Спиновая динамика в индуцируемой параводородом поляризации ядер: спиновый порядок и гетероядерный перенос поляризации в сильном магнитном поле

Работа посвящена развитию методов повышения чувствительности ЯМР спектроскопии гетероядер за счет рационального применения спинового порядка параводорода в сильном магнитном поле. Магнитно-резонансная спектроскопия ядер обладает существенным недостатком в виде низкой чувствительности. Для преодоления этих ограничений внимание научного сообщества было направлено на развитие методов повышения чувствительности ЯМР за счет создания ядерной спиновой гиперполяризации. Большой интерес научного сообщества вызывает метод ИППЯ (индуцирумой параводородом поляризации ядер), в котором источником поляризации служит молекулярный параводород. Особую важность для биомедицинских приложений гиперполяризованных спинов имеет неразрушающий метод создания ИППЯ (SABRE), для экспериментальной реализации которого требуется магнитный экран. Это существенно ограничивает область применения метода SABRE и делает его недоступным для большинства лабораторий, в особенности химико-биологического профиля. В диссертационной работе особое внимание уделяется переносу поляризации методом SABRE в сильном магнитном поле ЯМР спектрометра в отсутствие дополнительных устройств-поляризаторов. Было показано, что смешивание населенностей синглетного и триплетных состояний в молекулярном водороде в экспериментах SABRE имеет когерентную природу и представляет собой критически важный процесс, который требуется учитывать для повышения эффективности методов SABRE как в сильных, так и в слабых магнитных полях. Было показано, что адиабатическая развертка амплитуды радиочастотного магнитного поля в экспериментах SABRE в сильных магнитных полях позволяет повысить уровни гетероядерной поляризации в случае долгих времен жизни каталитического комплекса. При этом показано, что оптимизация профиля развертки амплитуды радиочастотного поля увеличивает эффективность адиабатических методов. Была разработана импульсная последовательность SABRE с радиочастотными магнитными полями, частоты которых близки к резонансным частотам ядер 1H и 15N в каталитических комплексах с химически неэквивалентными гидридными ядрами 1H, которая обладает высокой эффективностью и универсальностью для 15N поляризации биологически важных молекул в сильном магнитном поле. Разработанная двухканальная импульсная последовательность SABRE со слабыми импульсами радиочастотного магнитного поля позволяет проводить гиперполяризацию ядерных спинов селективным образом в заданном типе каталитических комплексов и с высокой точностью определять их ЯМР параметры.