Dynamische Kernpolarisation (DNP) Zubehör für NMR-Festkörperspektrometer (400 MHz)

• Fachliche Zuordnung: Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung
• Förderung: Förderung in 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438774970

Die dynamische Kernpolarisation (dynamic nuclear polarization, DNP) erlaubt eine herausragende NMR-Signalverstärkung von bis zu 3 Größenordnungen. Dadurch können zum einen anderenfalls zeitlimitierte Experimente in bereits wenigen Minuten/Stunden (anstelle von mehreren Tagen/Wochen/Monaten) durchgeführt werden. Zum anderen werden neue Forschungsfelder eröffnet, die ohne DNP niemals für NMR zugänglich wären. Unsere geplante Forschung richtet sich dabei vor allem auf die Erforschung grundlegender Prinzipien und die Entwicklung neuartiger DNP-Methoden. Durch die DNP-verstärkte NMR-Festkörperspektroskopie werden damit vollkommen neue Wege zur Strukturaufklärung von Biomolekülen und Materialien ermöglicht.Durch die Installation des DNP-Zubehörs für unser vorhandenes 400 MHz NMR-Festkörperspektrometer werden mehrere Forschungsrichtungen ermöglicht: In Projektlinie A werden neuartige Polarisationsagenzien auf Basis von paramagnetischen Metallion-Komplexen sowie fundamentale Aspekte der DNP untersucht und entwickelt. Neue Polarisationsagenzien können entweder z.B. an zu untersuchende (Makro-)Moleküle oder Oberflächen mittels Spin-Markierung angebracht werden, oder direkt in zu untersuchende Phasen durch Dotierung eingebracht werden. Weiterhin soll die Abstandsabhängigkeit des direkten DNP-Transfers sowie des indirekten Transfers via Spin-Diffusion in direkter Nachbarschaft zu Elektronenspins aufgeklärt werden. Diese Themen spielen eine große Rolle zur Erzielung von(orts-)spezifischer DNP-Verstärkung, welche das Augenziel von Projektlinie B darstellt. Hier soll die spezifische Verstärkung von Kernspins innerhalb eines bestimmten Abstandes zum Elektronenspin des Polarisationsagenz oder von einer bestimmten Komponente von Interesse innerhalb einer komplexen Mischung realisiert und untersucht werden. Dies soll durch drei unterschiedliche Szenarien dargestellt werden: (i) ein DNP-aktives Metallion wird spezifisch bzw. endogen im Makromolekül gebunden; (ii) ein DNP-aktiver Spin-Marker wird an ein Zielmolekül gebunden; (iii) eine (diamagnetische) Spion-Gruppe wird gezielt eingeführt, die durch dynamikinduzierte Kreuzrelaxation spezifische Magnetisierung auf Kernspins erzeugt (SCREAM-DNP). In Projektlinie C soll DNP schlussendlich auf interessante Fragestellungen der biomolekularen Wissenschaft sowie der Materialwissenschaft angewendet werden. Avisierte Fragestellungen sind hier u.a. die Struktur bzw. Faltung von Polymeren in Lösung, die spezifische NMR-Spektroskopie von Liganden gebunden in Komplexen oder an Oberflächen, die zeitaufgelöste Untersuchung von molekularen Schaltvorgängen in Substanzen mit natürlicher Isotopenhäufigkeit, sowie die Aufklärung von bisher unverstandenen Mechanismen in der heterogenen Katalyse.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Dynamische Kernpolarisation (DNP) Zubehör für NMR-Festkörperspektrometer (400 MHz)
• Gerätegruppe: 1741 Festkörper-NMR-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Universität Rostock
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Björn Corzilius