HFX LT-MAS DNP-NMR-Probenkopf und 19F-Upgrade

• Fachliche Zuordnung: Chemische Festkörper- und Oberflächenforschung
• Förderung: Förderung in 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565971724

Mit zunehmender Größe der Biomoleküle, die mit Festkörper-NMR unter Verwendung von Magic-Angle-Spinning (MAS) zur Struktur- und Funktionsaufklärung untersucht werden, wird die Notwendigkeit der spektralen Empfindlichkeit und Selektivität immer deutlicher. Während das Empfindlichkeitsproblem durch die dynamische Kernpolarisation (DNP) angegangen werden kann, bietet DNP-verstärkte 19F-NMR herausragende Möglichkeiten in Bezug auf Empfindlichkeit und Selektivität: Fluor kommt in Biomolekülen nicht natürlich vor und trägt einen isotopenreinen, hochempfindlichen Spin-1/2-Kern (19F). Dies ermöglicht die Einführung spezifischer Kernspin-Markierungen in große Biomoleküle und biomolekulare Komplexe und damit die räumlich selektive Spektroskopie biomolekularer Systeme mittels 19F-NMR-Techniken. Darüber hinaus erlaubt DNP auch durch Nutzung verschiedener Mechanismen und Methoden, wie z. B. indirekte oder direkte DNP sowie Methoden, die auf molekularen Bewegungen basieren, wie z. B. die verstärkte spezifische Kreuzrelaxation durch aktive Bewegungen unter DNP (SCREAM-DNP), den Hyperpolarisationstransfer und so die spektrale Selektivität gezielt zu steuern. Die Entwicklung und Anwendung dieser Methoden erfordert einen speziellen Tieftemperatur-MAS (LTMAS) DNP-NMR-Probenkopf, der in der Lage ist, gleichzeitig 1H und 19F für Kreuzpolarisation und Hochleistungsentkopplung anzuregen, sowie ein NMR-Spektrometer mit mindestens zwei Hochfrequenzkanälen. Solche Hardware ist nur in sehr wenigen Labors weltweit verfügbar. Daher werden die meisten Arbeiten mit DNP-verstärkter 19F-NMR derzeit mit Probenköpfen durchgeführt, bei denen der 1H-Kanal auf die 19F-Frequenz umgestimmt wird, was keine Kreuzpolarisierung oder Entkopplung von 1H ermöglicht und somit den Umfang der derzeit anwendbaren Experimente einschränkt. Daher beantragen wir einen spezielle 1,9-mm-Dreikanal-HFX-LTMAS-DNP-Probenkopf, für den Betrieb mit unserem bestehenden 9,4 T / 400 MHz / 263 GHz DNP-NMR-Spektrometer, einschließlich der erforderlichen Ausrüstung für einen zweiten Hochfrequenzkanal (Senderplatine, Hochleistungsverstärker, Vorverstärker, Filter und Kabel) zu diesem Spektrometer. Dieser Probenkopf ermöglicht 1H-19F-Kreuzpolarisation sowie die gleichzeitige 1H- und 19F-Entkopplung und eröffnet alle Möglichkeiten zur Entwicklung, Charakterisierung und Anwendung der oben genannten Methoden. Mit diesem Instrument werden wir die Unterschiede zwischen 1H und 19F im Polarisationsaufbau bei indirekter und direkter DNP untersuchen und Methoden zur Optimierung der Empfindlichkeit und Selektivität der einzelnen Methoden entwickeln. Darüber hinaus werden wir diese Vorteile auf anspruchsvolle Probleme mit erheblichen gesellschaftlichen Auswirkungen anwenden, wie z. B. die Untersuchung der Toxikologie von Perfluoralkylsubstanzen an Zebrafischmodellen und die Entwicklung und Charakterisierung von Arzneimittelträgersystemen sowie von Filtermaterialien zur Entfernung von Amyloid-beta aus Blutplasma.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: HFX LT-MAS DNP-NMR-Probenkopf und 19F-Upgrade
• Gerätegruppe: 1741 Festkörper-NMR-Spektrometer
• Antragstellende Institution: Universität Rostock
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Björn Corzilius