磁共振領域的諸多發(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的核自旋態(tài)之間非常小的粒子數差異。這些粒子數差異的程度(也稱為極化程度)通常由玻爾茲曼分布決定，并與磁場強度、溫度和被觀測核的旋磁比有關。最近出現了一些方法，它們將核極化從高極化物種轉移到感興趣的核上，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，與熱平衡時相比，可能會導致信號強度顯著增加104倍。

對于有機分子，兩種常用的超極化方法是動態(tài)核極化(DNP)和對氫誘導極化(PHIP)。使用這些技術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和生化過程的動力學。

動態(tài)核極化（DNP）

DNP是由未配對電子的極化轉移到研究中的原子核而促進的溶解。DNP方法要求樣品在強磁場（如3t）中微波輻照時保持低溫（如<4k）輻照后，樣品用熱加壓溶劑迅速溶解，并轉移到核磁共振管或注射注射器中，以便立即進行核磁共振或核磁共振數據采集。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小時的輻照時間來實現的。

仲氫誘導極化（PHIP）

      PHIP將極化直接從對氫(para-H2)轉移到附近感興趣的核或使用射頻基磁化轉移方法。對于有機分子，對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轉移到分子內位的條件下與樣品混合。與DNP相比，PHIP的一些優(yōu)點是可以很快獲得極化樣品(在秒或分鐘的量級上)，并且不需要自由基摻雜劑。

代謝成像

使用DNP和PHIP獲得的信號增強可以用于檢測體內¹H、¹³C和¹⁵N代謝。使用超極化¹³C富集有機分子的¹³C磁共振成像(MRI)比基于1h的成像技術具有顯著優(yōu)勢，因為剔除了背景信號的影響，¹³C的化學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)學成像，因為可以獲得詳細的代謝信息(底物定位和生化轉化)和生理信息(例如，細胞內pH值)。人們對使用1-¹³C丙酮酸作為DNP底物，根據其轉化為乳酸來區(qū)分健康組織和病變組織。雖然超極化自旋半核的信號增強隨著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的時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實驗。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時間。研究顯示，其中一個或多個化合物超極化在同一個樣本，從而同時探測多種途徑。

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)展也是一個活躍的研究領域。

用于DNP的氘化溶劑

對于DNP實驗，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實驗得益于連續(xù)微波輻照，因此可以進行未經修飾的固態(tài)核磁共振實驗(如CPMAS 2D實驗)。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，從而提高獲得的光譜質量。