绿豆(Vigna Radiata)代谢物组成的核磁共振定量分析

绿豆(Vigna radiata)是重要的经济作物之一,具有抗氧化、抗炎和抗菌作用.然而迄今为止,绿豆代谢物组成信息仍不完善.为了系统地定量研究绿豆代谢物组成,该研究利用DOSY,J-RES,COSY,TOCSY,HSQC,HMBC和1D 1H NMR谱图在鄂绿4号(ElüNo.4)绿豆水相提取物中鉴定和归属了48种代谢物,确定了绿豆中棉籽糖家族寡糖的构成,并且利用全弛豫谱对其中44种代谢物进行了定量分析.

脑科学研究中的质子磁共振波谱方法

核磁共振(NMR)波谱作为一种操作简单、高效且重复性良好的技术手段,在脑科学领域的应用日益广泛,尤其是离体核磁共振氢谱(~1H NMR)和活体核磁共振氢谱(~1H MRS).~1H NMR和~1H MRS在实验设计、样品预处理、数据处理等方面各有优劣、各擅胜场.本综述主要从适用范围、样品预处理、数据处理分析等方面,对二者在方法学层面的研究现状进行总结和讨论,以期为脑科学领域的研究者进行大脑代谢相关研究时提供一定的参考和帮助.

超极化气体肺部磁共振成像

磁共振成像(MRI)技术具有非侵入、无放射性的特点,在临床疾病诊断中具有独特的优势,但是肺部空腔的特殊结构使传统质子MRI无法对其直接成像.自旋交换光抽运(SEOP)方法可以使惰性气体原子的极化度增强4个量级以上,从而使肺部的气体MRI成为可能.该文介绍了超极化惰性气体肺部MRI的最新研究进展,包括超极化气体磁共振相关参数的测量方法、肺部通气结构成像、肺部气体交换功能成像,同时比较了常用于肺部MRI气体的优点和缺点.

低场核磁共振短死时间射频线圈与射频开关的设计

本文以核磁共振(NMR)射频线圈振铃信号产生原理为对象进行分析研究,提出了一种适用于低场环境下由环状间隙腔线圈与螺线管线圈构成的收发分离式短死时间射频线圈设计方案,采用优化调谐匹配网络提高发射效率;根据射频线圈方案需求设计了快速切换的射频开关及驱动.在此基础上依据仿真结果制作了短死时间射频线圈,并应用于自主研制的低场9.51 MHz便携式NMR谱仪系统,进行NMR实验,结果显示可将收发切换时间缩短至10μs以内,验证了该设计方案的可行性.

基于改进非线性拟合的核磁共振T2谱多指数反演

核磁共振T_2谱多指数反演算法是开展复杂体系样品核磁共振(NMR)弛豫研究最重要的数学工具.常用的T_2谱多指数反演算法一般都是事先给出弛豫时间T_2分布的布点,然后转化为线性拟合问题进行求解.在求解的T_2谱较为分散的时候,反演得到的T_2谱精确度不高,分辨率较低.非线性拟合是解决这个问题的有效办法.本文针对分散T_2谱反演利用非线性拟合时遇到的初值依赖及运算复杂问题,利用线性回归最小二乘方法,改进了其中的带非负约束非线性优化模型,将搜索的反演参数从T_2,f减少为T_2,加快了收敛速度,减少了对初值的依赖,提高了反演精度,使算法更加稳健.通过用改进的Levenberg-Marquardt算法和差分进化算法进行计算机模拟反演及实验数据反演,验证了改进方法在核磁共振T_2谱反演中的有效性.

感染减毒鼠伤寒沙门氏菌对小鼠粪样代谢组的影响——WIPM和Bruker 500 MHz核磁共振波谱仪检测结果的比较

鼠伤寒沙门氏菌属于胞内侵袭性兼性厌氧菌,减毒后的鼠伤寒沙门氏菌安全性大大提高,已被广泛用于病毒、细菌及寄生虫疫苗的研制.但是目前还没有研究利用代谢组学方法来分析减毒鼠伤寒沙门氏菌感染对宿主和肠道菌群相互作用的影响.同时中国科学院武汉物理与数学研究所自主研发的WIPM 500 MHz核磁共振(NMR)波谱仪已经研制成功,但是该谱仪是否可以用于代谢组学研究尚未经过考证.本研究同时使用WIPM和Bruker500 MHz核磁共振波谱仪对同一批减毒鼠伤寒沙门氏菌感染小鼠的粪样进行检测,并结合多变量数据分析方法来研究减毒鼠伤寒沙门氏菌感染对小鼠粪样代谢组的影响.研究结果表明,WIPM NMR波谱仪检测数据的分析结果与Bruker NMR波谱仪的实验结果具有高度的一致性,表明WIPM谱仪可以用于代谢组学研究.研究发现减毒鼠伤寒沙门氏菌感染能够引起小鼠粪样代谢物中多种氨基酸和尿嘧啶含量的上升,并伴有胆汁酸、乳酸和丙酸含量的下降.以上代谢物含量的改变表明,减毒鼠伤寒沙门氏菌感染使小鼠肠道微生物的代谢功能发生了紊乱.

STZ诱导大鼠1型糖尿病进行性脑萎缩的磁共振成像及组织化学研究

1型糖尿病(T1DM)是一种慢性代谢疾病,主要表现为胰岛素分泌量较正常情况下降,会对人体的多个器官和系统造成持续性的损伤.关于糖尿病的横向研究发现糖尿病患者相比于正常人存在着显著的脑萎缩,但关于糖尿病引起的脑萎缩随时间发生进行性改变的研究比较少见.实验采用腹腔注射链脲佐菌素(STZ)来诱导建立大鼠的1型糖尿病模型,运用磁共振成像(MRI)的方法对萎缩的脑区进行定位并在造模后12周和20周两个时间点对脑萎缩的程度进行对比分析,然后运用组织化学染色的方法观察在MRI上出现进行性萎缩的脑区中的神经元所发生的病理改变.MRI的结果表明:STZ诱导的T1DM大鼠相比于正常对照组大鼠出现了显著性的全脑体积、灰质体积和白质体积的萎缩,并且在多个白质脑区和灰质脑区均出现了萎缩程度随着病程的延长而逐渐加重.组织化学染色的结果发现,STZ诱导的T1DM大鼠相对于正常对照组大鼠在体感皮层、运动皮层和海马CA3区,均出现明显的神经元萎缩现象.

固体核磁共振研究半晶聚-3-羟基丁酸酯和聚羟基丁酸戊酸酯的分子动力学（英文）

本文在150~370 K温度范围内,采用固体核磁共振(NMR)测定了半晶聚-3-羟基丁酸酯(PHB),以及3-羟基戊酸酯单体质量分数分别为5%(PHBV5)和12%(PHBV12)的聚羟基丁酸戊酸酯共聚物在实验室坐标系和旋转坐标系条件下质子的自旋-晶格弛豫时间T1和T1ρ.通过弛豫时间随温度变化的理论拟合,分别获得上述半晶聚合物晶区和结晶区的分子动力学参数(包括Ea和τ0).这些结果从分子水平上阐述了PHB结构修饰和增强的原因.

大鼠尿液中N-氧化烟酰胺和伪尿嘧啶核苷的NMR分析

N-氧化烟酰胺和伪尿嘧啶核苷是尿液代谢组的两种重要组成成分,但是其核磁共振信号的归属仍不完善.该文采用多种2D NMR谱(1H-1H COSY,1H-1H TOCSY,1H-1H J-RES,1H-13C HSQC和1H-13C HMBC)对尿液中N-氧化烟酰胺和伪尿嘧啶核苷的结构进行了确定,并对其1H和13C的化学位移进行了归属.

肝肿瘤细胞HepG2代谢指纹及代谢足迹的NMR分析

细胞代谢特征的分析是认识细胞生物化学过程物质基础的一个关键点.该文使用培养72h的肝肿瘤细胞HepG2为模型,使用一维与二维核磁共振谱学分析方法,分析了该细胞本身及其培养液中代谢物的组成,确定了50余种覆盖三羧酸循环、糖酵解、氨基酸合成、脂肪酸与胞膜代谢、嘌呤与嘧啶代谢等多个代谢途径的代谢物,发现细胞本身与培养基中代谢物组成能够分别提供"细胞代谢指纹"与"细胞代谢足迹"等互补性信息.同时发现此方法可用于研究植物次生代谢物槲皮素对肝肿瘤细胞HepG2代谢的影响.结果表明,核磁共振波谱技术是分析细胞代谢组特征和研究药物对细胞代谢影响规律的有效手段.

新型吡唑并[3,4-d]嘧啶-4-酮类衍生物的结构表征和镇痛活性

本文以2-氰基-3-乙氧基丙烯酸乙酯与3,4-二甲基苯肼为原料,通过多步反应合成了三种新型吡唑并[3,4-d]嘧啶-4-酮类衍生物(A~C),通过核磁共振(NMR,包括^(1)H NMR、^(13)C NMR)和液相色谱-质谱联用(LC-MS)技术表征确证了其结构,并完整归属了三种化合物的^(1)H NMR数据.对所合成的化合物1-(3,4-二甲基苯基)-6-甲基-5-[3-(哌啶-1-基)丙氧基]-1,5-二氢-4H-吡唑并[3,4-d]嘧啶-4-酮(A),通过小鼠脑部质谱成像和福尔马林实验进行了初步的体内镇痛活性评价,我们发现化合物A能透过血脑屏障,并产生显著且剂量依赖的镇痛活性.本研究为以吡唑并[3,4-d]嘧啶-4-酮为骨架的镇痛药物的研发提供了结构和体内活性的基础研究数据.

基于非高斯分布模型的扩散加权成像在体部疾病中的应用

常规扩散加权成像(DWI)在超高b值时,单指数模型不再适用,细胞外间隙水分子的扩散偏离高斯分布,需要更复杂的模型来分析这种非高斯扩散。扩散峰度成像(DKI)能描述水分子的这种非高斯扩散行为,得到额外的参数K_(app),K_(app)不仅能反映组织细胞界面数,还有反映组织细胞微观结构的异质性和不规则性的潜能。近年来DKI在脑外的研究渐多,尤其是在前列腺,研究显示DKI能提高肿瘤检测和准确分级。放射科医师对DKI模型及其参数的准确理解,有助于评估肿瘤环境、肿瘤分型以及治疗反应。作者旨在综述体部非高斯扩散模型DKI的基本原理、生物学相关性、技术要点及在体部中的临床应用。

吲哚丙酮酸的酮-烯醇互变异构化的NMR研究

吲哚丙酮酸是色氨酸代谢途径中的一种重要α-酮酸,但其酮-烯醇互变异构化现象及互变异构体的NMR数据尚未见报道.该文采用多维NMR技术研究了吲哚丙酮酸在不同溶剂中主要存在形式.使用2D NMR谱对吲哚丙酮酸的烯醇式和酮式结构进行了NMR研究.结果表明吲哚丙酮酸在乙腈溶液中主要以烯醇式结构存在,而在水溶液中主要以酮式结构存在.

肺部超极化气体MR成像

近年来,肺癌、慢性阻塞性肺疾病(COPD)、尘肺等肺部疾病发病率逐年攀升,已成为非常突出的公共医疗卫生问题。肺是以空腔为结构主体的器官,其最主要的功能是气体交换;因此,发展能对肺部气体交换功能进行无创、可视和实时成像的技术至关重要。本文围绕一种新的肺部影像学方法———超极化气体MRI进行综述。

锰对比剂在MRI中的应用

MRI所面临的一个主要问题是如何提高信号对比度,进而区分病灶与正常的组织和器官,从而达到医学诊断的目的,为了解决这个问题往往就要用到可以加快水质子弛豫的试剂。一般常用的MRI弛豫增强试剂都是含钆类的化合物,因为钆具有很强的顺磁弛豫增强能力。但是钆类对比剂有可能引起肾源性系统性纤维化,因此钆类对比剂的使用也具有一定的局限性。锰也是一种顺磁性金属,其毒性非常低,是生物体内一种必须的元素,二价的锰有5个未成对电子,也具有较强的弛豫增强效果;另外锰对比剂的存在形式比较多样化,比如锰盐、小分子有机螯合物、大分子螯合物、氧化物纳米粒子等,并且锰对比剂毒性相对较低,因此在使用时可以较大剂量的使用。正因如此,锰的对比剂在MRI中也占有一定的地位。该文综述了锰对比剂在MRI中的一些应用,以及其最近的相关研究进展,最后对未来锰对比剂的发展方向做出展望。

MRI梯度预加重模块的分时复用设计

为获得更优的成像质量和更快的成像速度,磁共振成像(MRI)系统的梯度预加重模块需要具有更多的补偿通道和调节参数,常规预加重模块的设计方案使现场可编程门阵列(FPGA)面临巨大的资源消耗.为解决高性能梯度预加重模块的资源消耗大的问题,本文提出了一种基于分时复用技术的梯度预加重实现方案,以常规方案1/44的资源实现了11通道×4组参数的梯度预加重模块.将该模块用于0.35 T MRI系统,测试了补偿前后的涡流曲线和磁共振图像,结果表明该模块有效降低了系统的涡流,减小了磁共振图像中的涡流伪影.

NMR永磁体精密温度控制器的设计与实现

低场核磁共振(low-field NMR)谱仪常采用钕铁硼(NdFeB)永磁体提供静磁场.NdFeB对温度非常敏感,磁体温度变化会引起磁场漂移,影响NMR实验的可靠性.为提高低场磁共振谱仪的稳定性,本文提出了一种基于双回路控制算法的磁共振永磁体精密温度控制方案,并在0.06 T磁共振谱仪上进行验证.结果表明:24 h内控温精度达到±0.005℃;相比无温控时,质子共振频率0.5 h内漂移量由255 Hz减小至15 Hz,24 h内漂移量由4 950 Hz减小至145 Hz,有效提高了低场磁共振谱仪永磁体的稳定性.

Au负载SBA-15分子筛上葡萄糖氧化反应

探讨了金与铝改性的SBA-15分子筛催化剂(Au-Al/SBA-15)上活性中心与葡萄糖氧化制葡萄酸反应性能的关系.通过固体核磁共振波谱(ssNMR)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外-可见光谱(UV-Vis)和透射电子显微镜(TEM)等手段对不同Au及Al含量的Au-Al/SBA-15催化剂进行了结构表征.发现Al改性能够在SBA-15载体上产生四配位Al物种,Au主要以单质的形式存在;SBA-15上的四配位Al物种具有稳定Au颗粒大小的作用.通过对比发现,催化剂上的Au和骨架四配位Al物种间的相互协作促进了对葡萄糖氧化的活性,而非骨架Al物种会导致副反应的发生,降低葡萄糖酸产物的选择性.通过固体13CNMR揭示了反应体系中的NaOH能够将强吸附的产物葡萄糖酸分子从催化剂表面解离,保持活性位不被覆盖进而促进反应持续进行.

磁共振波谱与成像技术

文章简要介绍了核磁共振的基本原理,详细阐述了液体核磁共振在蛋白质结构、功能和动力学等方面的研究进展,论述了增强固体核磁共振分辨率的方法及其应用,讲述了磁共振成像的原理并综述了不同磁共振成像方法的应用研究进展,并对核磁共振的发展作了展望。

一种简易的脑片图像的半自动区域划分及细胞计数方法

脑科学研究往往需要对实验动物不同脑区的分子表达、细胞数目及神经网络连接模式进行量化和比较分析,然而目前缺乏简便易行的规模化的脑区划分方法.本文基于Paxinos和Franklin的第二版小鼠图谱以及Photoshop和Image J等图像处理软件,发展了一种简易的脑片图像的半自动区域划分及细胞计数方法.首先,基于小鼠脑图谱可获得脑区划分所需的标准模版;然后,利用Photoshop软件对标准模版进行变形矫正,可实现小鼠脑切片图像的快速规模化半自动配准及区域分割;最后,利用Image J可实现对配准及分区后的脑片图像不同区域的半自动神经细胞计数和分析.此方法适用于脑片免疫组织化学分析、神经元分布模式检测和神经环路标记等研究,其操作简便、易于获取、并且不依赖于其他昂贵的商业化神经图像分析软件,能为条件有限的科研工作者提供极大便利.