Hyperpolarisaatiomenetelmiä

Hyperpolarisaatiomenetelmiä ovat joukko tekniikoita, joilla pyritään luomaan ja ylläpitämään nukleäärinen hyperpolarisaatio tietyssä aineessa. Nukleäärinen hyperpolarisaatio tarkoittaa tilaa, jossa tietyn atomiytimen spinien jakauma poikkeaa merkittävästi Boltzmannin jakaumasta normaalissa lämpötilassa ja magneettikentässä. Tämä epätasapainotila johtaa usein merkittävästi parantuneeseen magneettisen resonanssin (MR) signaaliin.

Yleisimpiä hyperpolarisaatiomenetelmiä ovat kemiallinen dynaaminen nukleäärinen polarisaatio (DNP) ja spinorjaus (spin exchange). DNP perustuu atomien tai molekyylien, joilla on parittomia elektroneja, kykyyn siirtää elektronien spinpolarisaatiota lähellä oleviin nukleääreihin. Tämä tapahtuu tyypillisesti erittäin matalissa lämpötiloissa ja korkeissa magneettikentissä. Spinorjaus puolestaan hyödyntää väliaineena toimivien atomien, kuten heliumin tai typen, spinpolarisaation siirtymistä tutkittavaan näytteeseen.

Hyperpolarisaatiomenetelmien avulla saavutettua parantunutta MR-signaalia voidaan hyödyntää monilla aloilla. Lääketieteessä hyperpolarisoituja aineita, kuten 13C-merkittyjä yhdisteitä, voidaan käyttää metabolian kuvantamiseen ja diagnostiikkaan entistä tarkemmin. Tieto aineenvaihdunnan tapahtumista reaaliaikaisesti mahdollistaa esimerkiksi syöpäkasvaimien varhaisemman havaitsemisen tai hoitovasteen seurannan. Kemian ja materiaalitieteen alalla hyperpolarisaatiota käytetään tutkimaan molekyylien dynamiikkaa ja rakenteita korkeammalla resoluutiolla kuin perinteisillä MR-tekniikoilla. Myös kvanttilaskennassa hyperpolarisaatio voi tarjota keinoja parantaa kubittien koherenssiaikaa.