关注核磁共振:永恒的技术
克莱门斯Anklin
力量BioSpin Corp .)、15财富驱动,Billerica,马01821 - 3991,美国。电子邮件:(电子邮件保护)
介绍
核磁共振(NMR)谱演变非常早期使用以来只在物理。半岛综合体育官方APP下载德甲自那时以来,化学家已经依赖于核磁共振确定分子结构,和科学家现在使用这种方法广泛的应用在各种不同的领域。例如,最近的一项民意调查的方法利用医药发现科学家寻找下一个新的重磅炸弹药物突出了核磁共振光谱学fragment-based引领新一代的统治地位。半岛综合体育官方APP下载德甲1此外,工人调查食品欺诈使用核磁共振确定仿冰冰淇淋奶酪和牛奶的脂肪和/或牛奶蛋白被替换为便宜,non-milk组件,如酱油、淀粉或植物油。2
本文回顾NMR建国科学家的工作和反映在关键发展去推动NMR对其位置的技术,科学家们寻找一个信息丰富的和非破坏性分析工具,揭示了结构、身份、浓度和行为的分子在固体或液体样品。
在开始的时候
最早的NMR先锋开发和建立自己的仪表。随着技术的先进,一些化学家准备投资所需的时间和金钱来建立自己的光谱仪,核磁共振作为一种新型的全面影响分析技术才意识到他们可能会从商业公司购买。美国早期的公司包括瓦里安联合(CA),日本电子光学有限公司电气相关行业(英国),珀金埃尔默公司(英国)和阴沉的陶贝尔(瑞士,后来Bruker-Spectrospin)。这些公司没有从核磁共振多赚钱,随着市场非常有限。明确的商业突破是瓦里安室A60的引入,为高分辨率核磁共振铺平了道路的有机化学。
尽管有少量的关键球员在现代核磁共振市场,如JEOL Nanalysis,牛津仪器和热费舍尔,核磁共振的早期发展不可分割的两个关键公司建立field-Bruker和瓦里安。创始人冈瑟Laukien力量,专用核磁共振光谱和他的博士后研究,1958年发表了他的开创性论文高频NMR。半岛综合体育官方APP下载德甲3这描述了理论方面的认识,同时也覆盖了实际问题构建的实验系统。
瓦里安在斯坦福工业园区成立于1948年从斯坦福大学的科学家。公司早期的目标之一是商业化co-discovery核磁共振光谱学的费利克斯·布洛赫在1946年。半岛综合体育官方APP下载德甲随后,爱德华·m·珀塞尔和菲利克斯•布洛赫在1952年被授予诺贝尔物理学奖,这项工作。
大约在同一时间,Laukien学习,瓦里安已经开始建立第一个商业高分辨率光谱仪。他们是基于连续波扫描方法和电磁铁,并设计用于分析化学。当Laukien力量物理学AG)在1960年成立,其最早的核磁共振谱仪的应用仅限于物理研究实验室,而不是像瓦里安的常规化学应用。Laukien Trub-Tauber公司的收购(成为Spectrospin AG)启用新Bruker-Spectrospin向高分辨率核磁共振。这一点,结合Bruker-Spectrospin利用傅里叶变换(FT)方法与第一FT-NMR光谱仪,最终将公司超越瓦里安,成为市场的领导者。可能监督从瓦里安当时FT-NMR的意义,可能由于最初的创始人的替换,以个人没有技术背景,允许力量超越。4
这两家公司之间的激烈竞争使许多早期的发展和创新在核磁共振在未来20 - 30年。此外,与几个关键的科学家们的合作至关重要的输入到这些公司的技术开发和商业上的成功。例如,Werner Tschopp和托尼·凯勒博士作出了极大贡献力量的成功由于Spectrospin的收购。从凯勒创新导致的第一个商业实现傅里叶概念在力量。参见表1总结的一些关键的里程碑。
表1。早期核磁共振发展。
1937年 |
核自旋首次以依艾萨克拉比锂同位素和质子。 |
1943年 |
诺贝尔物理学奖授予拉比这个工作。 |
1946年 |
由爱德华·m·珀塞尔发现核磁共振光谱学和菲利克斯•布洛赫。半岛综合体育官方APP下载德甲 |
1948年 |
瓦里安成立于美国。 |
1956年 |
共同获得诺贝尔物理学奖1946年爱德华·m·珀塞尔和菲利克斯•布洛赫的发现。 |
1961年 |
引入第一个高分辨率核磁共振spectrometer-the瓦里安室A60。 |
1960 - 65 |
教授冈瑟Laukien创立的力量和它的第一个核磁共振光谱仪的发展始于实验室磁铁的生产和电力供应。 建立Spectrospin AG公司最初成立阴沉的&陶贝尔被力量收购之前在苏黎世。 第一个核磁共振,ki(核诱导光谱仪),使用永久磁铁在25兆赫。 克义斯2介绍了高分辨率光谱(90 MHz)。半岛综合体育官方APP下载德甲 |
1964 - 66 |
开创性的研究使用傅里叶变换算法恩斯特和安德森出版。FT-NMR首先描述。 |
1967年 |
高潮的力量/ Spectrospin developments-introduction第一个完全transistorised核磁共振仪器的的力量HFX 90。
|
1969年 |
世界上第一个商业FT-NMR光谱仪系统引入的力量。
碳FT-NMR光谱由托尼·凯勒博士在1969年太平洋化学和光谱学在阿纳海姆会议。半岛综合体育官方APP下载德甲 |
1970 - 75 |
工作在1966年由恩斯特和安德森FT-NMR要求小型机生成磁带可以处理更大的电脑上。的出现更小、更便宜,更快的电脑早期1970年代FT-NMR几乎无处不在。 |
从专家到日常
经过30年的发展,核磁共振是一个成熟的技术,被广泛应用;有机化学中几乎没有一篇论文,没有核磁共振报告数据。当考虑这些最初的核磁共振系统的发展,可以发现三个关键领域,导致今天的系统:更大的磁铁提高灵敏度;探测技术的进步和新设计来提高性能;和计算机能力迅速增加,使软件开发,简化了数据处理和打开非专家的技术。表2强调一些关键里程碑的“第二波”发展。有趣的是,一些先锋和早期采用者的NMR发表了个人账户和评论发展的技术通过几十年从1980年到2010年。4 - 6
表2。核磁共振的关键发展从1980年代到现在,十年十年。
1980年代 |
2 d NMR发展组成一个巨大的进步在数据的收集和分析。小型和大型分子的结构分析成为可能,在分子生物学和化学被证明是非常有用的。 这些系统提供了一个工具,一个日常药剂师可以使用。 |
1990年代 |
高维光谱(3 d)。半岛综合体育官方APP下载德甲这是通过计算机技术的快速发展。三个甚至高维的傅里叶变换核磁共振数据现在可以在几秒内完成。更大的蛋白质分子现在可以分析。 低温探测第一developed-significant从随机热运动,减少噪音,加上调谐电子产品,提供在5倍相比,信噪比提高到同等房间温度探测器。 1991年,理查德·恩斯特被授予诺贝尔化学奖为他贡献的方法论的发展,高分辨率核磁共振spectroscopy-work,开始与他的傅里叶变换在1960年代中期的研究。半岛综合体育官方APP下载德甲 |
2000年代 |
低温探测的发展进一步提高性能,易于使用和系统自动化。 2002年,库尔特·伍斯里奇获得了诺贝尔化学奖,他的核磁共振光谱学的发展决定在溶液中生物大分子的三维结构。半岛综合体育官方APP下载德甲 |
2010年代 |
力量引入了世界上第一个商用动态核polarisation-enhanced固态核磁共振系统(DNP-NMR)。微波辐照是用来转移分化未配对电子自旋核自旋。因此,两极分化增强收益高达200倍的增益灵敏度固态核磁共振。 瓦里安被安捷伦2010年收购。安捷伦2014年退出NMR业务。 |
把边界:当前的趋势
核磁共振的继续在其遗留应用程序。固态核磁共振快速发展在过去的十年里,特别是在材料科学领域。这项技术可以用来解决结构性问题电池,聚合物,水晶固体和无定形固体,特别是在无序材料。电池科学,例如,越来越多的研究兴趣是由于专注于电动汽车和可再生能源存储。固态核磁共振结构可以提供洞察,当地秩序,分子流动性和化学过程在电池,让研究人员研究组成和化学反应在充放电过程中,以及电和磁性。最近的事态发展在高磁场和探测低伽马与固态核磁共振核更容易,而最近发展很快魔角旋转使样本高度各向异性的系统的研究,如顺磁材料常用于电池。
虽然一种非常有用的技术,核磁共振并不像其他方法一样敏感。固态核磁共振的敏感性为材料科学、医药和生物固体的应用可以显著提高,然而,使用一个动态核polarisation-enhanced核磁共振系统(DNP-NMR)。DNP实验分化转移电子自旋核自旋,大信号增强和降低信号平均时间。有一个巨大的能力DNP-NMR成为一种常规方法。
应用核磁共振光谱的另一个重大变化是在代谢组学。半岛综合体育官方APP下载德甲通过收集大量的代谢物谱和收集基础数据,统计分析可以揭示标记为一个特定的疾病或疾病。一旦建立了一个模型,单个样品的测量允许样本的分类为正常或不正常的,甚至允许诊断疾病的本质。这需要核磁共振和地方在临床科学家的手中。他们可以问:这是我所期望的吗?和回答“是”或“不是”。
在生物制药,研究人员正在使用核磁共振的结构描述的单克隆抗体(mab)。核磁共振的另一个应用程序扩大或生物制剂的生产增长的构成媒体的监控。承认某些营养素的消耗或潜在的有毒代谢产物的积累可以显著提高产量以及发酵的效率。
使用氟在制药行业在过去的几年中显著增加。今天,五个十大销售小分子药物含有氟。19F NMR在药物发现提供了一个独特的方法,而且在氟有机分子的描述和量化。这个驱动的推出一些冷冻器,能够观察这个核与很高的灵敏度。
结论
70多年前,一位才华横溢的科学家首先测量核磁旋转,工作,导致了1943年的诺贝尔奖的奖项。在此期间从1950年代中期到2010年,一小群公司开车日益复杂的核磁共振光谱仪的发展越来越多的应用。传统上,大型仪器授予更高质量的结果,但新一波的台式核磁共振系统已经证明他们使用的实验室,以及在质量控制与教学应用程序,和在临床诊断。一组选择的公司,包括Magritek Nanalysis T2生物系统,发展更加紧凑的系统(最小的是手持设备),独立于大型仪器的制造商。
核磁共振是有许多原因的方法选择广泛的分析实验室:它提供了一种非破坏性的分子动力学在固态或解决方案,保留样品进行进一步分析。建立方法的丰富和多样性的仪器大小和敏感性使几乎所有的分析实验室为描述分子结构,利用核磁共振监测混合物的组成,研究分子动力学和交互,量化已知和未知组件。
引用
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