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Dynamic nuclear polarization of small labelled molecules in frozen water-alcohol solutions

Résumé

In recent years methods of creating 'hyperpolarized' substances have gained considerable attention in biomedical magnetic resonance and dynamic nuclear polarization (DNP) is one of the most promising, especially for imaging applications. Here we present results of DNP studies on protons and C-13 nuclei in frozen solutions of sodium acetate and glycine, dissolved in water-ethanol and water-glycerol, doped with TEMPO free radicals and EHBA-Cr-V complexes. Up to 14% C-13 polarization and close to 50% proton polarization were achieved at similar to 1.2K in a magnetic field of similar to 3.5 T under irradiation with similar to 97 GHz microwaves, which corresponds to an enhancement of more than 15 000 with respect to thermal equilibrium polarization in a 9.4 T magnet at room temperature. For all investigated samples the main DNP mechanism was found to be thermal mixing. The absolute polarization values achieved are mainly depending on the type of solvent, the water-alcohol ratio, its degree of deuteration and the concentration of paramagnetic centres. This allows application of the so-established sample preparation and DNP procedure to other molecules in future experiments. Two further examples of DNP of molecules in solution underline the general applicability of the method to a wide variety of organic compounds.

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Proximité ontologique
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Éthanol
L’éthanol, ou alcool éthylique () ou plus simplement alcool, est un alcool de formule semi-développée . C'est un liquide incolore, volatil, inflammable et miscible à l'eau en toutes proportions. C'est un psychotrope, et l'une des plus anciennes drogues récréatives, sous la forme de boisson alcoolisée. L'éthanol est utilisé par l'industrie agroalimentaire (pour la production de spiritueux notamment), la parfumerie et la pharmacie galénique (comme solvant) ainsi qu'en biocarburant (bioéthanol).
Glycérol
Le glycérol, ou glycérine, est un composé organique de formule . C'est un liquide incolore, visqueux et inodore au goût sucré, utilisé dans de nombreuses compositions pharmaceutiques. Sa molécule possède trois groupes hydroxyle correspondant à trois fonctions alcool responsables de sa solubilité dans l'eau et de sa nature hygroscopique. Un résidu glycérol constitue l'articulation centrale de tous les lipides de la classe des triglycérides et des phosphoglycérides. Initialement, le glycérol a été découvert comme un résidu de la fabrication du savon.
Polarisation (optique)
La polarisation est une propriété qu'ont les ondes vectorielles (ondes qui peuvent osciller selon plus d'une orientation) de présenter une répartition privilégiée de l'orientation des vibrations qui les composent. Les ondes électromagnétiques, telles que la lumière, ou les ondes gravitationnelles ont ainsi des propriétés de polarisation. Les ondes mécaniques transverses dans les solides peuvent aussi être polarisées. Cependant, les ondes longitudinales (telles que les ondes sonores) ne sont pas concernées.
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