Российские ученые смогли усилить сигналы ядер селена-77 в 12 тысяч раз
Суть анализа методом ядерного магнитного резонанса (ЯМР-анализа) заключается в том, что ядра атомов, находясь в магнитном поле, начинают излучать или поглощать радиоволны — эти сигналы уникальны для каждого элемента и позволяют точно определить структуру и состав исследуемого вещества. Однако ядра некоторых элементов, особенно редких изотопов, сложно выявить, так как их сигналы слишком слабы. Селен-77 — именно такой случай. Он играет важную роль в биологических системах, участвует в антиоксидантной защите клеток и входит в состав потенциальных противоопухолевых препаратов. Но обнаружить его излучение крайне затруднительно из-за низкой интенсивности ЯМР-сигнала.
Ученые из Новосибирска, Москвы и Нижнего Новгорода предложили способ, который кардинально повышает эффективность ЯМР для селена-77 без задействования дорогостоящих и трудоемких технологий или громоздкого оборудования. Ключевым элементом метода стал параводород — особая форма водорода, где спины протонов направлены в противоположные стороны. В «спящем» состоянии параводород не мешает измерениям, но в определенных условиях он может передавать свою ядерную поляризацию другим атомам. Ученые поместили анализируемое соединение в раствор с иридиевым катализатором, через который пропускался параводород. В образовавшемся комплексе поляризация от водорода передается сначала на азот, а затем — на селен-77, тем самым многократно усиливая его ЯМР-сигнал.
Одним из главных достоинств метода стало то, что вся процедура занимает считанные секунды и проходит при комнатной температуре — это значит что методика гораздо дешевле и быстрее любых других способов создания ядерной гиперполяризации. Важным условием успеха стало формирование оптимального по своей силе магнитного поля — оно оказалось почти в 100 раз слабее, чем земное. Создать такое поле ученым помог специальный магнитный экран. Такой подход значительно упрощает и удешевляет анализ, делая его доступным для широкого применения.
Эффективность новой технологии ученые продемонстрировали на органическом соединении, которое потенциально обладает антимикробным и противоопухолевым действием. Им удалось зарегистрировать даже молекулы, которые, помимо селен-77, содержали редкий изотоп азота — азот-15. Их доля в образце составляла всего 0,028%, и обнаружить настолько малое количество молекул раньше при стандартном ЯМР-анализе было невозможно.
По словам руководителя проекта, химика Алексея Кирютина, разработка имеет широкий потенциал. Она может ускорить создание новых лекарств и агрохимикатов, а также обеспечить совершенно новые возможности в медицинской диагностике, в частности, при разработке контрастных агентов для магнитно-резонансной томографии. Особое значение это открытие имеет для изучения биологически активных веществ с противоопухолевыми и антимикробными свойствами, где критически важны точность и чувствительность анализа. В будущем ученые намерены усовершенствовать методику, отказавшись от магнитного экрана и перейдя к использованию электромагнитных колебаний на аудиочастотах, что позволит создавать портативные устройства для практического применения в биологии и медицине.
