Новый сверхбыстрый метод ЯМР для исследования молекулярного обмена

Обмен молекулами между различными физическими или химическими средами играет ключевую роль в фундаментальных процессах, таких как дыхание, сворачивание белков, химические реакции и катализ.

Исследовательское подразделение ЯМР Университета Оулу разработало метод ЯМР, позволяющий ускорить обнаружение молекулярного обмена до 10 000 раз. Метод используется в исследованиях изменения климата для понимания состава атмосферных аэрозолей совместно с исследовательским подразделением Nano and Molecular Systems (NANOMO).

Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) — один из самых универсальных методов. Спектры ЯМР являются своего рода «отпечатками пальцев» молекул и предоставляют информацию об их движении и положении. Наиболее известное применение ЯМР — магнитно-резонансная томография (МРТ).

Молекулярный обмен можно изучать с помощью спектроскопии диффузионного обмена (Diffusion EXchange SpectroscopY, DEXSY). Метод основан на том, что при смене среды у молекулы меняется её коэффициент диффузии, отражающий количество теплового движения. Однако классический метод DEXSY медленный, так как каждая точка многомерных данных собирается в отдельном измерении.

На основе пространственного кодирования многомерных данных было разработано сверхбыстрое DEXSY-эксперимент, позволяющий собрать все данные за один сканирование.

Метод был применён для исследования поверхностно-активных веществ (ПАВ) в атмосферных аэрозолях. Исследование показало, что ПАВ образуют нановезикулы, которые инкапсулируют молекулы воды. Метод позволил определить, как быстро молекулы воды перемещаются изнутри везикул наружу. Структуры, формируемые ПАВ, могут значительно влиять на поверхностное натяжение капель в облаках и, следовательно, на климатические модели.