Gần đây, Viện Khoa học và Đổi mới Công nghệ Đo lường Chính xác của Học viện Khoa học Trung Quốc đã hợp tác với Đại học Vũ Hán và các đơn vị khác để phát triển một phương pháp mới để tăng cường tín hiệu cộng hưởng từ khí trong dung dịch nước, có thể tăng cường đáng kể tín hiệu cộng hưởng từ của khí trong dung dịch nước, do đó cải thiện độ nhạy phát hiện phân tử cộng hưởng từ. Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Phổ và hình ảnh cộng hưởng từ (NMR/MRI) là một kỹ thuật phân tích và hình ảnh y tế quan trọng, đã được sử dụng rộng rãi trong phát hiện mô lỏng, rắn và sinh học, trở thành kỹ thuật hình ảnh thể hiện cấu trúc và chức năng của cơ thể con người ở trạng thái sống, có thể hình ảnh cơ quan nội tạng rắn và không có bức xạ, không giới hạn độ sâu hình ảnh. Tuy nhiên, đối với phổi, kỹ thuật chụp cộng hưởng từ truyền thống (1H MRI) rất khó để đạt được hình ảnh khí bên trong phế nang, vì vậy phổi trở thành "điểm mù" để phát hiện cộng hưởng từ truyền thống.
Cộng hưởng từ khí có thể bù đắp cho sự thiếu hụt của cộng hưởng từ truyền thống. Nhóm nghiên cứu Chu Hân của Viện đo lường chính xác đã tăng cường tín hiệu cộng hưởng từ khí 129Xe hơn 50.000 lần thông qua công nghệ siêu phân cực và đã được áp dụng để phát hiện cấu trúc và chức năng của phổi người, thành công trong việc "thắp sáng" phổi. Kỹ thuật này không xâm lấn và có lợi thế của các kỹ thuật khác * trong chẩn đoán và đánh giá điều trị các bệnh phổi lớn. Tuy nhiên, việc sử dụng cộng hưởng từ 129Xe trực tiếp để phát hiện hệ thống sinh học là không cụ thể. Trong những năm gần đây, một loạt các "lồng" phân tử đã được phát triển, có thể liên kết các nguyên tử 129Xe, mang lại khả năng phát hiện cộng hưởng từ siêu phân cực 129Xe. Tuy nhiên, những "lồng" phân tử này đều có độ hòa tan trong nước kém, vấn đề tín hiệu 129Xe trong "lồng" yếu, nâng cao cường độ tín hiệu 129Xe trong "lồng" là một thách thức lớn đối với lĩnh vực này.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu * đề xuất rằng vật liệu khung xương hữu cơ kim loại ổn định nước (MOF) – ZIF-8 là "lồng" nano của 129Xe để tải 129Xe, có thể cải thiện hiệu quả nồng độ 129Xe trong dung dịch nước, sử dụng thiết bị khoa học cộng hưởng từ khí siêu cực được phát triển độc lập bởi nhóm chủ đề, tăng cường đáng kể tín hiệu cộng hưởng từ 129Xe trong "lồng" dung dịch nước, tăng gấp 200 lần so với tín hiệu cộng hưởng từ 129Xe trong "lồng" phân tử truyền thống, đạt được bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực hình ảnh phân tử cộng hưởng từ 129Xe siêu cực. Ngoài ra, do các rào cản về cường độ tín hiệu Xe bên trong "lồng" đã bị phá vỡ, trao đổi hóa học giữa tín hiệu này và tín hiệu trong máu có thể được sử dụng trong phát hiện sinh học để khuếch đại tín hiệu yếu trong máu, do đó tăng độ nhạy của phát hiện phân tử trong máu.
Phương thức này được đặt tên là "Hyperpolarized Xe Signal Advancement by Metal-organic Framework Entrapment (Hyper-SAME)". Hyper-SAME có thể được kết hợp với công nghệ Hyper-SAGE do các tác giả phát minh trước đó (PNAS, 2009) để tối ưu hóa hơn nữa, khuếch đại tín hiệu cộng hưởng từ 129Xe. Nghiên cứu này đã cải thiện đáng kể độ nhạy và độ phân giải của cộng hưởng từ khí trong dung dịch nước và thể hiện một bước tiến gần hơn để phát hiện mục tiêu nhạy cảm cao như một công cụ y sinh chính.
Tiến sĩ Viện Đo lường Tinh xác Tăng Khánh Bân và Tiến sĩ Đại học Vũ Hán Biệt Bỉnh Lâm là tác giả chung, nghiên cứu viên Viện Đo lường Tinh xác Chu Hân, Quách Thiến Vĩ và giáo sư Đại học Vũ Hán Đặng Hạc Tường là tác giả chung. Nghiên cứu được hỗ trợ bởi Bộ Khoa học và Công nghệ, Ủy ban Quỹ Khoa học Tự nhiên Quốc gia và CAS.