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पोर्टेबल स्पेक्ट्रोस्कोपी उपकरण जल्द ही वास्तविक हो सकते हैं

न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस (NMR) एक एनालिटिकल टूल है जिसमें कई तरह के एप्लिकेशन होते हैं, जिसमें मैग्नेटिक रेजोनेंस इमेजिंग भी शामिल है, जिसका इस्तेमाल मेडिसिन में डायग्नोस्टिक उद्देश्यों के लिए किया जाता है। हालांकि, एनएमआर को अक्सर शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करने की आवश्यकता होती है, जो इसके उपयोग के दायरे को सीमित करता है। जोहान्स गुटेनबर्ग यूनिवर्सिटी मेंज (जेजीयू) और हेल्महोल्ट्ज इंस्टीट्यूट मेंज (एचआईएम) में काम करने वाले शोधकर्ताओं ने अब संबंधित उपकरणों के आकार को कम करने के संभावित नए तरीकों की खोज की है और मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों की आवश्यकता को समाप्त करके संभावित संबद्ध जोखिम भी खोजा है। यह तथाकथित शून्य-से अल्ट्रालो-फील्ड एनएमआर को एक विशेष हाइपरपोलराइजेशन तकनीक के साथ जोड़कर प्राप्त किया जाता है। “यह रोमांचक नई पद्धति एक अभिनव अवधारणा पर आधारित है। यह अवसरों की एक पूरी श्रृंखला को खोलता है और पिछले नुकसान को दूर करता है,” डॉ। दानिला बार्स्की, एक सोफ्जा कोवालेवस्काजा पुरस्कार विजेता, जो तब से जेजीयू और एचआईएम में प्रासंगिक अनुशासन में काम कर रहे हैं। 2020।

मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों के बिना माप को सक्षम करने के लिए नया दृष्टिकोण

एनएमआर उपकरणों की वर्तमान पीढ़ी – मैग्नेट की वजह से – बेहद भारी और महंगी है। एक अन्य जटिल कारक तरल हीलियम की वर्तमान कमी है जिसे शीतलक के रूप में नियोजित किया जाता है। बार्स्की ने कहा, “हमारी नई तकनीक के साथ हम धीरे-धीरे ZULF NMR को पूरी तरह से चुंबक-मुक्त होने की स्थिति की ओर ले जा रहे हैं, लेकिन हमें अभी भी कई चुनौतियों का सामना करना है।”

इस संदर्भ में चुम्बकों को निरर्थक बनाने के लिए, बार्स्की एक विशेष तकनीक के साथ शून्य-से अल्ट्रालो-फील्ड न्यूक्लियर मैग्नेटिक रेजोनेंस (ZULF NMR) के संयोजन के विचार के साथ आए हैं, जो परमाणु नाभिक को हाइपरपोलराइज़ करना संभव बनाता है। ZULF NMR अपने आप में स्पेक्ट्रोस्कोपी का हाल ही में विकसित रूप है जो बड़े चुंबकीय क्षेत्रों की आवश्यकता के बिना प्रचुर मात्रा में विश्लेषणात्मक परिणाम प्रदान करता है। उच्च-क्षेत्र एनएमआर पर एक अन्य लाभ यह तथ्य है कि इसके संकेतों को धातुओं जैसे प्रवाहकीय सामग्री की उपस्थिति में भी आसानी से पता लगाया जा सकता है। ZULF NMR के लिए नियोजित सेंसर, आमतौर पर वैकल्पिक रूप से पंप किए गए मैग्नेटोमीटर, अत्यधिक संवेदनशील, उपयोग में आसान होते हैं, और वे पहले से ही व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। इस प्रकार ZULF NMR स्पेक्ट्रोमीटर को असेंबल करना अपेक्षाकृत सरल है।

SABRE-Relay: स्पिन क्रम को बैटन की तरह स्थानांतरित करना

हालांकि, उत्पन्न एनएमआर सिग्नल से निपटने के लिए एक मुद्दा है। संकेत उत्पन्न करने के लिए जिन विधियों का उपयोग किया गया है, वे केवल रसायनों के सीमित चयन के विश्लेषण के लिए उपयुक्त हैं या अन्यथा अत्यधिक लागत से जुड़े हैं। इस कारण से, बार्स्की ने हाइपरपोलराइजेशन तकनीक SABER का फायदा उठाने का फैसला किया है जो समाधान में बड़ी संख्या में परमाणु स्पिनों को संरेखित करने की अनुमति देता है। ऐसी कई तकनीकें हैं जो ZULF स्थितियों में पता लगाने के लिए पर्याप्त संकेत देती हैं। इनमें से SABRE है, जो रिवर्सिबल एक्सचेंज द्वारा सिग्नल एम्प्लीफिकेशन के लिए संक्षिप्त है, जो विशेष रूप से उपयुक्त साबित हुआ है। सेंट्रल टू द सेबर तकनीक एक इरिडियम मेटल कॉम्प्लेक्स है जो स्पिन ऑर्डर को पैराहाइड्रोजन से सब्सट्रेट में ट्रांसफर करने में मध्यस्थता करता है। बार्स्की ने SABRE-रिले, SABER तकनीक का एक हालिया सुधार, को नियोजित करके नमूने के अस्थायी बंधन से उत्पन्न नुकसान को दूर करने में कामयाबी हासिल की है। इस मामले में, SABER का उपयोग ध्रुवीकरण को प्रेरित करने के लिए किया जाता है जिसे बाद में एक द्वितीयक सब्सट्रेट से रिले किया जाता है।

भौतिकी और रसायन विज्ञान के इंटरफेस पर रसायन विज्ञान स्पिन करें

में प्रकाशित उनके पत्र में “शून्य-क्षेत्र परमाणु चुंबकीय अनुनाद के लिए रिलेड हाइपरपोलराइजेशन” विज्ञान प्रगति, डॉ. डैनिला बार्स्की, प्रमुख लेखक एरिक वान डाइक, और उनके सह-लेखक रिपोर्ट करते हैं कि वे वोदका के एक नमूने से निकाले गए मेथनॉल और इथेनॉल के संकेतों का पता लगाने में कैसे सक्षम थे। “यह सरल उदाहरण दर्शाता है कि कैसे हम हाइपरपोलराइजेशन की एक सस्ती, तेज़ और बहुमुखी विधि की मदद से ZULF NMR की एप्लिकेशन रेंज का विस्तार करने में सक्षम हैं,” बार्स्की ने संक्षेप में बताया। “हमें उम्मीद है कि हम कॉम्पैक्ट, पोर्टेबल उपकरणों के विकास को संभव बनाने के अपने उद्देश्य के करीब पहुंचने में कामयाब रहे हैं जिनका उपयोग रक्त और मूत्र जैसे तरल पदार्थों के विश्लेषण के लिए किया जा सकता है और भविष्य में, संभवतः विशेष रसायनों के भेदभाव को समाप्त कर सकता है जैसे ग्लूकोज और अमीनो एसिड।”

डैनिला बार्स्की ने 2020 में अलेक्जेंडर वॉन हंबोल्ट फाउंडेशन का सोफजा कोवालेवस्काजा पुरस्कार जीता और परिणामस्वरूप कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय, बर्कले से मेंज में स्थानांतरित हो गए, जहां उन्होंने जेजीयू इंस्टीट्यूट ऑफ फिजिक्स एंड एचआईएम में प्रोफेसर दिमित्री बुडकर के समूह में शोध शुरू किया। बार्स्की भौतिक रसायन विज्ञान के क्षेत्र में सक्रिय है और रसायन विज्ञान, जीव विज्ञान और चिकित्सा में एनएमआर के संभावित अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करने वाले एक शोध समूह का नेतृत्व करता है।

कहानी स्रोत:

सामग्री द्वारा उपलब्ध कराया गया जोहान्स गुटेनबर्ग यूनिवर्सिटेट मेन्ज़. नोट: सामग्री को शैली और लंबाई के लिए संपादित किया जा सकता है।

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