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RMN del tamaño de la palma de la mano
Las máquinas de resonancia magnética nuclear del tamaño de una habitación pueden reducirse a dispositivos portátiles de mano gracias a un diseño de imán pequeño y liviano desarrollado por investigadores alemanes.
RMN de bolsillo: Un imán permanente del tamaño de una batería especialmente diseñado genera un campo magnético que es lo suficientemente uniforme como para realizar una RMN de alta resolución en muestras químicas en un tubo de RMN comercial.
La espectroscopia de resonancia magnética nuclear es una herramienta común para estudiar la estructura de las proteínas e identificar la composición química de un material. También forma la base de la técnica de imágenes médicas por resonancia magnética, o MRI. Sin embargo, se utilizan imanes superconductores voluminosos y costosos para generar los campos magnéticos fuertes (alrededor de siete teslas) necesarios para la RMN de precisión.
El imán, desarrollado por Federico Casanova y sus colegas en el Universidad RWTH Aachen El departamento de química macromolecular, tiene aproximadamente el tamaño de una batería D estándar y pesa 500 gramos. Si bien se han fabricado imanes portátiles antes, el nuevo permite mediciones de RMN que son tan precisas como los imanes comerciales grandes. Este es un paso adicional significativo hacia la RMN móvil de alta resolución, dice Alexander Pines , profesor de química en la Universidad de California, Berkeley, que está desarrollando un nuevo tipo de diseños de resonancia magnética compactos.
A medida que el tamaño de un imán permanente se reduce, genera campos magnéticos que son uniformes en un volumen más pequeño debido a pequeñas imperfecciones en su material y forma. Esto significa que se puede usar menos muestra de material, lo que hace que las mediciones de RMN sean casi mil veces menos sensibles que si se usara un imán superconductor. Entonces, la señal de RMN se vuelve comparable al ruido electrónico y el dispositivo puede pasar por alto los productos químicos que están presentes en cantidades muy pequeñas.
El nuevo imán genera un campo magnético de 0,7 tesla, pero genera un campo extremadamente homogéneo. Como resultado, es el primer imán portátil que funciona con los tubos convencionales de cinco milímetros en los que se colocan las muestras de RMN. El objetivo de nuestro trabajo era tomar este tubo, mantener el volumen constante y construir el imán más pequeño con la homogeneidad deseada, dice Casanova. Lo importante que hicimos fue corregir la falta de homogeneidad que proviene de las imperfecciones en el imán.
Calificando los resultados de impresionantes, Louis Bouchard , profesor de química de la Universidad de California en Los Ángeles, dice que ningún diseño de imán portátil anterior ha logrado un rendimiento tan bueno. Bouchard cree que el costo del imán debería ser mucho menor que el de los imanes de RMN comerciales actuales. Esto probablemente conducirá a que tales unidades de RMN estén mucho más extendidas, dice. Si estos tipos vendieran este producto comercialmente, probablemente compraría uno.
El imán portátil podría hacer posible dispositivos de RMN sensibles y de alta resolución que se pueden llevar a una excavación arqueológica para identificar artefactos y a una fábrica para detectar contaminación en los productos. Podría usarse en los consultorios médicos para detectar coágulos de sangre, bacterias o proteínas cancerosas en la sangre de un paciente. También podría permitir que las máquinas de RMN portátiles supervisen la producción de fármacos y productos químicos en línea en lugar de llevar muestras químicas a los laboratorios de RMN para su análisis.
Casanova y sus colegas han modificado un conocido diseño de imán conocido como matriz Halbach, una disposición especial de muchos imanes permanentes que enfoca los campos magnéticos solo en un lado de la matriz. Un diseño común es un cilindro Halbach, que tiene un campo magnético intenso dentro del cilindro. Esto es con lo que comienzan los investigadores. Como describen en un artículo publicado en línea en la revista. quimica APLICADA , primero apilan tres anillos de cobalto samario para hacer el cilindro. El diámetro exterior del cilindro es de 35 milímetros; el diámetro interior de 15 milímetros es lo suficientemente grande como para contener un tubo de RMN estándar.
Cada anillo magnético está hecho de piezas en forma de trapezoide con espacios entre ellas. Estos huecos se rellenan con piezas rectangulares que se mueven hacia adentro y hacia afuera hasta dos milímetros. Los investigadores miden la falta de homogeneidad en el campo magnético creado por los anillos de Halbach. Luego, con la ayuda de sofisticadas simulaciones por computadora, calculan cuánto necesitan mover cada una de las piezas rectangulares para ajustar el campo magnético y suavizar las inhomogeneidades.
Incluso mejores imanes podrían ser posibles al ajustar el diseño, dicen los investigadores. Si bien la intensidad del campo del imán es de 0,7 tesla en este momento, el aumento del diámetro exterior del imán debería permitir generar 1,5 tesla, dicen los investigadores. Es más, utilizando imanes hechos de otros materiales como el neodimio, se podrían generar hasta dos teslas.