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NMR palmare
Le macchine a risonanza magnetica nucleare delle dimensioni di una stanza potrebbero ridursi a dispositivi portatili e portatili grazie a un design magnetico piccolo e leggero sviluppato da ricercatori tedeschi.
RMN tascabile: Un magnete permanente delle dimensioni di una batteria appositamente progettato genera un campo magnetico sufficientemente uniforme da eseguire NMR ad alta risoluzione su campioni chimici in un tubo NMR commerciale.
La spettroscopia di risonanza magnetica nucleare è uno strumento comune per studiare la struttura delle proteine e identificare la composizione chimica di un materiale. Costituisce anche la base della tecnica di imaging medico risonanza magnetica, o MRI. Tuttavia, vengono utilizzati magneti superconduttori ingombranti e costosi per generare i forti campi magnetici (circa sette tesla) necessari per l'NMR di precisione.
Il magnete, sviluppato da Federico Casanova e dai suoi colleghi del RWTH Università di Aquisgrana del dipartimento di chimica macromolecolare, ha le dimensioni di una batteria D standard e pesa 500 grammi. Sebbene i magneti portatili siano stati realizzati in precedenza, il nuovo consente misurazioni NMR precise quanto i grandi magneti commerciali. Si tratta di un ulteriore significativo passo avanti verso la NMR mobile ad alta risoluzione, afferma Alessandro Pini , un professore di chimica presso l'Università della California, Berkeley, che sta sviluppando un nuovo tipo di progetti di risonanza magnetica compatti.
Quando le dimensioni di un magnete permanente si riducono, genera campi magnetici uniformi su un volume più piccolo a causa di minuscole imperfezioni nel materiale e nella forma. Ciò significa che è possibile utilizzare meno campione di materiale, rendendo le misurazioni NMR quasi mille volte meno sensibili rispetto a quando si utilizzasse un magnete superconduttore. Il segnale NMR diventa quindi paragonabile al rumore elettronico e il dispositivo può perdere sostanze chimiche presenti in quantità molto piccole.
Il nuovo magnete genera un campo magnetico di 0,7 tesla, ma genera un campo estremamente omogeneo. Di conseguenza, è il primo magnete portatile che funziona con i convenzionali tubi da cinque millimetri in cui vengono inseriti i campioni NMR. L'obiettivo del nostro lavoro era prendere questo tubo, mantenere il volume costante e costruire il magnete più piccolo con l'omogeneità desiderata, afferma Casanova. La cosa importante che abbiamo fatto è correggere la disomogeneità che deriva dalle imperfezioni del magnete.
Chiamando i risultati impressionanti, Louis Bouchard , un professore di chimica dell'Università della California a Los Angeles, afferma che nessun precedente progetto di magnete portatile ha raggiunto prestazioni così buone. Bouchard ritiene che il costo del magnete dovrebbe essere molto inferiore a quello degli attuali magneti NMR commerciali. Questo probabilmente porterà a tali unità NMR molto più diffuse, dice. Se questi ragazzi vendessero questo prodotto commercialmente, probabilmente ne comprerei uno.
Il magnete portatile potrebbe rendere possibili dispositivi NMR sensibili e ad alta risoluzione che possono essere portati in uno scavo archeologico per identificare i manufatti e in una fabbrica per rilevare la contaminazione nei prodotti. Potrebbe essere utilizzato negli studi medici per individuare coaguli di sangue, batteri o proteine del cancro nel sangue di un paziente. Potrebbe anche consentire alle macchine NMR portatili di monitorare la produzione di farmaci e sostanze chimiche in linea invece di portare campioni chimici ai laboratori NMR per l'analisi.
Casanova e i suoi colleghi hanno modificato un noto design del magnete noto come array Halbach, una disposizione speciale di molti magneti permanenti che focalizza i campi magnetici solo su un lato dell'array. Un design comune è un cilindro Halbach, che ha un intenso campo magnetico all'interno del cilindro. Questo è ciò con cui iniziano i ricercatori. Come descrivono in un articolo pubblicato online sulla rivista chimica applicata , prima impilano tre anelli di samario cobalto per realizzare il cilindro. Il diametro esterno del cilindro è di 35 millimetri; il diametro interno di 15 millimetri è abbastanza grande da contenere un tubo NMR standard.
Ogni anello magnetico è composto da pezzi di forma trapezoidale con spazi in mezzo. Questi spazi sono riempiti con pezzi rettangolari che si muovono dentro e fuori fino a due millimetri. I ricercatori misurano la disomogeneità nel campo magnetico creato dagli anelli di Halbach. Quindi, con l'aiuto di sofisticate simulazioni al computer, calcolano quanto è necessario spostare ciascuno dei pezzi rettangolari per regolare il campo magnetico e appianare le disomogeneità.
Potrebbero essere possibili magneti ancora migliori perfezionando il design, affermano i ricercatori. Mentre l'intensità del campo del magnete è di 0,7 tesla in questo momento, l'aumento del diametro esterno del magnete dovrebbe consentire di generare 1,5 tesla, affermano i ricercatori. Inoltre, utilizzando magneti realizzati con altri materiali come il neodimio, si potrebbero generare fino a due tesla.