《Solid State Nuclear Magnetic Resonance》：From Overlap to Resolution: Cellular Solid-State NMR at Ultrahigh-Field 1.5 GHz Demonstrated on Fungal Cell Walls
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通过定量评估完整活体真菌细胞13C线宽，本研究利用1.5 GHz超高频固态核磁共振技术（35.2 T）显著提升了光谱分辨率，在2-5小时内获得高质2D 13C-13C相关谱，理想条件线宽收窄达0.15 ppm，实际运行超0.2 ppm，突破了传统800 MHz系统的解析极限，为细胞壁结构异构性研究开辟新路径。
Malitha C. Dickwella Widanage | Ankur Ankur | Bennett Addison | Ivan Huang | Xiaoling Wang | Peter L. Gor’kov | Zhehong Gan | Anne E. Harman-Ware | Tuo Wang
密歇根州立大学化学系，美国密歇根州东兰辛市
摘要
在GHz频率范围内的超高场固态核磁共振（NMR）为探测复杂的、非均匀的生物系统开辟了新的前沿，提供了前所未有的光谱分辨率。在这里，我们展示了1.5 GHz（35.2 T）NMR光谱仪在细胞固态NMR中的优势，通过定量评估烟曲霉（Aspergillus fumigatus）完整活细胞中13C线宽的改善情况。在理想条件下，我们能够在2-5小时内获得高质量的2D 13C-13C相关光谱，线宽缩小了0.05-0.15 ppm；而在实际运行时间受限的情况下（功率受限），线宽缩小幅度仍超过0.2 ppm（相对于800 MHz）。这种分辨率的提升在多维相关实验中尤为明显，尤其是在需要大量能量的重耦合实验中，因为这些实验要求缩短采集时间。这些改进使得能够解析细胞碳水化合物（如几丁质和α-1,3-葡聚糖）中以前无法检测到的光谱多重性和结构多样性，同时显著减少了实验时间。这些结果说明了超高场固态NMR在提高复杂细胞材料光谱分辨率方面的潜在优势，并强调了继续开发计算和分析方法的重要性，以便有效解释在这些高场下获得的信息丰富的光谱。
章节摘录
引言
固态NMR光谱学长期以来一直是探测复杂材料和生物分子原子级结构和动态的重要工具。最近最重要的进展之一是在GHz频率范围内开发出超高磁场1。这些磁体的可用性范围从1.2 GHz商用NMR系统（28.2 T）扩展到2018年使用串联混合（SCH）磁体技术实现的1.5 GHz（35.2 T）世界纪录磁场，这不仅仅...
结果与讨论
在介绍和讨论磁场强度对完整活的烟曲霉细胞光谱分辨率的影响之前，首先对一维和二维固态NMR光谱中线宽的各种来源及其场依赖性进行分类是有用的。在固体中，光谱分辨率由均匀和非均匀展宽机制之间的相互作用决定18。最根本的贡献来自T2松弛过程，即不可逆的...
结论
这里展示的结果表明，超高磁场如何改变了固态NMR在处理复杂、非均匀生物样本时的实际限制，尤其是在传统上实验条件会损害分辨率的情况下。通过在实际实验条件下（采集时间受射频功率限制）实现有意义的线宽减小，1.5 GHz的操作改变了可行性与信息量之间的平衡...
均匀标记13C、15N的真菌材料的制备
烟曲霉（菌株Af293）在YPD培养基中于30 °C培养了七天43。为了进行同位素标记，液体培养物在含有13C-葡萄糖（10.0 g/L）和15N-硝酸钠（6.0 g/L）的改良最小培养基中生长，调整至pH 6.5。培养物（100 mL）在250 mL烧瓶中以210 rpm的速度和30 °C孵育。菌丝通过离心（7000 × g，20 min）收集，用10 mM PBS（pH 7.4）洗涤，然后分别装入3.2 mm和2.0 mm的MAS转子中用于NMR分析：
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作主要得到了美国国家科学基金会（NSF）的资助（项目编号MCB-2517270）和美国国立卫生研究院（NIH）的资助（项目编号R01AI173270）。国家高磁场实验室得到了美国国家科学基金会（NSF）通过NSF/DMR-1644779和2128556项目以及佛罗里达州的支持。本材料基于在美国能源部科学办公室生物与环境研究支持下建立的生物能源创新中心的工作...
