Supramolekulare Ansätze für lichtinduzierte Spin-Hyperpolarisation

• Antragstellerin: Professorin Dr. Sabine Richert
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545606231

Magnetresonanztechniken wie die Kernspinresonanz (NMR), die paramagnetische Elektronenspinresonanz (EPR) und ihre bildgebenden Varianten (z.B. MRI) finden in der Forschung, Industrie und diagnostischen Medizin breite Anwendung. Sie alle haben jedoch einen großen Nachteil, nämlich ihre geringe Empfindlichkeit. Ein vielversprechender Ansatz zur Überwindung dieser Empfindlichkeitseinschränkung ist die Spin-Hyperpolarisation. In NMR-Hyperpolarisations-Experimenten, wie beispielsweise DNP, wird die Hyperpolarisation häufig durch die Übertragung von Elektronenspinpolarisation auf Kerne erreicht. Klassische DNP-Experimente sind durch Boltzmann-Populationsdifferenzen begrenzt, aber es ist offensichtlich, dass im Prinzip viel größere Signalverstärkungen erzielt werden können, wenn man sich lichtinduzierte Elektronenspinpolarisation zu Nutze macht. Mit der vorgeschlagenen Arbeit werden wir einen Beitrag zum Gebiet der Spin-Hyperpolarisation leisten, indem wir neue experimentelle Protokolle entwickeln, die eine effiziente Übertragung der lichtinduzierten Elektronenspinpolarisation auf Kerne ermöglichen. Um wichtige mechanistische Details zu entschlüsseln, werden wir mit hochmodularen Modellsystemen arbeiten, die aus einem organischen Chromophor und einem stabilen Radikal bestehen, und ihre optischen und magnetischen Eigenschaften mithilfe mehrerer komplementärer spektroskopischer Techniken untersuchen. Der Triplett-Zustand des Chromophors, der bei Photoanregung entsteht, dient als Quelle der Elektronenspinpolarisation. Die Bildung des Triplettzustands und die damit verbundenen Nebenprozesse werden durch transiente UV-Vis-Spektroskopie untersucht, während transiente EPR- und transiente NMR-Techniken verwendet werden, um die Erzeugung der Elektronenspinpolarisation bzw. ihre Übertragung auf Kernspins nachzuweisen und zu quantifizieren. Die Ermittlung von Struktur-Funktions-Beziehungen erfordert wohldefinierte Strukturen und die Möglichkeit, systematische Designänderungen vorzunehmen. Dies wird hier erreicht, indem wir uns die Vorteile der supramolekularen Chemie zu Nutze machen. Die Modularität des Ansatzes wird es uns außerdem ermöglichen, eine Vielzahl von Chromophor-Radikal-Kombinationen und Bedingungen zu testen, um die Erzeugung und Übertragung der Elektronenspinpolarisation zu optimieren. Diese Arbeit wird den Weg für die rationale Entwicklung neuartiger Polarisationsüberträger für die Spin-Hyperpolarisation ebnen und zur Entwicklung neuer experimenteller Protokolle zur Signalverstärkung in EPR- und NMR-Experimenten beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Partnerorganisation: Agence Nationale de la Recherche / The French National Research Agency
• Kooperationspartner: Dr. Andreas Rodrigo Vargas Jentzsch