Способ обнаружения протонного обмена в гетерогенных системах Советский патент 1984 года по МПК G01N24/08 

т

ю

ю

780

780 90 180° 780

35

ы

Изобретение относится к области ЯМР-спектроскопии, занимающейся исследованием протонного обмена в гетерогенных мембранных системах, и может быть использовано для обнаружения протонного обмена при оценке проницаемости мембран методом парамагнитного допинга.

Известен способ измерения обмена с использованием импульсного метода ЯМР 1 .

Недостатком данного способа является неоднозначность доказательства протонной проницаемости мембран.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ обнаружения протонного обмена в гетерогенных системах, включающий внедрение в образец, содержащий области, ограниченные мембранами, парамагнитных ионов и воздействие на образец серии 90-180-180.4. радиочастотных

импульсов. Этот способ используется для исследования проницаемости биологических мембран и заключается в том, что во внеклеточное пространство вводятся парамагнитные ионы, например, марганца Мп , и образец подвергают воздействию серии радиочастотных импульсов 90°-С--180° - ..., так называемой последовательности Карра-Парсела-Мейбума-Джилла (КПМД). В результате наблюдается быстрое релаксационное затухание намагниченности с характеристическим временем T2q от протонов воды внеклеточного пространства, обусловленное релаксацией на парамагнитных ионах, и медленное - со временем Т от протонов внутриклеточной воды. Проницаемость клеточной мембраны обеспечивает обмен воды внутриклеточного и внеклеточного пространства, что приводит к ускорению наблюдаемог затухания намагниченности от внутриклеточной воды. Это ускорение зависит от величины проницаемости мембраны и используется для количественной ее оценки 2 .,

Однако в известном способе ускорение релаксации внутриклеточной воды может быть обусловлено как обменом, так и проникновением парамагнетика внутрь клеток. Следовательно, для измерения обмена этим методом предварительно необходимо установить сам факт существования обмена.

Цель изобретения - однозначное

обнаружение протонной проницаемости

мембран и увеличение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу обнаружения протонного обмена в гетерогенных системах, включающему внедрение в образец содержащий области, ограниченные мембранами, парамагнитньк ионов и воздействие на образец серии 90-180180 ... радиочастотных импульсов, исследуемьй образец дополнительно подвергают воздействию двух 180-градусных импульсов, разделенных интервалом t , которые включаются перед серией импульсов, причем интервал между моментом включения второго дополнительного импульса и серией импульсов определяют по отсутствию сигнала свободной индукции после пробного 90градусного импульса и по, наличию изменения крутизны спада поперечной намагниченности от интервала ,ц обнаруживают обмен.

На чертеже приведены временные диаграммы включения радиочастотных импульсов.

На чертеже изображены первый 1 и второй 2 дополнительные 180 -градусные импульсы, 3 - серия импульсов КПМД и 4 - огибающая затухания сигналов спин - эхо.

Второй дополнительный импульс следует через изменяемый интервал t) после первого, при этом t, Т , где Т, - время, за которое продольная компонента намагниченности области без парамагнетика уменьшится в два раза от своего первоначального значения. По зависимости измеряемого времени поперечной спин-спиновой релаксации Т2п от интервала t/i определяется наличие обменного механизма релакса1щи, так как для обменивающихся протонами областей с различными временами релаксации затухание медленно спадающей компоненты поперечной намагниченности изменяется при вариации i( , а для необменивающихся - не изменяется4

Идейная основа предлагаемой импульсной последовательности построена на том, что для областей с различными временами релаксации T2j, ) Т, но не обменивающимися протонами, медленно спадающая компонента поперечной намагниченности при изменении изменяет только свой долевой вклад в общую намагниченность, время релаксации при этом не изменится. Если же существует обмен, скорость которо го 1/ cpg : l/Tjq, то при изменении ill изменяется значение 1/Тл т.е. при наличии обмена не все протоны внутриклеточной области Vg за время i отрелаксируют за счет выхода в область быстрой релаксации внеклеточную область V. Оставшаяся часть протонов испытывает радиочастотное насыщение продольной намагниченности и не дает вклада в намагниченность к моменту времени t, . Изме нение t приводит к изменению эффективного объема протонов, дающих вклад в сигнал, и, следовательно, учитывая,что время обмена t- ... связано с коэффициентом проницаемости мембран Р, объемом Vg и площадью мембраны 5 соотношением имеет место зависимость l/.g 1 (i,) Таким образом, изменение интервап Ъц и наблюдение за скоростью затухания поперечной намагниченности дают возможность экспериментальной оценки существования обменного механизма релаксации. Таким образом, второй 180-градусный импульс служит для нормировки быстро и медленно релаксирующих компонент намагниченности, т.е. создает условия для выбора момента включения последовательности КПМД, когда доли компонент намагниченности равны, независимо от их начального соотношения в суммарной начальной намагниченности, при этом спад поперечной намагниченности представляет собой не сумму, а разность компонент (огибающая А). Дпя оценки эффективности предлагаемого способа проведены измерения на образцах, содержащих области, заведомо не обменивающиеся протонами и на образцах, где этот обмен сущест вует . В первом случае образец представляет собой ампулу с водным раствором соли парамагнетика MrvCEj в которую помещают ампулу меньшего диаметра с раствором парамагнетика другой концентрации, что обеспечивает необходимое различие вре.мен релаксации. При изменении Ь, от 4 с до 200 мс амплитуда сигнала подавляется радиочастотным насыщением в 2-3 раза, но затухание медленно спадающей компоненты не изменяется, Т2е остается постоянным, равным 47 мс. В качестве объекта с обменивающимися областями взяты водоросли Riccia, которые инкубировались в 50 растворе MnCtj . Затухание поперечной намагниченности удовлетворительно разделяется на две компоненты и при изменении i от 6 с до 70 мс наблюдается отчетливое изменение скорости затухания медленно спадающей компоненты намагниченности от 80 мс до 15 мСо Изменения T2g свидетельствуют о том, что в данной системе изменение скорости релаксации l/Tn при введении парамагнетика контролируется обменом. Предлагаемая последовательность может быть полезной для исследования обмена в любых системах, содержащих области протонов с различными временами релаксации, а также для исследования транспорта парамагнитных ионов в биологические клетки. Использование предлагаемого способа измерения времени магнитной релаксации в гетерогенных системах позволяет однозначно интерпретировать данные по ускорению времени релаксации в методе КПМД, а также дает информацию об обменном механизме релаксации в reTeporeHFibix системах, где существует выраженньй двухкомпонентный спад ядерной намагниченности. Способ разработан и испытан применительно к исследованиям водопроницаемости биологических мембран, однако может быть применен и в других отраслях народного хозяйства, где используются гетерогенные системы, например в промьшшенности химического гетерогенного катализа для оценки эффективности катализаторов через измерение скорости обменных процессов, в нефтяной Промьпиленности для измерения пористости нефтесодержащих сред через измерение скорости проникновения парамагнитных ионов, искусственно вносимьЕХ в образец, в промышленности, производящей молекулярные сита и искусственные мембраны для оценки проницаемости при помоищ молекул с посаженными на них парамагнитными метками и с последую1ч;им измерением времени релаксации и т.д.

511122676

Способ экспрессивен, позволяет )йзвольйую форму, безопасен проводить измерения за 5-10 мин, для обслуживающего персонаобъект исследования моЖет иметь про- ла.

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПРОТОННОГО ОБМЕНА В ГЕТЕРОГЕННЫХ СИСТЕМАХ, .включающий внедрение в образец, содержащий области, ограниченные мембранами, парамагнитных ионов и воздействие на образец серии 90-180180 ... радиочастотных импульсов, отличающийся тем, что, с целью однозначного обнаружения протонной проницаемости мембран и увеличения точности измерений, исследуемый образец дополнительно подвергают воздействию двух 180-градусных импульсов, разделенных интервалом t,, которые включаются перед серией импульсов, причем интервал между моментом включения второго дополнительного импульса и серией импульсов определяют по отсутствию сигнала свободной индукции после пробного 90-градусного импульса и по наличию изменения крутизны спада поперечной намаг(Л ниченности от интервала i, обнаруживают обмен.