC X射线荧光光谱仪 X-Ray Fluorescence Spectrometer XRF X射线衍射仪 X-Ray Diffractomer XRD 同位素X荧光光谱仪 Isotope X-Ray Fluorescence Spectrometer 电子能谱仪 Electron Energy Disperse Spectroscopy 能谱仪 Energy Disperse Spectroscopy EDS 质谱仪 Mass Spectrometer MS 核磁共振波谱仪 Nuclear Magnetic Resonance Spectrometer NMR 电子顺磁共振波谱仪 Electron Paramagnetic Resonance Spectrometer ESR 极谱仪 Polarograph 伏安仪 Voltammerter 自动滴定仪 Automatic Titrator 电导仪 Conductivity Meter pH计 pH Meter 水质分析仪 Water Test Kits 电泳仪 Electrophoresis System 表面科学 Surface Science 电子显微镜 Electro Microscopy 光学显微镜 Optical Microscopy 金相显微镜 Metallurgical Microscopy 扫描探针显微镜 Scanning Probe Microscopy 表面分析仪 Surface Analyzer 无损检测仪 Instrument for Nondestructive Testing 物性分析 Physical Property Analysis 热分析仪 Thermal Analyzer 粘度计 Viscometer 流变仪 Rheometer 粒度分析仪 Particle Size Analyzer 热物理性能测定仪 Thermal Physical Property Tester 电性能测定仪 Electrical Property Tester 光学性能测定仪 Optical Property Tester 机械性能测定仪 Mechanical Property Tester 燃烧性能测定仪 Combustion Property Tester 老化性能测定仪 Aging Property Tester 生物技术分析 Biochemical analysis PCR仪 Instrument for Polymerase Chain Reaction PCR DNA及蛋白质的测序和合成仪 Sequencers and Synthesizers for DNA and Protein 传感器 Sensors 其他 Other/Miscellaneous 流动分析与过程分析 Flow Analytical and Process Analytical Chemistry 气体分析 Gas Analysis 基本物理量测定 Basic Physics 样品处理 Sample Handling 金属/材料元素分析仪 Metal/material elemental analysis 环境成分分析仪 CHN Analysis 发酵罐 Fermenter 生物反应器 Bio-reactor 摇床 Shaker 离心机 Centrifuge 超声破碎仪 Ultrasonic Cell Disruptor 超低温冰箱 Ultra-low Temperature Freezer 恒温循环泵 Constant Temperature Circulator 超滤器 Ultrahigh Purity Filter 冻干机 Freeze Drying Equipment 部分收集器 Fraction Collector 氨基酸测序仪 Protein Sequencer 氨基酸组成分析仪 Amino Acid Analyzer 多肽合成仪 Peptide synthesizer DNA测序仪 DNA Sequencers DNA合成仪 DNA synthesizer 紫外观察灯 Ultraviolet Lamp 分子杂交仪 Hybridization Oven PCR仪 PCR Amplifier 化学发光仪 Chemiluminescence Apparatus 紫外检测仪 Ultraviolet Detector 电泳 Electrophoresis 酶标仪 ELIASA CO2培养箱 CO2 Incubators 倒置显微镜 Inverted Microscope 超净工作台 Bechtop转载请注明出自( 六西格玛品质网 http://www.6sq.net ),本贴地址:http://www.6sq.net/thread-135803-1-1.html
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盘点2010:研究进展—19
肖立志 2010-12-31 15:33
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肖立志 2010-12-31 15:31
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肖立志 2010-12-31 15:31
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肖立志 2010-12-31 15:30
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肖立志 2010-12-31 15:08
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盘点2010:研究进展—01
肖立志 2010-12-31 15:04
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在伦敦听核磁共振扫描仪发明者Mansfield的讲座
harveyho 2010-9-16 13:49
去年在Imperial College伦敦帝国理工学院参加MICCAI'09会议期间,有幸听了核磁共振扫描仪发明者, Sir P. Mansfield的主题讲座An audience with pioneers。Mansfield与Lauterbur同获2003 年的医学与生理学诺贝尔奖。 讲座由杨广中教授主持, 参与者亦有 Hounsfield 的朋友Longmore教授。杨教授穿针引线,要Manfield介绍核磁共振扫描仪的种种曲折,故事。Mansfield大致介绍了他当时的构想,实验及原始设计。杨问,您当时有没有想过得奖? Mansfield答,根本没想这些,就是凭着兴趣,一股子干劲, to get things done. 讲座现场(中为Manfield):
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儿童与青少年膝关节急性损伤诊断路径的昨天和今天
GaoXurenKnee 2010-9-12 13:12
德国Maier M等于2010年4月在《Unfallchirurg.》医学杂志上撰文,总结了儿童与青少年膝关节急性损伤诊断路径的昨天和今天。 文中称:对于儿童和青少年的急性膝关节损伤,临床体格检查通常是很困难的。因此核磁共振常用于作为一个辅助诊断工具。本文主要是一方面评价关节镜检查的适应症,一方面评价膝关节核磁共振检查的适应症。方法:1990年至1999年,87名(第一组)患者在进行临床体格检查后进行了关节镜检查。在2000年到2006年,83名(第二组)患者在临床体格检查后使用了核磁共振检查,53例随后还进行了关节镜检查。结果:第一组患者,79%的临床诊断得到了关节镜检查的验证。在第二组,临床检查和关节镜检查的诊断的一致率是60%。由于运用膝关节核磁共振检查,诊断性膝关节镜的使用率可从22%下降到13%。结论:儿童与青少年的诊断性关节镜手术可以通过使用膝关节核磁共振获得减少。 Pubmed相关链接: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20414633 Unfallchirurg. 2010 Apr 23. Maier M, Geiger EV, Sellnow L, Schneidmller D, Vennemann N, Mack M, Marzi I. Klinik fr Unfall-, Hand- und Wiederherstellungschirurgie, Klinikum der Johann Wolfgang Goethe-Universitt, Frankfurt am Main, Theodor-Stern-Kai 7, 60596, Frankfurt am Main, Deutschland 启示:对于儿童和青少年膝关节急性损伤而言,单纯的临床体格检查往往不能够准确判断出膝关节内部损伤的程度。膝关节核磁共振检查和膝关节关节镜诊断性手术检查可以帮助确诊。膝关节核磁共振检查有助于减少膝关节关节镜诊断性手术的使用率。 (江苏省徐州医学院附属医院骨科 膝关节方向 高绪仁 编译)
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膝关节半月板损伤的核磁共振MRI影像学检查
GaoXurenKnee 2010-9-12 12:41
美国Rosas HG在2009年6月的《Top Magn Reson Imaging》(核磁共振专题)杂志上撰文,总结了膝关节半月板的核磁共振MRI影像学。 文中称:在诊断膝关节半月板损伤上,膝关节核磁共振影像学技术已经发展成为一项具有高精确性的方法。膝关节核磁共振片子上可以显示出必要的解剖学细节。在这个保留半月板为导向的年代,膝关节核磁共振可以帮助我们选择相应的治疗策略。若想很准确的解读膝关节核磁共振片子,需要对半月板解剖学、半月板功能、半月板解剖变异、核磁共振技术、膝关节半月板撕裂的核磁共振表现、伴发的膝关节韧带损伤、膝关节半月板误诊的原因以及联合临床体格检查的重要性有全面的理解和把握。 Pubmed相应链接: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20410803 Top Magn Reson Imaging. 2009 Jun;20(3):151-73. Magnetic resonance imaging of the meniscus. Rosas HG, De Smet AA. Department of Radiology, University of Wisconsin, Madison, WI 53792, USA. 启示:随着我国人民生活水平的提高,体育运动的增加,膝关节半月板损伤的患者也越来越多。膝关节核磁共振检查是一项很好的无创检查膝关节半月板损伤情况的手段和方法。但是,为了能够更好地解释膝关节核磁共振片子的病理意义,我们需要进一步提高对半月板解剖学、半月板功能、半月板解剖变异、核磁共振技术、膝关节半月板撕裂的核磁共振表现、伴发的膝关节韧带损伤、膝关节半月板误诊的原因以及联合临床体格检查的重要性的理解和把握。 (江苏省徐州医学院附属医院骨科 膝关节方向 高绪仁 编译)
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一周资讯点评20:科学不能算命,数学可以看病
songshuhui 2010-9-3 11:10
资讯小分队 发表于 2010-08-27 17:45 核磁共振扫描诊断自闭症 的过程不像拍x光片看骨折那么容易,一下子就能看出伤情。即使现在我们对大脑的了解甚至可以达到 科学读心术 的水平,但是在它不正常时,我们却一直没有特别有效的技术手段来确诊精神疾病,一般都是通过对症状分析后做出的判断。而这个资讯中提到了一个新的技术,叫支持向量机(Support Vector Machine, SVM )。神经认知科学松鼠 悠扬 说,SVM的方法现在是fMRI的一个热门,在各方面都得到广泛应用。这种方式可以发掘出数据之间的更多联系,比之前简单地比较激活或者没激活的两组数据更有用。 SVM是神马机器?唔,其实它不是个机器,用数学松鼠 fwjmath 的说法,现在很流行一种研究模式:收集大量的数据,然后用人工智能中发展的算法来处理这些数据,尝试从中提取出有用的东西。SVM即是基于此建立的用来监督学习的人工智能分类器。顾名思义,分类器是给东西分类的,SVM可以把东西分成两类。最厉害的是它有监督学习能力,这样只要给SVM一堆已经分好类的数据,它就自行归纳出分类方法,把其他数据也照着分类了。有研究发现婴儿时期看到的面孔少,长大得脸盲的可能性就大,也许就是因为人脑中也有个类似监督学习分类机的装置。婴儿时期存储的原始数据不够多,给以后数据分析造成了麻烦。 fwjmath 说,那些我们能拥有大量数据,但内部机理仍然不清楚的问题,比如说心理学啊基因啊,都可以采用这种研究模式。但问题在于,尽管这样有机会得到比较有效的模型,但对弄清楚问题的内部机理帮助不大,也就是诊断自闭症还可以,要想弄清楚自闭症的病根,从人工智能算法上还是看不出来的。 神经生物学松鼠 anpopo 也同意,自闭症不是由单一的化学物或者特定脑区的损伤造成的,所以我们去医院看病,医生会抽血啊拍片啊,把疑似症状一项项排除,最后根据化学物质的成分或者解剖结构的异常来判断是什么病,这些方法对自闭症都不管用。利用机器学习的方法间接诊断也属于另辟蹊径的办法。 悠扬 推荐的著名神经认知博客 neuroskeptic (需翻墙)上的一篇文章也专门介绍了这个研究。就临床诊断来说,如果一个不能确诊的病人经过SVM分析之后,显示他得了自闭症的可能性非常大,那么对于这个病例来说,SVM就可以作为患病的确凿证据。但是,如果用了SVM分析之后,得到的结果仍然是不能确诊,那么对于这种病例来说,仍然是缺乏有效办法的。值得注意的是,SVM的判断结果和自闭症患者的社会交往和沟通症状相关最大,这更说明用SVM方法进行的判断能够与表面症状紧密相关。另外比较重要的一点在于SVM能否区分自闭症患者和其他精神疾病?事实已经证明SVM可以区分自闭症和多动症(ADHD)病人的大脑,虽然还需要有和其他病人比较的结果做为证据,但这已经又进一步的支持了SVM能够提供一个针对自闭症患者的诊断标准。 细菌挑起新一轮军备竞赛 这个世界是它们的,这个世界也是我们的。归根结底,这个世界是它们的。因为连我们都是它们的。松鼠 八爪鱼 在 菌城旧事 中如是说。人类对细菌一直又爱又恨,没有细菌人类无法生存,可是一些细菌却可能要了人的命。抗生素这种大规模杀菌性武器终于诞生了,在生物圈有着几十亿年灿烂历史和光荣传统的细菌王国被地球新任霸主,人类,打得落花流水。正在人类得意之时,细菌们带着他们的新武器──耐药性──绝处逢生,卷土重来。人类方才如梦初醒,发现自己的一时得意不过是帮助细菌进行了一次物种改良。此后几十年,人类和细菌之间的军备竞赛就没有停止过。 最近盛传 细菌界出了一种超级细菌 ,百毒不侵,可以抵挡各种抗生素,其实这种NDM-1基因,不是细菌,而是细菌的防具。任何细菌装备上这种防具都能变成超级细菌。生物松鼠 seren 总结了一下,NDM-1基因之所以最近很红,主要是因为这些原因:首先像资讯里提到的,这个基因可以使得细菌对一大类强力高效的抗生素产生抗性;此外,科学家指出,目前正在研发的新抗生素药里面,没有一个具有潜在的、可以对抗NDM-1的能力。其次是因为这个基因的存在位置非常特殊在一种流动性非常强的DNA小环上,叫做 质粒 。我们知道,细菌内部有一个DNA大环,上面包含着这个细菌自身的基因组,相对比较稳定,一般很难在不同种的细菌之间产生互换。但是质粒不一样,它游离于细菌DNA基因组之外,可以很容易地从一种细菌体内跳到另一种细菌身上,这就可能导致抗生素对许多细菌同时失灵。而且,虽然现在含有NDM-1基因质粒的细菌还对另外两种抗生素敏感,可是如果有其他细菌本身已经不怕这两种抗生素,同时又接受了NDM-1的质粒,那这些细菌可就真是所向无敌了。 好在这并不是传染病,不会突然大规模爆发,目前世界上被超级细菌感染的病例也非常少。即便所有抗生素都无效,最起码我们还有自身的免疫系统。细胞生物学松鼠桔子觉得从理论上说,依靠噬菌体也是消灭超级细菌的一个办法。其实,不管是普通细菌也好,超级细菌也好,勤洗手注意卫生,锻炼身体增强抵抗力,都是最基础的办法。 死于游泳的生物流体理学奠基人 英国科学家史密斯和布雷克使用流体动力学模型, 对精子爱在液体表面游动的现象做出了解释 ,流体物理松鼠 水一瓢 说他们用的是传统的细长体分析方法,分析了精子模型,并进一步进行了简化。精子尾巴只能打固定的几个弯,脑袋被强制削成完美的圆形,这样就只会在最后才得到了一个弱小的阻力。 说起细长体分析方法, 水一瓢 不禁要八卦一下开创这个理论的大牛──剑桥大学的詹姆斯赖特希尔(James Lighthill)教授。赖老师在科学上的各种 牛事 也许不是一般人可以理解的,但是作为一个英法混血科学家,没事儿就去独自横渡一下英吉利海峡,实在令人佩服。不幸是第八次这样没有任何保护措施的游泳之旅,他在自己最熟悉最热爱的流体当中结束了自己不平凡的生命。 转基因有害没害?评估了才算 美国否决转基因甜菜种植 有给了那些转基因反对者们一个反对转基因的证据。那么,转基因真的有害吗?食品工程松鼠 云无心 一贯地保留意见:那个甜菜以前被预批准过,实际上已经大面积种植。这次是取消了批准,原因是美国农业部还没有完成这个转基因甜菜的种植对环境影响的评估。也就是说,这个否决决定是基于人们能够想到的转基因作为的影响还有没有经过检测的方面,而不是说因为发现了它有问题。 甜菜的评估没有完成,是不是意味着所有的转基因作物都要禁止呢? 云无心 说,在对转基因作物的管理上,采取的是个案处理的方式,而不是笼统地决定转基因作物能够种植还是不能够种植。每一种转基因作物都要经过广泛严格的检测评估,每个方面都没有问题才会放行。这个例子也再次说明,种植了转基因作物就无法种植传统作物是一个广泛传播的谣言美国这一季的转基因甜菜收割之后,就只能转回种植非转基因的甜菜。 来源:原创 0.618 编辑, 小庄 审稿 想分享科技新鲜事,跟大伙儿谈论热点话题背后的科学?却懒得写长文章,或不知怎么参与?现在可以编译短文或写原创小文章,投稿给资讯频道,与大家共享信息。详情
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中国:对核磁共振对健康的担忧阻碍脑研究
scienceasia 2010-7-25 21:00
英文原文地址: http://www.sciencemag.org/cgi/content/full/sci;327/5968/931-a?maxtoshow=hits=10RESULTFORMAT=fulltext=Fear+of+MRI+Scans+Trips+Up+Brain+Researcherssearchid=1FIRSTINDEX=0resourcetype=HWCIT 北京 北京师范大学的神经学家臧玉峰和他的同事们开始招募儿童志愿者,进行多动综合症的研究。他们计划利用功能性磁共振成像(fMRI)探测健康儿童和患病儿童之间大脑活动的差异。为了征集测试者,大学生们在一所小学前发放传单。然而,他们最后只能空手而归:家长担心核磁共振扫描可能会伤害到自己的孩子。对此,臧玉峰表示,脑功能性磁共振实验实在是太难进行了。 尽管在中国核磁共振已经作为一种诊断工具被广泛接受,但家长们仍不愿意自己的孩子暴露在强磁场中。这方面的忧虑并不是唯一的障碍。公众对医生的不信任与日俱增,所以 MRI 研究真是越来越难做了,北京大学第一医院的放射科医生谢晟表示。她认为原因包括病人的维权意识和媒体对治疗方法的争论。招募健康儿童的艰难已经迫使 MRI 研究真是越来越难做了,不得不通过罹患其它病症的儿童进行研究测试,当然这种方式可能会事与愿违。 经过三十余年的使用,核磁共振被公认较X射线和正电子发射断层扫描更为安全的检测方法,美国国家药物滥用研究所(位于美国马里兰州巴尔的摩市)的核磁共振物物理学部主任、物理学家杨一鸿表示。检测的主要危险是针对那些身体里有起搏器或在其他金属物质的人。到目前为止数百万人已经进行过核磁共振检查,因而现在看来不太可能会有副作用,马克斯普朗克(Max Planck)人类脑与认知科学研究所(位于德国莱比锡市)认知神经科主任阿诺威尔林格(Arno Villringer)表示。 这种解释对中国的病人收效甚微甚至是一些科学家。我不敢让我自己的孩子接受核磁共振测试,北京大学第三医院的放射科医生 韩鸿宾 表示。没有人担保绝对没有任何潜在的危险,尤其是在进行非常规磁共振扫描中会迅速提升磁场强度或使用极高场强时,他说。 面对诸如此类的问题,一些研究人员尝试走某种捷径。比如,谢晟最近向《癫痫研究》(Epilepsy Research)提交了一篇关于6岁以下癫痫患儿的研究报告。不过,上个月这个期刊拒绝发表她的文章,理由是她的对比对象并非完全健康。谢晟也承认:被她列为对比对象的大多数孩子因为其它病症才做核磁共振检查。招募真正健康的儿童参加核磁共振测试太困难了,谢晟表示。 核磁共振标记这个区域。 谭力海的小组发现,与对照组相比阅读障碍的儿童大脑特定的区域活性较低,这个区域对中国人的读写来说非常重要。 一些同行对此表示同情,并建议有时候适当地准许规范研究实践的例外情况。臧玉峰认为,在谢晟的例子里,那些没有患有癫痫之类神经系统疾病但是可能患有其它病症的孩子,是可以作为对照组的。但是,北京师范大学磁共振物理学家黄瑞旺却不这么想,他认为不录用谢晟的文章是正确的。 在美国招募志愿者进行地要更加顺利。经过对功能性核磁共振的详细解释,很多家长同意让孩子参加测试, 俄勒冈卫生科技大学(美国波特兰市)的神经学家达米安费尔(Damien Fair)表示。即使在中国,一些团体也取得了进一步的成功。香港大学脑与认知科学国家重点实验室副主任谭力海表示,他从未在科研项目招募志愿者中遇到麻烦,他的团队通过研究已经能够辨别出决定中国儿童阅读和读写障碍的大脑区域。 谭力海的成功令臧玉峰感到振奋,臧玉峰相信他的小组一定能够克服困难。他们将在这周结束的农历新年之后继续招募活动臧玉峰表示这一次将竭力向父母们解释他们的研究目的。 李娇
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第二届全国低场核磁共振技术与应用研讨会顺利举办
肖立志 2010-5-6 18:42
第二届全国低场核磁共振技术与应用研讨会于2010年5月5-6日在我校顺利举行。以下是我致的开幕词。 各位专家,各位领导,各位新老朋友:大家好! 首先,我代表会议组委会热烈欢迎大家来到中国石油大学参加第二届全国低场核磁共振技术与应用研讨会!这次会议得到中国物理学会波谱学专业委员会的指导,得到中国石油大学的大力支持,得到上海纽迈电子科技有限公司的赞助,在此,特向上述三个单位以及全国低场核磁共振技术与应用研讨会的发起单位表示衷心感谢! 低场核磁共振是一个十分独特的领域,既有共同的仪器设备和技术手段,又有完全不同的研究对象。这种独特性使得我们本来毫不相关的研究人员聚到了一起,分享这个领域的独特魅力和成功实例。实践证明,低场核磁共振有着广泛的用途,在医学、石油勘探开发、食品科学、材料科学、农业科学、林业科学、以及建筑材料和化学工程等领域,已经得到令人鼓舞的成功应用。国际上,低场核磁共振是核磁共振最为活跃的方向之一,受到广泛关注与重视。但是,应该看到,我国低场核磁共振技术与应用还处于起步阶段,与国外还有较大的差距。为了提高我国低场核磁共振技术与应用水平,我们需要加强交流,增进了解,共同发展,举办全国性的研讨会,正是为了达到这个目的!我们这次会议正式参会代表 66 位,分别来自清华大学、上海交通大学、同济大学、中国科学院以及英国牛津大学等单位,今天在座听众 120 余人,将用三个半天的时间发布大会报告 22 个,相信大家会有所收获。 为了增强对世界低场核磁共振技术与应用状况的了解,我们于 2007 年成功申办了 2011 年的磁共振显微成像国际会议,即第 11 届 ICMRM 。明年的 ICMRM 将于 8 月 14 - 18 号在北京召开,届时,世界上最优秀的低场核磁共振专家,包括 Bernhard Blumich, Paul Callaghan, Eiichi Fukushima , Bruce Balcom 等,都将与会,我们可以切身感受到大师的风采和低场核磁共振的魅力。在此,我代表 ICMRM 组委会,并以第 11 届 ICMRM 主席的名义,真诚邀请各位,参加明年的 ICMRM ! 预祝第二届全国低场核磁共振技术与应用研讨会圆满成功! 祝各位代表在北京期间身体健康,心情舒畅!
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更新下实验室的谱仪照片
热度 1 nanohandsome 2010-4-20 21:09
大家就不要到处转载了,在这瞄吧。
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[转载]全国核磁仪分布总结
nanohandsome 2010-4-3 11:06
http://bbs.chinanmr.cn/viewthread.php?tid=940extra=page%3D1
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第二届全国低场核磁共振研讨会通知
肖立志 2010-3-17 08:50
随着低场核磁共振技术的快速发展和低场核磁共振设备的不断成熟,其应用领域不断扩大,已经成为生物医学、植物学、食品学、材料科学、地球物理勘探以及石油化工等领域强有力的研究工具,使得低场核磁共振与人体磁共振成像及高场核磁共振一样,并驾齐驱,引领核磁共振技术和应用的蓬勃发展。为了更好地加强我国低场核磁共振技术研究工作的开展和学术交流,推进低场核磁共振技术在各领域中的应用,由中国石油大学(北京)承办的第二届全国低场核磁共振技术与应用研讨会,定于2010年05月05日~06日在北京市风景秀丽的昌平区中国石油大学召开,现将有关具体事宜通知如下:   一、会议主题:低场核磁共振技术应用研究进展与最新成果   二、会议内容:本次会议将邀请来自美国、加拿大、英国等海外知名专家学者就低场核磁共振相关技术、低场核磁共振在各领域中的研究现状、应用前景和发展方向等问题进行研讨和交流,为国内相关研究人员和学生提供交流平台,促进沟通,加强合作,共同推进我国低场核磁共振技术在各领域中的应用。会议期间同时还进行低场核磁共振新技术讲座和新设备展示,核磁共振测井仪器维修专家研讨班,以及第11届ICMRM国际会议组织委员会会议。   三、会议时间及地点   时间:2010年05月05日~06日   地点:北京市昌平区中国石油大学   四、会议征文     1. 会议征集与会议主题相关的高水平学术论文,并将挑选优秀论文和报告人,推荐其参加2011年8月14-18日在中国石油大学(北京)召开的国际定位磁共振大会,即第11届ICMRM(International Conference on Magnetic Resonance Microscopy)。   2. 欲提交论文者,请于2010年04月1日前寄交会议论文题目及摘要,04月20前寄交论文全文。   五、联系方式 本次会议由上海纽迈电子科技有限公司资助。   联系人:俞小姐、陈先生   电话: 021-52653178   传真: 021-51208283   电邮: lf-nmri@sina.com
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核磁共振常用链接
yaqiangwang 2009-12-13 03:03
英文的核磁共振资源较多,中文的却很少。 核磁共振常用链接是中文的NMR information Server 包括华人核磁方面的科研工作者,以及相关的核磁数据库,期刊,常用的链接等。 http://nmr.chinanmr.cn
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核磁共振与蛋白质结构
yaqiangwang 2009-12-13 02:52
对于小于30 kDa的蛋白质,常规的核磁共振可以解出其结构。 前提条件是,可以得到mM级的样品,并且是13C,15N双标记的。 backbone的归属一般用 15N-HSQC HNCACB CACBCONH 顺利的话一、两个星期可以归属完。 资料来源于 http://bbs.chinanmr.cn http://wiki.chinanmr.cn
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读《科学时报》叶朝辉院士访谈有感
肖立志 2009-10-13 23:19
早晨就看到了今天《科学时报》刊发的对导师叶朝辉院士的长篇访谈,很是亲切,但由于急于去主持美国休斯顿大学刘策教授等专家的学术报告会,对文章内容没有细读。晚上,细读这篇专访,产生许多回忆和感想。 《科学时报》 叶朝辉院士专访的链接:http://www.sciencenet.cn/htmlnews/2009/10/224033.shtm 作为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毕业的学生,首先是对那里怀有深厚的感情,那里的师生情,知识缘,甚至一砖一瓦,一草一木,都难以忘怀! 老师在专访中阐述的观点,我都非常赞同,但有一点我觉得也许应该补充:波谱与原子分子物理国家重点实验室除了是国内波谱学研究的重要基地,做出许多原创性成果外,还是波谱学人才培养的重要基地!为中国,也为世界,培养了大量优秀的波谱学人才,在世界上任何一个重要的核磁共振研究机构里,或者在国际上任何一个核磁共振学术会议上,总可以看到中国科学院武汉物理与数学研究所毕业生的身影,而重点实验室对应的无线电物理博士点多年在学科评比中都是名列第一!这归功于武汉物理与数学研究所优秀的科学家队伍和一贯的严谨治学态度! 老师对我国波谱学研究现状进行了客观中肯的评价,认为经过几十年的发展,我们取得了明显的进步,但是和国外比,依然还处在跟踪阶段。在我看来,核磁共振波谱学的国际前沿是智力和财力的角斗场,既需要深奥的核磁共振理论和丰富的应用背景知识,又需要昂贵的设备,培养一名优秀的核磁共振波谱学家,除了核磁共振学者本身的定力,更需要漫长而稳定的支持。在核磁共振这样一个领域里,你能够真正感受到罗马不是一天建成的!一个优秀的核磁共振实验室是杰出人才和雄厚财力长期努力的结果! 核磁共振已经先后在物理学、化学、医学等三个不同的领域五次获得诺贝尔奖,甚至有人预测在未来几年还会有人在生命科学(如磁共振功能成像的开拓者日本人Seiji Ogawa),或物理学领域得奖。毫无疑问,物理上十分成熟了的核磁共振波谱学,其在化学和生命科学中的应用成为最活跃和最有原创动力的领域,同时,有反过来挑战核磁共振波谱学的物理基础,推动物理基础的创新和发展。所以,武汉物理与数学研究所核磁共振研究集体的研究领域从物理学科转向化学学科,并进一步布局生命科学,充分反映了核磁共振波谱学本身的发展趋势。而作为研究实力还相对薄弱的我国核磁共振国家队,近期采取一种快速跟踪,局部突破的战略,不失为一种有效的方法。 老师对我国发展核磁共振仪器的必要性、迫切性和困境做了深刻分析。科学仪器首先是科学本身重要的、甚至是核心的一部分,同时也是科学原理被有效应用的物化工具,既是科学的源点,也是科学的末端,因此应该放在十分重要的位置。作为末端的科学工具,是可以购买的,但作为源点的科学仪器,只能自己搭建。问题在于,作为一个国家,长期购买末端科学工具产生的依赖性,会扼杀制作源点科学仪器的冲动和能力,从而使研究人员永远只能跪在科学巨人的脚下,难以树立起码的信心。我以为,自主研制源点的和末端的科学仪器与工具,不仅可以让外商对中国市场进行重新评价,同时更是科研信心或创新信心建立的过程!当然,这个过程正如老师所说,是一个非常艰难的过程,而这种艰难只有身处其中才能体会到,正如我先前在研究与开发博文中写的那样,任何一个细小的疏忽或者低级的错误,都可以使仪器开发陷入费时费钱的排查和摸索之中,而这个过程往往让外人十分不解,同时也让自己的信心倍受打击。 老师还特别提到核磁共振石油测井仪!老师能够把这个领域单独列出来我感到非常欣慰。事实上也是如此,在过去的二十年时间里,核磁共振一直是石油测井的热点,也是核磁共振的重要领域,国际上许多优秀的核磁共振专家纷纷加盟,而核磁共振石油测井本身,也从电缆测井发展到随钻测井和井下核磁共振实验室等多个系列仪器,并酝酿着整个石油测井技术体系的变革!但难点仍然在仪器!我国在这方面的起点非常低,而行业的期望却又是如此之高,认为短时间,几个人,少量投入,就应该马上做出来!愿望是好的,但恐怕仅仅是愿望!我回国时并没把重点定位在仪器上,而是在新方法和解释应用上。但随着工作的深入,越来越感觉到,仪器,仪器,只有仪器才是提升我国石油测井水平的真正关键!所以才把自己的研究重点,甚至全部精力投入其中,但困难远远超出我们的想象!所以,我也完全理解老师的苦衷!
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中原之行
肖立志 2009-8-10 15:47
暑假一直在忙碌之中。应老同学宋济府之邀,去了中原油田一趟,同当地的专家们讨论了核磁共振测井应用中的一些疑难问题。下面的照片都是余丹提供的,谢谢!
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重要学术活动预告:宋一桥博士访问日程
肖立志 2009-3-24 14:45
宋一桥博士简历 宋一桥博士(Dr. Yi-Qiao Song)是斯仑贝谢-道尔研究中心最为活跃的专家之一,同时也是哈佛大学医学院和麻省总医院的科学家,在低场核磁共振方法、仪器以及应用领域享有盛誉。在《Nature》、《Science》、PRL、JCP、JMR 等刊物上发表近百篇学术论文,拥有十余项专利。一桥1985年毕业于北京大学,1991年在美国西北大学取得物理学博士学位,而后在加州大学伯克利分校从事博士后研究,直至1997年加入斯仑贝谢-道尔研究中心。 宋一桥先生将于2009年4月22日访问中国石油大学(北京),为我们介绍搬到波斯顿后的斯仑贝谢-道尔研究中心及其核磁共振研究情况,欢迎测井界、医学界、以及学术界感兴趣的学者参加。 时间:2009年4月21日(星期二)上午10:00-12:00 地点:北京昌平 中国石油大学 国际交流中心 主持:肖立志
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核磁新技术的光辉
bywindlw 2009-3-16 01:46
核磁新技术的光辉 热烈祝贺库尔特维特里希荣获2002年诺贝尔化学奖 瑞士布鲁克公司北京代表处 值此欢庆库尔特维特里希(Prof.KurtWuethrich)教授荣获2002年诺贝尔化学奖的时刻,谈一谈核磁共振新技术显得特别有意义。瑞士科学家库尔特维特里希教授1938年生于瑞士阿尔贝格,1964年获瑞士巴塞尔大学无机化学博士学位,从1980年起担任瑞士苏黎世联邦高等工业大学(ETH)的分子生物物理学教授,还任美国加利福尼亚州拉霍亚市斯克里普斯研究所客座教授。因发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法而获得2002年诺贝尔化学奖。瑞士科学家库尔特维特里希拥有布鲁克多台高场核磁共振谱仪,特别是拥有布鲁克世界最先进的900兆核磁共振谱仪。 所有生物都含有包括DNA和蛋白质在内的生物大分子,看清它们的真面目曾经是科学家的梦想。如今这一梦想已成为现实。2002年诺贝尔化学奖表彰的就是这一领域的两项成果。 这两项成果一项是美国科学家约翰芬恩与日本科学家田中耕一发明了对生物大分子的质谱分析法;另一项是瑞士科学家库尔特维特里希发明了利用核磁共振技术测定溶液中生物大分子三维结构的方法。 质谱分析法是化学领域中非常重要的一种分析方法。它通过测定分子质量和相应的离子电荷实现对样品中分子的分析。 美国科学家约翰芬恩与日本科学家田中耕一发明了殊途同归的两种方法。约翰芬恩对成团的生物大分子施加强电场,田中耕一则用激光轰击成团的生物大分子。这两种方法都成功地使生物大分子相互完整地分离,同时也被电离。它们的发明奠定了科学家对生物大分子进行进一步分析的基础。 如果说第一项成果解决了看清生物大分子是谁的问题,那么第二项成果则解决了看清生物大分子是什么样子的问题。 第二项成果涉及核磁共振技术。科学家在1945年发现磁场中的原子核会吸收一定频率的电磁波,这就是核磁共振现象。由于不同的原子核吸收不同的电磁波,因而通过测定和分析受测物质对电磁波的吸收情况就可以判定它含有哪种原子,原子之间的距离多大,并据此分析出它的三维结构。这种技术已经广泛地应用到医学诊断领域。 不过,最初科学家只能将这种方法用于分析小分子的结构,因为生物大分子非常复杂,分析起来难度很大。瑞士科学家库尔特维特里希发明了一种新方法,这种方法的原理可以用测绘房屋的结构来比喻:我们首先选定一座房屋的所有拐角作为测量对象,然后测量所有相邻拐角间的距离和方位,据此就可以推知房屋的结构。维特里希选择生物大分子中的质子(氢原子核)作为测量对象,连续测定所有相邻的两个质子之间的距离和方位,这些数据经计算机处理后就可形成生物大分子的三维结构图。 这种方法的优点是可对溶液中的蛋白质进行分析,进而可对活细胞中的蛋白质进行分析,能获得活蛋白质的结构,其意义非常重大。1985年,科学家利用这种方法第一次绘制出蛋白质的结构。目前,科学家已经利用这一方法绘制出15-20%的已知蛋白质的结构。 最近两年来,人类基因组图谱、水稻基因组草图以及其他一些生物基因组图谱破译成功后,生命科学和生物技术进入后基因组时代。这一时代的重点课题是破译基因的功能,破译蛋白质的结构和功能,破译基因怎样控制合成蛋白质,蛋白质又是怎样发挥生理作用等。在这些课题中,判定生物大分子的身份,看清它们的结构非常重要。专家认为,在未来20年内,生物技术将蓬勃发展,很可能成为继信息技术之后推动经济发展和社会进步的主要动力,由这3位诺贝尔化学奖得主发明的对生物大分子进行确认和结构分析的方法将在今后继续发挥重要作用。 而核磁共振谱仪在生物大分子研究方面应用中的一大要求就是高场,其优点不仅提高了灵敏度,更重要的是增大化学位移的赫茨数,将低场时密集在一起的不同立体位置上的核对应的共振峰分开,以便进行分析和确定结构。随着核磁技术的发展,库尔特维特里希教授的实验室里全部使用了布鲁克公司的先进的核磁共振谱仪。从400兆、600兆到750兆,并在900兆核磁谱仪正式安装前,使用了一段时间的800兆核磁谱仪。库尔特维特里希教授实验室于2002年2月正式开始使用布鲁克900兆核磁谱仪。 高场核磁谱仪的关键首先是磁体,布鲁克公司是世界上能生产900兆超导磁体的为数不多的厂家之一,并在技术上居领先地位。布鲁克公司使用了最先进的超导材料,特有的超导焊接技术,磁体超稳定技术,即工作温度为2K的双冷却技术和高超的杜瓦制造技术确保了磁场的稳定度(包括最小的场漂移)、均匀度和最小的液氦消耗。布鲁克公司的900兆核磁共振谱仪在世界上已经安装并投入正常使用的已有4台:美国SCRIPPS研究所、瑞士联邦高等工业大学ETH、德国法兰克福大学和慕尼黑大学。 核磁共振在生物大分子上的应用,要求谱仪有高稳定度、高分辨率、高灵敏度、好线型和适合于各种特殊脉冲系列实验要求的性能(如:成形发射脉冲、梯度场、多通道)。这样才能取得最佳的核磁参数。布鲁克的Avance核磁谱仪是全数字化的谱仪,数字锁、数字频率和相位发生器、过速采样、数字滤波、数字信号处理器、数字正交检波、数字化的前置放大器、数字化的路由连接、数字化的变温单元、数字梯度场等等大大提高了谱仪的性能。数字锁的优点:2H频率可调(1MHz),引入锁场的化学位移偏移(200ppm),保证了不同溶剂时,可以锁在同一磁场上,使最佳匀场值基本不变,而且谱仪可根据实验所用溶剂自动校正化学位移,不需TMS作标准,如果超导磁场多年后漂移超出磁场可调范围,就可以用改变氘频率和观察核的频率来解决,而不需调超导磁场,如果出现特定的频率强干扰,也可改变频率来避开这种干扰;锁通道采用双通道正交检波,提高了信噪比;引入傅立叶变换,能做到快速锁定;用数字化的校正补偿电压,保证了最佳的效果,提高了抗外来磁干扰的能力,保证了磁场的长期稳定度,同时又保证了有脉冲梯度场时的锁场稳定。过速采样和数字滤波,提高了ADC的动态范围;提高了灵敏度;消除了折叠峰。数字正交检波(DQD)又消除了镜像峰和零频泄漏。数字频率和相位发生器(SGU),扩大了频率范围(31100MHz),保证了频率分辨率为0.005Hz,相位分辨率为0.006度,开关时间小于300ns,脉冲幅度的数字化控制,幅度控制范围为90db,分辨率为0.1db,开关时间为50ns,保证了成形脉冲的精度。布鲁克公司的自动调谐匹配探头(ATM),实现了全自动调谐匹配,简化了调谐匹配手续,保证了90度和180度脉冲的正确设定,从而保证了不同样品都得到最佳匹配,获得最佳质量的谱图(一维和多维)。其它一系列的数字化部件和最先进的软件,使布鲁克的Avance核磁谱仪具有独特的功能,以满足用户的不同需要。继1991年诺贝尔化学奖得主理查德恩斯特(Prof.RichardErnst)教授(使用的全部是布鲁克的核磁共振谱仪)之后,库尔特维特里希教授应用布鲁克公司的仪器所得到的结果,是布鲁克公司的核磁谱仪支持世界上最前沿的科研工作的又一个最好的证明。我们相信,随着核磁技术的发展,布鲁克公司的核磁谱仪也将为科技界作出更多更大的贡献! 由于一些生物样品提取十分困难,而核磁谱仪本质上是低灵敏度的仪器,所以如何提高核磁谱仪的灵敏度成为一个重大的课题。为此,人们作过许多努力,采取不少方法如:提高场强、去耦、进行累加、设计微量探头等等。利用低温减少热噪声,一向是提高信号噪声
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核磁共振与诺贝尔奖
bywindlw 2009-1-12 06:25
核磁共振(NMR)做为结构分析的主要手段之一,迄今为止相关研究成果已获得5次诺贝尔奖。 第1次,美国科学家Rabi发明了研究气态原子核磁性的共振方法,获l944年诺贝尔物理学奖。 第2次,美国科学家Bloch(用感应法)和Purcell(用吸收法)各自独立地发现宏观核磁共振现象,因此而获1952年诺贝尔物理学奖。 第3次,瑞士科学家Ernst因对NMR波谱方法、傅里叶变换、二维谱技术的杰出贡献,而获1991年诺贝尔化学奖。 第4次,瑞士核磁共振波谱学家Kurt Wthrich,由于用多维NMR技术在测定溶液中蛋白质结构的三维构象方面的开创性研究,而获2002年诺贝尔化学奖。同获此奖的还有一名美国科学家和一名日本科学家。 第5次,美国科学家Paul Lauterbur于1973年发明在静磁场中使用梯度场,能够获得磁共振信号的位置,从而可以得到物体的二维图像;英国科学家Peter Mansfield进一步发展了使用梯度场的方法,指出磁共振信号可以用数学方法精确描述,从而使磁共振成像技术成为可能,他发展的快速成像方法为医学磁共振成像临床诊断打下了基础。他俩因在磁共振成像技术方面的突破性成就,获2003年诺贝尔医学奖。
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HSQC和HMQC得区别及应用
yaqiangwang 2008-10-16 07:12
HMQC(异核多量子相干谱)的优点脉冲序列较简单,参数设置容易。反式检测氢维(f2)分辨率较高,灵敏度较高。缺点碳维(f1)分辨率低. 对NH相关谱而言, 其主要缺点是由于t1演化期是多量子信号,故t1期间驰豫更快,所以得到的峰在t1维都较宽,峰的质量差. 对CH相关谱而言, 单量子和多量子大的驰豫速率差别就不明显, 所以HMQC一般用于测定CH相关谱.HMQC的优点是压水峰简单, 同样记谱时间信噪比高于HSQC. HSQC(异核单量子相干谱)的优点反式检测氢维(f2)分辨率高,灵敏度高。缺点碳维(f1)分辨率低。相关峰强度差大(如单峰甲基的交叉峰远高于多重 峰CH2的)。要求参数设置较精确。一般用于测定NH相关谱. 当样品量少时,测定HSQC更好.现在文献用HSQC较多. 转自 核磁共振网 http://www.chinanmr.cn 核磁共振网论坛 http://www.chinanmr.cn/bbs
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TROSY的信号增强原理
yaqiangwang 2008-10-16 07:11
TROSY是核磁技术手段中一个比较重要的发展,主要应用于大型蛋白分子(分子量大于20KDa)的核磁测定。随着蛋白分子的增大,旋转相关时间 (rotational correlation time)上升,使得谱线展宽严重,分辨率急剧下降。一般的异核相关谱已经不适用于如此大的蛋白分子核磁测定。 TROSY技术应用了异核之间的自旋耦合,对于每个H-X组合,在谱图上以4个峰代替了原来去耦合情况下的单峰。由于还存在着偶极相互作用(DD)和化学 位移各向异性(CSA),4个峰的展宽情况不均一,有的变宽,有的变窄。通过相干转移路径的选择,可以使得磁化被尽量转移到最窄的那一个峰,从而实现分辨 率的提高。TROSY的效果在高磁场中比较低磁场明显。(通过理论计算,最优条件约为1.1GHz-质子拉摩频率) 转自 核磁共振网 http://www.chinanmr.cn 核磁共振网论坛 http://www.chinanmr.cn/bbs
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核磁共振网
yaqiangwang 2008-8-25 20:23
核磁共振网 目前最专业的核磁共振网站,华人NMR, MRI论坛,涵盖液体NMR,固体NMR,磁共振成像MRI,量化计算和电子自旋共振等 核磁共振网: http://www.chinanmr.cn 核磁共振网论坛: http://bbs.chinanmr.cn updated 01/26/2015 核磁共振开通了微信公众号,及时发布NMR圈内的产业和科研信息。欢迎关注。微信号 chinanmr
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GMT+8, 2024-5-27 04:38

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