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核磁共振未来的发展趋势研究

发布日期:2013年4月12日 关注度:2002
  1991年,58岁的瑞士化学家RichardR.Ernst已是功成名就,正马不停蹄地绕着地球领奖颁奖。在从莫斯科飞往纽约的泛美航空公司的班机上,他被机长告知了得诺贝尔化学奖的消息。在大西洋上空海拔一...

      1991年,58岁的瑞士化学家Richard R. Ernst已是功成名就,正马不停蹄地绕着地球领奖颁奖。在从莫斯科飞往纽约的泛美航空公司的班机上,他被机长告知了得诺贝尔化学奖的消息。在大西洋上空海拔一万多米的驾驶舱中,Ernst听取了来自瑞典皇家科学院,瑞士总统和他在苏黎士理工的同仁们的祝贺。据说,Ernst在说了不胜荣幸之类的客套话后,接着就问到:“谁是另外两个获奖者?”他急于想知道谁将和他瓜分那一百万美元的奖金。那年得诺贝尔化学奖的,只有Ernst一人。

 

      核磁共振能得到化学家的青睐,源于一种叫“化学位移”(chemical shift)的现象。产生这种现象的原因,是因为围绕原子核旋转的电子改变了原子核周围的磁场强度,因而使原子核的共振频率发生了位移。于是,通过检测原子核的共振频率,就可以推算出其所处的电子也就是化学环境,核磁共振波谱学便应运而生了。

 

      然而Ernst以前的核磁共振实验,用来激发原子核能级跃迁的电磁波都是单一频率的。要想捕捉到不同共振频率的原子,科学家们必须不厌其烦地改变磁场的强度,以使原子核的能级和电磁波的频率吻合,这样的实验是极其繁琐和费时的。Ernst率先发明了用脉冲信号取代单一频率电磁波的方法,脉冲信号包含的丰富的频率成分能一次性的把不同共振频率的原子核激发,这样只要对采集到的信号做一个简单的傅立叶变换,就可以得到样品的完整的核磁共振谱。Ernst的工作大大地改变了核磁共振波谱学的面貌,他创立的脉冲核磁共振和傅立叶分析理论对日后的成像研究也有巨大的影响,因为现代的成像技术多是在傅立叶空间采集数据,然后通过二维傅立叶变换进行图像重建。

 

      如今核磁共振波谱学已经被广泛地应用于分析化学与结构化学的研究中,在关于蛋白质结构的研究上,开始和传统的X光晶体衍射的方法平分秋色。虽然核磁共振的方法在分辨率上尚不及X光晶体衍射,但因为核磁共振能直接对溶液中的蛋白质进行分析而不需要生成晶体,所以它在研究蛋白质三维结构的形成以及蛋白质之间的相互作用上,有其独到之处。2002年,诺贝尔化学奖的一半颁给了另一个在用核磁共振波谱学研究生物大分子结构方面有杰出工作的瑞士化学家Kurt Wüthrich,也许是因为这次是和另外两个做质谱仪的科学家平分,或者是得奖多次产生了审美疲劳,这一次在医学界并没有掀起太大的波澜。

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