Teknologi prototipe menyusut AI untuk menghadirkan fungsionalitas seperti otak dalam satu perangkat yang kuat - ScienceDaily
Teknologi

Pendekatan analitik baru meningkatkan deteksi sinyal resonansi magnetik nuklir di wilayah yang sebelumnya ‘tak terlihat’ – ScienceDaily


Pertama kali diperkenalkan ke penggunaan luas pada pertengahan abad ke-20, resonansi magnetik nuklir (NMR) sejak itu telah menjadi teknik yang sangat diperlukan untuk memeriksa bahan hingga ke atomnya, mengungkapkan struktur molekul dan detail lainnya tanpa mengganggu bahan itu sendiri.

“Ini adalah teknik yang banyak digunakan dalam analisis kimia, karakterisasi material, MRI – situasi di mana Anda melakukan analisis non-invasif, tetapi dengan detail atom dan molekul,” kata profesor kimia UC Santa Barbara Songi Han. Dengan menempatkan sampel di medan magnet yang kuat dan kemudian menyelidikinya dengan gelombang radio, para ilmuwan dapat menentukan dari respons inti yang berosilasi di atom material terhadap struktur molekul material.

“Namun, masalah dengan NMR adalah karena teknik ini berenergi rendah, tidak terlalu sensitif,” kata Han. “Ini sangat detail, tapi kamu tidak mendapatkan banyak sinyal.” Akibatnya, sejumlah besar sampel bahan mungkin diperlukan relatif terhadap teknik lain, dan kelemahan umum sinyal membuat NMR kurang ideal untuk mempelajari proses kimia yang kompleks.

Salah satu solusi untuk situasi ini terletak pada polarisasi nuklir dinamis (DNP), teknik populer di mana energi “dipinjam” dari elektron terdekat untuk meningkatkan sinyal yang berasal dari inti.

Elektron memiliki energi yang jauh lebih tinggi daripada inti, jelas Han. Dibangun ke dalam molekul “radikal” yang dirancang khusus, polarisasi elektron yang tidak berpasangan ini ditransfer ke inti untuk meningkatkan sinyalnya.

Topik panas seperti DNP dalam dekade terakhir, bagaimanapun, Han berpikir kami masih menggaruk permukaan.

“Meskipun DNP secara fundamental mengubah lanskap NMR, pada akhirnya, hanya segelintir agen polarisasi desainer yang telah digunakan,” kata Han. “Agen polarisasi telah digunakan untuk mempolarisasi inti hidrogen, tetapi kekuatan DNP lebih besar dari itu. Pada prinsipnya, banyak sumber spin elektron lainnya dapat mempolarisasi banyak jenis spin nuklir lainnya.”

Dalam makalah yang diterbitkan di jurnal Chem, Han dan rekannya mendorong batas NMR dengan demonstrasi pertama polarisasi nuklir dinamis menggunakan logam transisi vanadium (IV). Menurut Han, pendekatan baru mereka – dijuluki “spektroskopi DNP hiperhalus” – menawarkan gambaran sekilas kimia lokal yang biasanya tidak jelas di sekitar logam transisi, yang penting untuk proses seperti katalisis dan reaksi reduksi-oksidasi.

“Sekarang kami mungkin dapat menggunakan logam endogen yang ada dalam katalis dan di banyak bahan penting lainnya,” kata Han, tanpa harus menambahkan agen polarisasi – molekul radikal – untuk menghasilkan sinyal NMR yang lebih kuat.

Ironi dengan logam transisi seperti vanadium dan tembaga, Han menjelaskan, atom-atom tersebut cenderung menjadi pusat fungsional – tempat di mana kimia penting berlangsung.

“Dan pusat tindakan dan pusat fungsional yang tepat itu sangat sulit untuk dianalisis (dengan NMR) karena mereka cenderung tidak terlihat,” katanya. Putaran elektron dalam logam transisi cenderung mempersingkat masa pakai sinyal NMR, jelasnya, membuat mereka menghilang sebelum dapat dideteksi.

Ini bukan pertama kalinya kimia di sekitar logam transisi diamati, kata Han, menunjuk pada studi yang melihat lingkungan kimia di sekitar gadolinium dan mangan. Tetapi instrumen yang tersedia secara komersial yang digunakan dalam studi tersebut menawarkan “pandangan yang sangat sempit”.

“Tapi masih banyak lagi logam yang jauh lebih penting untuk kimia,” katanya. “Jadi kami mengembangkan dan mengoptimalkan instrumentasi yang meningkatkan rentang frekuensi dari cakupan yang sangat sempit dari instrumen komersial ke rentang yang jauh lebih luas.”

Dengan spektroskopi DNP hyperfine, para peneliti juga menemukan bahwa sinyal benar-benar terhapus dalam wilayah tertentu di sekitar logam yang disebut penghalang difusi spin, tetapi jika inti terletak di luar zona itu, sinyal menjadi terlihat.

“Ada cara untuk meringankan lingkungan itu, tetapi Anda perlu tahu bagaimana dan mengapa,” kata Han, menambahkan bahwa rekan penulis makalah, Sheetal Kumar Jain dari UC Santa Barbara dan Chung-Jui Yu dari Northwestern University akan terus melanjutkan mengeksplorasi dan menerapkan metode baru ini saat mereka mengejar karir akademis dan penelitian.

Kontributor lain untuk penelitian pada makalah ini termasuk Christopher Blake Wilson dan Tarnuma Tabassum dari UC Santa Barbara; dan Danna E. Freedman dari Universitas Northwestern.

Dipersembahkan Oleh : Lapak Judi

Baca Juga : Data Sidney