报告小结 | 生物和材料界面的多尺度核磁共振测量方法—

报告小结 | 生物和材料界面的多尺度核磁共振测量方法——总结版2

来源：苏州纽迈分析仪器股份有限公司分类：成果 2023-12-18 09:45:41 44阅读次数

2023年12月9日，清华大学分析中心磁共振实验室特邀上海交通大学孔学谦教授进行学术报告，该报告题为《生物和材料界面的多尺度核磁共振测量方法》。

现将本次报告的小结展示给大家，总结版2来自李文郁老师。

————总结版2，李文郁————

主题：《生物和材料界面的多尺度核磁共振测量方法》

主讲人：孔学谦教授

关键词：核磁共振，界面，多尺度

2023年12月7日，孔学谦教授受磁共振实验室邀请来到清华大学，为大家带来了精彩的报告。报告以界面化学的基础科学问题及对应的空间尺度（亚纳米、纳米至微米）及时间尺度问题（纳秒至秒）开场，介绍了核磁共振对多维度（能量维度、空间维度、时间维度）信息的解构能力以及面临的挑战，最后以课题组的主要工作为精彩案例，展示了如何从技术和方法上，通过多种方案，对多重核磁作用逐级拆分，从而化解上述挑战、解决界面化学的科学问题。

（1）挑战1：界面信号复杂、重叠严重

→方案1：综合运用多核和多维波谱方法

以钠金属电池体系为例，通过23Na NMR分析SEI界面的23Na信号，追踪SEI成分演化，揭示界面组成与电池性能的关联。

（2）挑战2：非晶态结构空间形貌缺失

→方案2：由自旋耦合重建立体结构

以MOFs材料体系为例，通过观测19F-19F耦合，以及对多孔晶体缺陷的空间分布进行拟合，揭示了缺陷的1D分布特征；通过测量13C-19F耦合，从而建立缺陷-配体间的空间关联，确立纳米晶体表面配体分布形貌。

（3）挑战3：核磁成像分辨率低

→方案3：发展强场显微成像

目前临床MRI分辨率为毫米级，缺失微米级图像信息，通过使用强场MRI结合特殊成像序列，可捕捉快弛豫信号，从而使分辨率最高提升100倍，达10微米级别。以皮质骨微血管为例，结合了核磁波谱学与弛豫方法，对小鼠、猪、牛、羊的不同皮质骨样品进行了对比分析，达成了信号区分和定量，并通过强场MRI首次获得了羊皮质骨微血管的高分辨图像（分辨率达20微米），拓展了磁共振的空间分辨尺度。

（4）挑战4：界面动力学难以观测

→方案4：挖掘物理机理、设计脉冲序列，建立自旋与分子动力学的关联

以钠离子跨膜动力学过程为例，通过明确23Na弛豫动力学机制，量化了细胞内外结合钠离子的数量，研究了跨膜传输过程，并通过观测细胞缺氧坏死过程中钠离子的变化研究了细胞离子代谢活性。以纳米颗粒体系为例，可通过二维交换谱学，量化纳米界面配体交换速率以及配体的弱键作用。

（5）挑战5：界面信号灵敏度低

→方案5：超极化

由于界面物种占比少，且NMR灵敏度低，界面信号在NMR测试中一直是难题。通过DNP可以大大增强界面信号，并探测17O等弱信号核的信息。

（6）挑战6：图像信息维度单一

→方案6：发展多核磁共振

目前核磁成像主要针对1H。强场MRI可提高灵敏度，使得多核成像成为可能。通过研发23Na成像线圈和方法，观测到了老鼠脑部钠离子成像图。

（7）挑战7：时间和动态感知受限

→方案7：开发快速时空融合成像序列

目前成像上存在毫秒级动态信息难以捕捉导致时间空间信息不匹配的问题，通过发展快速时间分辨序列，可观测和分辨毫秒级别的钠离子跨膜交换，使得时序感知和空间成像同步。

小结：孔学谦教授以科研实例一一解析了目前的挑战与核磁共振解决方案，展现了通过合适的技术与方法，可以全方位发展磁共振测量能力。

供稿：李文郁

编辑：陈阳

审核：杨海军

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