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核磁共振未來的發(fā)展趨勢研究

發(fā)布日期:2013年4月12日 關(guān)注度:2813
  1991年,58歲的瑞士化學(xué)家RichardR.Ernst已是功成名就,正馬不停蹄地繞著地球領(lǐng)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)。在從莫斯科飛往紐約的泛美航空公司的班機(jī)上,他被機(jī)長告知了得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的消息。在大西洋上空海拔一...

      1991年,58歲的瑞士化學(xué)家Richard R. Ernst已是功成名就,正馬不停蹄地繞著地球領(lǐng)獎(jiǎng)?lì)C獎(jiǎng)。在從莫斯科飛往紐約的泛美航空公司的班機(jī)上,他被機(jī)長告知了得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的消息。在大西洋上空海拔一萬多米的駕駛艙中,Ernst聽取了來自瑞典皇家科學(xué)院,瑞士總統(tǒng)和他在蘇黎士理工的同仁們的祝賀。據(jù)說,Ernst在說了不勝榮幸之類的客套話后,接著就問到:“誰是另外兩個(gè)獲獎(jiǎng)?wù)?”他急于想知道誰將和他瓜分那一百萬美元的獎(jiǎng)金。那年得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的,只有Ernst一人。

 

      核磁共振能得到化學(xué)家的青睞,源于一種叫“化學(xué)位移”(chemical shift)的現(xiàn)象。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因,是因?yàn)閲@原子核旋轉(zhuǎn)的電子改變了原子核周圍的磁場強(qiáng)度,因而使原子核的共振頻率發(fā)生了位移。于是,通過檢測原子核的共振頻率,就可以推算出其所處的電子也就是化學(xué)環(huán)境,核磁共振波譜學(xué)便應(yīng)運(yùn)而生了。

 

      然而Ernst以前的核磁共振實(shí)驗(yàn),用來激發(fā)原子核能級躍遷的電磁波都是單一頻率的。要想捕捉到不同共振頻率的原子,科學(xué)家們必須不厭其煩地改變磁場的強(qiáng)度,以使原子核的能級和電磁波的頻率吻合,這樣的實(shí)驗(yàn)是極其繁瑣和費(fèi)時(shí)的。Ernst率先發(fā)明了用脈沖信號取代單一頻率電磁波的方法,脈沖信號包含的豐富的頻率成分能一次性的把不同共振頻率的原子核激發(fā),這樣只要對采集到的信號做一個(gè)簡單的傅立葉變換,就可以得到樣品的完整的核磁共振譜。Ernst的工作大大地改變了核磁共振波譜學(xué)的面貌,他創(chuàng)立的脈沖核磁共振和傅立葉分析理論對日后的成像研究也有巨大的影響,因?yàn)楝F(xiàn)代的成像技術(shù)多是在傅立葉空間采集數(shù)據(jù),然后通過二維傅立葉變換進(jìn)行圖像重建。

 

      如今核磁共振波譜學(xué)已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于分析化學(xué)與結(jié)構(gòu)化學(xué)的研究中,在關(guān)于蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的研究上,開始和傳統(tǒng)的X光晶體衍射的方法平分秋色。雖然核磁共振的方法在分辨率上尚不及X光晶體衍射,但因?yàn)楹舜殴舱衲苤苯訉θ芤褐械牡鞍踪|(zhì)進(jìn)行分析而不需要生成晶體,所以它在研究蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的形成以及蛋白質(zhì)之間的相互作用上,有其獨(dú)到之處。2002年,諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的一半頒給了另一個(gè)在用核磁共振波譜學(xué)研究生物大分子結(jié)構(gòu)方面有杰出工作的瑞士化學(xué)家Kurt Wüthrich,也許是因?yàn)檫@次是和另外兩個(gè)做質(zhì)譜儀的科學(xué)家平分,或者是得獎(jiǎng)多次產(chǎn)生了審美疲勞,這一次在醫(yī)學(xué)界并沒有掀起太大的波瀾。