高压及超临界流体中15 N-SABRE超极化技术的突破性研究

【编辑推荐】研究人员针对SABRE（可逆交换信号放大）技术中仲氢（p -H2 ）溶解度不足的瓶颈，探索了400 bar高压甲醇溶剂和超临界CO2 体系下的15 N超极化性能。结果表明，高压条件下极化效率提升6.5倍，首次实现超临界流体中与常规SABRE-SHEATH相当的极化水平，为生物兼容性造影剂规模化制备开辟新路径。

　　

核磁共振（NMR）技术虽广泛应用于科学领域，但其信号灵敏度受限于核自旋与磁场的微弱相互作用。超极化技术通过外部极化源突破这一限制，其中溶解动态核极化（dDNP）虽能实现高极化率，但设备昂贵且耗时。相比之下，基于仲氢（p
-H₂
）的信号放大可逆交换技术（SABRE）能在1分钟内产生显著极化，但传统方法受限于溶液中仲氢的低溶解度（约10 bar压力下仅毫摩尔浓度）。

为解决这一瓶颈，美国杜克大学Warren S. Warren团队在《Journal of Magnetic Resonance》发表研究，探索了高压（400 bar）甲醇和超临界CO₂
溶剂体系对¹⁵
N-SABRE性能的影响。研究采用定制高压NMR系统，通过Daedalus XTREME-60 syringe pump实现气体混合与压力控制，结合锆石NMR管进行高压检测。

高压力NMR装置
团队搭建了二元气体混合系统，可精确调控H₂
与CO₂
比例，通过初级泵预加压后转入高压NMR系统。

结果与讨论
在10-400 bar压力梯度实验中，250 bar时甲醇溶解H₂
浓度达1.15 M（亨利定律计算），¹⁵
N极化效率较传统SABRE-SHEATH提升6.5倍。超临界CO₂
体系首次实现与常规方法相当的极化水平，但需优化磁场匀场技术以抵消流体密度梯度影响。

结论
该研究不仅证实高压可显著提升SABRE效率，更开创性地验证了超临界流体的可行性，为生物兼容性造影剂（如¹²⁹
Xe）的规模化制备奠定基础。Warren团队指出，未来通过磁场优化和溶剂工程，超临界SABRE有望成为临床级超极化生产的核心技术。

（注：全文数据与结论均基于原文实验，未引用图示及文献标识）