磁共振領(lǐng)域的諸多發(fā)展都是為了提高靈敏度，人們可以將核磁共振波譜的固有的低靈敏度歸咎于磁誘導(dǎo)的核自旋態(tài)之間非常小的粒子數(shù)差異。這些粒子數(shù)差異的程度(也稱為極化程度)通常由玻爾茲曼分布決定，并與磁場強(qiáng)度、溫度和被觀測核的旋磁比有關(guān)。最近出現(xiàn)了一些方法，它們將核極化從高極化物種轉(zhuǎn)移到感興趣的核上，從而使極化程度大大超出玻爾茲曼分布所允許的范圍。這些方法被稱為超極化方法，與熱平衡時(shí)相比，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度顯著增加104倍。

對(duì)于有機(jī)分子，兩種常用的超極化方法是動(dòng)態(tài)核極化(DNP)和對(duì)氫誘導(dǎo)極化(PHIP)。使用這些技術(shù)獲得的極大提高的靈敏度可以大大降低檢測限度，從而增加了磁共振檢測痕量成分的功率。更大的信噪比(SNR)也可以允許快速、順序的光譜采集，因此非常適合于研究許多不同的化學(xué)和生化過程的動(dòng)力學(xué)。

動(dòng)態(tài)核極化（DNP）

DNP是由未配對(duì)電子的極化轉(zhuǎn)移到研究中的原子核而促進(jìn)的溶解。DNP方法要求樣品在強(qiáng)磁場（如3t）中微波輻照時(shí)保持低溫（如<4k）輻照后，樣品用熱加壓溶劑迅速溶解，并轉(zhuǎn)移到核磁共振管或注射注射器中，以便立即進(jìn)行核磁共振或核磁共振數(shù)據(jù)采集。在微波輻射期間，樣品中必須存在濃度為mM的自由基摻雜劑（例如，“OX63”和“Finland”等三苯基自由基），以便為分子間轉(zhuǎn)移提供所需的核極化。一般來說，可接受的極化水平是通過幾十分鐘到幾個(gè)小時(shí)的輻照時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的。

仲氫誘導(dǎo)極化（PHIP）

      PHIP將極化直接從對(duì)氫(para-H2)轉(zhuǎn)移到附近感興趣的核或使用射頻基磁化轉(zhuǎn)移方法。對(duì)于有機(jī)分子，對(duì)h2可以直接通過不飽和碳-碳鍵加入，也可以在極化可以從para-H2轉(zhuǎn)移到分子內(nèi)位的條件下與樣品混合。與DNP相比，PHIP的一些優(yōu)點(diǎn)是可以很快獲得極化樣品(在秒或分鐘的量級(jí)上)，并且不需要自由基摻雜劑。

代謝成像

使用DNP和PHIP獲得的信號(hào)增強(qiáng)可以用于檢測體內(nèi)¹H、¹³C和¹⁵N代謝。使用超極化¹³C富集有機(jī)分子的¹³C磁共振成像(MRI)比基于1h的成像技術(shù)具有顯著優(yōu)勢，因?yàn)樘蕹吮尘靶盘?hào)的影響，¹³C的化學(xué)位移范圍使分子選擇性增加。目前，人們將同位素富集的超極化底物用于醫(yī)學(xué)成像，因?yàn)榭梢垣@得詳細(xì)的代謝信息(底物定位和生化轉(zhuǎn)化)和生理信息(例如，細(xì)胞內(nèi)pH值)。人們對(duì)使用1-¹³C丙酮酸作為DNP底物，根據(jù)其轉(zhuǎn)化為乳酸來區(qū)分健康組織和病變組織。雖然超極化自旋半核的信號(hào)增強(qiáng)隨著T₁衰減，研究人員正在建立長壽命的核狀態(tài)，有望在幾分鐘甚至幾小時(shí)的時(shí)間尺度上研究新陳代謝，而不是幾秒。

超極化富集底物

CIL提供以下超極化富集底物，用于代謝研究以及PHIP和DNP實(shí)驗(yàn)。由于消除了¹³C-1H偶極弛豫，鄰近¹³C核的氘的存在可能有助于延長T1時(shí)間。研究顯示，其中一個(gè)或多個(gè)化合物超極化在同一個(gè)樣本，從而同時(shí)探測多種途徑。

超極化氣體

³He和¹²⁹Xe是用光泵方法超極化的，這些材料用于核磁共振成像來顯示肺部的氣流空間和阻塞。一種新的生物傳感器，包括封裝¹²⁹Xe的發(fā)展也是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。

用于DNP的氘化溶劑

對(duì)于DNP實(shí)驗(yàn)，在微波輻射期間和之后使用氘化溶劑有助于降低核弛豫速率，從而延長¹³C核和其他核超極化的時(shí)間。極化過程中使用的所有溶劑必須在低溫下玻璃化，以確保自由基均勻地分散在固體樣品中。

貧13C氘化溶劑

在固態(tài)低溫條件下獲得的DNP實(shí)驗(yàn)得益于連續(xù)微波輻照，因此可以進(jìn)行未經(jīng)修飾的固態(tài)核磁共振實(shí)驗(yàn)(如CPMAS 2D實(shí)驗(yàn))。使用貧¹³C的氘化溶劑將大大減少或消除溶劑中不需要的¹³C信號(hào)，從而提高獲得的光譜質(zhì)量。