Aquí hay una nueva tecnología que es potencialmente disruptiva precisamente porque no es disruptiva: los científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab han desarrollado un dispositivo que permite la espectroscopía de resonancia magnética nuclear RMN, junto con un potente sensor molecular, para analizar las interacciones moleculares en soluciones viscosas y materiales frágiles como los cristales líquidos.
En primer lugar, su método permite que el sensor, gas de xenón hiperpolarizado, se disuelva en pequeñas muestras de sustancias sin alterar su orden molecular.
La técnica aporta el poder analítico de la RMN de gas hiperpolarizado a materiales que son demasiado frágiles para aceptar el gas xenón a través del burbujeo o agitación, que son los métodos de suministro convencionales. Podría ayudar a los científicos a aprender más sobre polímeros, filtros y catalizadores avanzados para la industriaprocesos y pantallas de cristal líquido, por nombrar algunas aplicaciones.
La investigación se realizó en el laboratorio del pionero de RMN Alexander Pines, un científico principal de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y el Profesor de Química Glenn T. Seaborg de UC Berkeley. Ashley Truxal y Clancy Slack, que son estudiantes y miembros graduados de UC Berkeleyde la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab, realizó la investigación con varios otros científicos.
Su trabajo fue publicado en línea el 8 de marzo en la revista Angewandte Chemie .
"Nuestro dispositivo proporciona una forma nueva y robusta de introducir gas de xenón hiperpolarizado en una muestra sin perturbar el orden de sus moléculas", dice Pines. "Nos permitirá utilizar RMN para estudiar nuevos tipos de materiales viscosos y frágiles, comoasí como materiales que se agregan jerárquicamente en estructuras más complejas, como membranas sintéticas y células biológicas ".
La espectroscopía de RMN, al igual que su imagen de resonancia magnética MRI primo de imagen, utiliza imanes superconductores para polarizar la alineación de los espines nucleares en una muestra. Cuando se aplica un pulso de radiofrecuencia, los espines de los núcleos se vuelven y luego se relajanalineación, que produce una frecuencia característica propia. La frecuencia es convertida por detectores de RMN en una lectura espectral del tipo, distribución y estado de reacción de las moléculas en el material.
Sin embargo, a menudo, solo un pequeño porcentaje de los espines nucleares en una muestra están polarizados, lo que limita significativamente la sensibilidad de RMN. Una forma de aumentar la fuerza y la sensibilidad de las señales de RMN es hiperpolarizar los espines nucleares, lo que significa que los núcleos están polarizados lejosmás allá de sus condiciones de equilibrio térmico. El isótopo xenón-129 es relativamente fácil de hiperpolarizar y da una gran señal de RMN en respuesta a pequeños cambios en su entorno. Está burbujeado en un material que los científicos quieren analizar con RMN, y el giro del xenónlos núcleos informan lo que hay dentro
Pero el gas xenón hiperpolarizado tiene una gran limitación: cuando se burbujea en una solución viscosa o material alineado molecularmente, las burbujas interrumpen la muestra, a veces hasta el punto de destruirla.
Los científicos de Berkeley Lab han superado esta limitación. Su método disuelve el gas de xenón hiperpolarizado en muestras frágiles sin causar estragos en su orden molecular. Así es como funciona: una muestra a estudiar se coloca dentro de fibras huecas de membrana de silicona. El gas de xenón se difundea través de las columnas, y solo se analiza el xenón dentro de las columnas. Se adquiere la señal de RMN y el gas xenón se difunde fuera de las columnas, para ser reemplazado por un nuevo gas.
"Nuestro sistema esencialmente respira xenón dentro y fuera de las columnas, por lo que la fuente de señal se repone constantemente", dice Truxal. "Además de no ser perjudicial para la muestra, el enfoque requiere una cantidad muy pequeña de muestra, por lo queel análisis de RMN es muy eficiente "
Los científicos han demostrado su enfoque no disruptivo en dos materiales que el gas xenón hiperpolarizado no puede sondear utilizando técnicas convencionales. En un ejemplo, utilizaron el dispositivo para rastrear cambios de fase en MBBA, un cristal líquido orgánico.
"Comprender con precisión cuándo y por qué un cristal líquido experimenta un cambio de fase puede ayudarnos a aprovechar las propiedades, tal vez conduciendo a mejores pantallas electrónicas, por ejemplo", dice Truxal.
Los científicos también utilizaron el dispositivo para analizar un bacteriófago con propiedades cristalinas líquidas, lo que indica que la técnica se puede aplicar a una amplia gama de materiales biológicos.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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