Группа ученых из Международного томографического центра Сибирского отделения РАН, Нижегородского государственного технического университета имени Р. Е. Алексеева и Института элементоорганических соединений им. А. Н. Несмеянова РАН совершила значительный прорыв в области аналитической химии.
Им удалось разработать методику, которая в 12 тысяч раз усиливает сигналы ядерного магнитного резонанса для изотопа селена-77. Это открытие позволит значительно упростить изучение биологически активных соединений, содержащих селен, включая перспективные лекарства против рака и инфекций. Кроме того, разработанный метод обещает революционные изменения в диагностической медицине, где на его основе можно будет создать новые высокочувствительные контрастные агенты для МРТ.
Метод ядерного магнитного резонанса широко используется для исследования структуры молекул, в том числе потенциальных фармацевтических препаратов. Принцип его работы основан на взаимодействии магнитных моментов ядер атомов с внешним магнитным полем. Однако не все ядра дают достаточно сильный сигнал, что затрудняет их обнаружение. Особенно это касается редких изотопов, таких как селен-77, который играет важную роль в биологии и медицине. Этот изотоп входит в состав ферментов, защищающих клетки от окислительного стресса, а также перспективных противоопухолевых соединений.
До сих пор для детектирования селена-77 требовались сложные и дорогостоящие методы, включающие использование сверхнизких температур и специализированного оборудования. Российские ученые предложили принципиально новый подход, который не только значительно усиливает сигнал, но и делает анализ более доступным.
Суть метода заключается в использовании параводорода — особой формы молекулы водорода, в которой спины ядер ориентированы противоположно. Параводород не создает помех при детектировании, но при взаимодействии с исследуемым веществом в присутствии иридиевого катализатора передает свою поляризацию ядрам селена-77. Это приводит к резкому усилению сигнала ядерного магнитного резонанса.
Ключевым преимуществом нового метода является его простота и скорость. Весь процесс занимает всего несколько секунд и проходит при комнатной температуре, в отличие от традиционных методов, требующих сложных условий. Важную роль играет также использование слабого магнитного поля, почти в 100 раз менее интенсивного, чем поле Земли. Для его создания ученые применили магнитный экран, что позволило добиться высокой эффективности переноса поляризации.
В ходе эксперимента исследователи проанализировали селенсодержащее органическое соединение с потенциальной антимикробной и противоопухолевой активностью. Благодаря новой методике им удалось не только усилить сигнал от ядер селена-77 в 12 тысяч раз, но и зарегистрировать редкие молекулы, содержащие одновременно селен-77 и азот-15, доля которых в образце составляла всего 0,028%.
Напомним, ранее российские ученые получили новый комплекс на основе двухвалентного кобальта, обладающий уникальными магнитными свойствами.