Diamantes pueden ser el futuro de tecnologías de RM

Los diamantes podrían ser la clave para el desarrollo futuro de las tecnologías de resonancia magnética nuclear (RMN) y de imagenología de resonancia magnética (RM), según un nuevo estudio.

Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (LBL, Berkeley, CA, EUA) y la Universidad de California (UC, Berkeley, EUA) lograron demostrar que la hiperpolarización RMN de la vacancia de nitrógeno en el carbono-13 (NV) se centra en los núcleos de los diamantes en campos magnéticos y orientaciones de cristal, arbitrarios, todo a temperatura ambiente. La señal de los espines del carbono-13 hiperpolarizado, mostró un aumento en la sensibilidad de la señal NMR/MRI en varios órdenes de magnitud por encima de lo que es normalmente posible con imanes NMR/MRI convencionales, a las mismas temperaturas.

Los investigadores observaron una polarización de espín nuclear mayor de seis por ciento, lo que representa un aumento de la señal de RMN de aproximadamente 170.000 veces sobre el equilibrio térmico. La señal de los espines hiperpolarizados fue detectada in situ, con una sonda estándar de RMN, y sin la necesidad de trasladar la muestra o la orientación precisa de los cristales. Además, la hiperpolarización se logró con microondas, en lugar de confiar en los campos magnéticos precisos para la transferencia de la hiperpolarización.

En estudios anteriores, los investigadores habían demostrado que se podía usar un campo magnético de baja energía para transferir el centro de polarización del spin de los electrones NV a núcleos cercanos de carbono-13, lo que produce núcleos hiperpolarizados. Este proceso de transferencia del spin, llamado polarización nuclear dinámica había sido utilizado antes para mejorar las señales de RMN, pero siempre en la presencia de campos magnéticos de alta resistencia y de temperaturas criogénicas. Estos requisitos han sido eliminados colocando un imán permanente cerca del diamante. El estudio que describe el proceso de desarrollo fue publicado el 7 de diciembre de 2015, en la revista Nature Communications.

“En nuestro nuevo estudio estamos utilizando microondas para que coincida la energía entre los electrones y los núcleos del carbono-13, en lugar de un campo magnético, lo cual elimina algunas restricciones difíciles en la fuerza y la alineación del campo magnético hace que nuestra técnica sea más fácil de usar”, dijo el autor, Jonathan King, PhD, del LBL. “Al eliminar la necesidad de incluso un campo magnético débil, ahora somos capaces de hacer mediciones directas de la muestra con la RMN”.

Los autores creen que la técnica nueva de hiperpolarización del diamante basada en centros NV ópticamente polarizados, es mucho más robusta y eficiente que los métodos actuales, y deben permitir mejoras de la sensibilidad en órdenes de magnitud para estudios de RMN de sólidos y líquidos, y especialmente los sistemas biológicos que deben mantenerse cerca de las condiciones ambientales.

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US Lawrence Berkeley National Laboratory
University of California