hyperpolarisaatiomenetelmät

Hyperpolarisaatiomenetelmät viittaavat joukkoon tekniikoita, joilla lisätään atomiytimien tai elektronien spin-polarisaatiota merkittävästi yli termodynaamisen tasapainotilan saavuttaman tason. Normaalisti lämpötilatasapainossa spin-järjestelmät ovat vain heikosti polarisoituneita, mikä johtaa pieniin magneettisiin signaaleihin esimerkiksi magneettisessa resonanssikuvantamisessa (MRI). Hyperpolarisaatio kasvattaa tätä polarisaatiota kymmeniä tuhansia tai jopa miljoonia kertoja, mikä mahdollistaa huomattavasti herkemmän mittaamisen.

Yksi yleisimmistä hyperpolarisaatiomenetelmistä on dynaaminen ydinspinpolarisaatio (DNP). DNP:ssä hyödynnetään elektroneja, joilla on korkeampi spin-polarisaatio (esim. matalissa lämpötiloissa tai ulkoisella magneettikentällä), siirtämään tätä polarisaatiota ydinsspinneihin mikrotasolla. Tämä tapahtuu usein radiofrekvenssikenttien avulla. Toinen menetelmä on optinen pumping, jota käytetään erityisesti atomien, kuten alkalimetallien, polarisaatioon. Siinä atomit absorboivat valonsäteilyä, joka virittää niiden elektronit korkeammille energiatasoille ja siirtää siten polarisaatiota ytimiin. Uudempi ja lupaava menetelmä on kemiallinen hyperpolarisaatio (CHP), jossa kemiallinen reaktio synnyttää hyperpolarisoituneita molekyylejä.

Hyperpolarisaatiomenetelmien sovellukset ovat laajat. MRI-kuvantamisessa hyperpolarisaatio mahdollistaa erittäin korkean resoluution kuvia ja jopa elävien solujen tai kudosten kuvantamisen pienillä pitoisuuksilla, mikä on hyödyllistä esimerkiksi syövän diagnostiikassa tai metaboliitin seurannassa. Menetelmiä käytetään myös kemiassa, fysiikassa ja materiaalitieteissä uusien materiaalien tutkimiseen ja reaktiomekanismien selvittämiseen. Hyperpolarisaatiotekniikoiden kehitys avaa jatkuvasti uusia mahdollisuuksia tieteellisessä tutkimuksessa ja lääketieteellisissä sovelluksissa.