Mikroapparate für mittels parahydrogeninduzierte Hyperpolarisation verstärkte Magnetresonanz- µDIMREPHiP
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Fähigkeit, einen chemischen Prozess mit molekularer Spezifität zu überwachen, ist in vielen Disziplinen, in denen Details des Transports, der chemischen Umwandlung und der Reaktionskinetik gefragt sind, interessant und häufig auch notwendig. In biologischen Systemen ist die Aufdeckung dieser Details wichtig, um die Entwicklung dysfunktionaler Phänotypen und ihre Reaktion auf externen Stress zu bestimmen, während in technischen Systemen die Kenntnis dieser Details ein besseres Verständnis des Reaktionsverlaufs und der Homogenität in chemischen Reaktoren ermöglicht. Die Herausforderung besteht in der Wahl einer geeigneten Analysetechnik, die folgende Anforderungen erfüllt: nicht-invasiv, nicht-destruktiv, breite chemische und physikalische Abdeckung, hohe Empfindlichkeit und Selektivität. Die Magnetresonanztomographie (MR) ist eine Technik, die drei der vier Anforderungen erfüllt. Empfindlichkeit und Selektivität sind die größten Herausforderungen für die MR, die jedoch durch den Einsatz von Signalverstärkungsstrategien überwunden werden können. Ziel des uDIMREPHIP-Teams war es, MR-Systeme zu entwickeln, die in der Lage sind, die Details chemischer Prozesse aufzudecken und gleichzeitig die vier gewünschten analytischen Eigenschaften zu erfüllen. Das Projekt hatte drei Forschungsziele (RO): RO-1 war ein miniaturisierter Gas-Flüssigkeits- Kontaktor mit integrierter NMR-Funktionalität; RO-2 war die hyperpolarisierte Substratzufuhr zu nicht-trivialen Proben mit minimaler Transportzeit; und RO-3 war die Demonstration der durch hyperpolarisierte NMR gewonnenen Informationen in nicht-trivialen Proben. Die Forschungsziele wurden erreicht, indem neuartige Gas-Flüssigkeits-Kontaktoren mit hoher experimenteller Reproduzierbarkeit entwickelt, gebaut und experimentell erprobt wurden, para-Wasserstoff-Hyperpolarisationsexperimente automatisiert wurden, um die Probentransportzeit zu verkürzen, und biokompatible para-Wasserstoff-Messbedingungen für E. coli ermittelt wurden. Das uDIMREPHIP-Team ist zuversichtlich, dass die Ergebnisse dieses Projekts eine solide Grundlage für künftige Arbeiten bilden, mit denen die Grenzen der Analytik kleiner Moleküle unter schwierigen Messbedingungen weiter verschoben werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
Lenz Lenses in a Cryoprobe: Boosting NMR Sensitivity Toward Environmental Monitoring of Mass-Limited Samples. Analytical Chemistry, 95(2), 1327-1334.
Bastawrous, Monica; Ghosh, Biswas Rajshree; Soong, Ronald; Jouda, Mazin; MacKinnon, Neil; Mager, Dario; Korvink, Jan G. & Simpson, Andre J.
-
Flash talk and poster: The 19th European Magnetic Resonance Congress (EU- ROMAR 2023) - Continuous flow PHIP-RASER allows for study of nonlinear phenomena
J. Yang
-
Integrating Micro Process Chemistry into an NMR Spectrometer. Chemie Ingenieur Technik, 96(3), 257-278.
Schulte-Hermann, Julia; Yang, Jing; Hurtado, Rivera Andrea C.; Korvink, Jan G.; MacKinnon, Neil & Brandner, Jürgen J.
-
Poster: EUROMAR 2023, “NMR compatible bioreactor without background signal”
J. Schulte-Hermann
-
Poster: Experimental NMR Conference (ENC 2023), “NMR compatible bioreactor without background signal”;
J. Schulte-Hermann
-
Poster: Quantitative NMR Methods for Reaction and Process Monitoring (NMRPM 2023) – The Steady-State PHIP RASER: Generating a Continuous NMR Signal;
J. Yang
-
The Steady‐State ALTADENA RASER Generates Continuous NMR Signals**. ChemPhysChem, 24(14).
Yang, Jing; Wang, Peng; Korvink, Jan G.; J., Brandner Jürgen & Lehmkuhl, Sören
-
Biomineralization of Electrospun Bacteria-Encapsulated Fibers: A Relevant Step toward Living Ceramic Fibers. ACS Applied Bio Materials, 7(12), 7936-7943.
Schulte-Hermann, Julia; Rießland, Hagen; MacKinnon, Neil; Korvink, Jan G. & Islam, Monsur
-
Development of a fully automated workstation for conducting routine SABRE hyperpolarization. Scientific Reports, 14(1).
Yang, Jing; Xin, Ruodong; Lehmkuhl, Sören; Korvink, Jan G. & Brandner, Jürgen J.
-
Development of a fully automated workstation for conducting routine SABRE hyperpolarization. Springer Science and Business Media LLC.
Yang, Jing; Xin, Ruodong; Lehmkuhl, Sören; Korvink, Jan G. & Brandner, Jürgen J.
-
Enhanced Predictability of Urea Crystallization by an Optimized Laser Repetition Rate. Crystal Growth & Design, 24(9), 3589-3594.
Geiger, Leon; Howard, Ian; MacKinnon, Neil; Forbes, Andrew & Korvink, Jan G.
-
Flash talk and poster: The Kyoto Winter School (2024), “Towards Holistic Understanding of Life” - Automatically Hyperpolarizing [1-13C] Pyruvate and Other Substrates through SABRE on Benchtop NMR;
J. Yang
-
Magnetic resonance velocimetry of thin falling films. Chemical Engineering Journal, 498, 155260.
Saliba, Georges C.; Korvink, Jan G. & Brandner, Juergen J.
-
Magnetic resonance velocimetry reveals secondary flow in falling films at the microscale. Physics of Fluids, 36(7).
Saliba, Georges C.; Korvink, Jan G. & Brandner, Juergen J.
-
Talk: ENC 2024, „Advancing towards monitoring bacteria metabolism through SABRE”
J. Schulte-Hermann
-
Talk: The 16th International Conference on Gas–Liquid and Gas–Liquid–Solid Reactor Engineering (GLS-16, 2024) – A flow system based on gas-liquid reactor for precise detection of the NMR parameters with NMR hyperpolarization.
J. Yang
-
Carbon nanofiber orientation influences bacterial adhesion under flow conditions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 705, 135542.
Schulte-Hermann, Julia; Rießland, Hagen; Hengsbach, Stefan; Korvink, Jan G.; MacKinnon, Neil & Islam, Monsur
