hyperpolarisaatiota

Hyperpolarisaatio on ilmiö, jossa atomiytimien spinien magnetisaatio saavuttaa arvot, jotka ovat huomattavasti korkeammat kuin termodynaamisessa tasapainossa. Tämä ylimääräinen magnetisaatio mahdollistaa magneettikuvantamisen (MRI) ja magneettiresonanssispektroskopian (MRS) herkkyyden merkittävän parantamisen. Normaalisti ytimien spinien suuntautuminen magneettikentässä on lähes tasapainossa, mikä johtaa heikkoon signaaliin. Hyperpolarisaatio pakottaa suuren osan spineistä suuntautumaan samaan suuntaan, luoden siten voimakkaan magnetisaation.

Hyperpolarisaatiomenetelmiä on useita. Yksi yleisimmistä on dynaaminen ydinpolarisointi (DNP), jossa ytimien polarisaatio saadaan elektronien spinien polarisaatiosta. Tämä tapahtuu usein matalissa lämpötiloissa ja vahvassa magneettikentässä käyttäen radikaaleja. Toinen menetelmä on optinen pumping, jossa valoa käytetään ytimien spinien suuntaamiseen. Esimerkiksi xenon-129-kaasun hyperpolarisaatiossa käytetään laser-valoa. Kolmas menetelmä on spin-transfer-indusoitu hyperpolarisaatio (STeP), joka hyödyntää spinien siirtoa kahden eri spin-lajin välillä.

Hyperpolarisaatiota hyödynnetään laajasti lääketieteellisessä diagnostiikassa. Sen avulla voidaan kuvantaa kudoksia, jotka ovat normaalisti heikosti havaittavissa MRI:ssä, kuten aivokudosta tai tuki- ja liikuntaelimistöä. Hyperpolarisaatiolla voidaan myös seurata aineenvaihduntareittejä in vivo, mikä on arvokasta esimerkiksi syövän diagnostiikassa ja tutkimuksessa. Lisäksi sitä voidaan käyttää materiaalitieteessä ja kemiassa erilaisten näytteiden tutkimiseen. Hyperpolarisaatiotekniikoiden kehitys avaa jatkuvasti uusia sovellusmahdollisuuksia.