通过根据电磁波的吸收和发射观测原子的微小磁铁——核自旋的动作，能够非破坏性地分析分子的结构和运动性。该技术在化学领域作为核磁共振（NMR）光谱法、在医疗现场作为磁共振成像法（MRI）都是不可或缺的工具。不过，这些方法的灵敏度与其他分析法相比非常低，例如MRI主要用于对体内大量存在的水分子1H核进行成像。
灵敏度低的原因是核自旋的极化率比较低，提高极化率的技术为动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization; DNP）法。尤其是Triplet-DNP法，该方法能对特定的分子（极化源）进行光激发，将三重态电子中出现的较大极化转移至核的极化中，可在室温下大幅提高核自旋的极化率，近年来备受关注。不过，以往的Triplet-DNP法只能在有机晶体或玻璃中进行，前者难以放入想提高灵敏度的生物分子，后者难以在室温下积累极化，在高灵敏度MRI上的应用受到限制。
此次，日本九州大学的研发小组与理化学研究所通过共同研究，对纳米多孔材料实施了核极化，利用纳米多孔材料能在室温下对生物分子进行高灵敏度的MRI观测。多孔材料采用近年来备受瞩目的多孔金属络合物（MOF），通过Triplet-DNP法，成功在室温下使MOF骨架的1H核实现了高度极化。
为延长极化保持的时间，在部分实施了重氢化的MOF中导入新设计的极化源（并五苯衍生物），针对得到的复合体，通过光照射形成了电子自旋极化，然后通过微波照射将极化转移至1H核。经过Triplet-DNP处理后确认，复合体的NMR信号强度明显增强，MOF骨架的1H核被高度极化约50倍。
这项研究首次证实可利用Triplet-DNP法使MOF实现高度极化，根据构成分子和金属离子种类的不同，MOF能轻松控制细孔的大小和表面特性，因此，今后能使各种生物分子在细孔内实现高度极化，有望开发出实现高灵敏度MRI观测的系统。
相关研究成果于2018年11月8日在线发布在美国化学学会的国际学术杂志《美国化学会志》上。
图1：1H核自旋的（a）能级图以及（b）磁共振（NMR）与缓和
图2：1H核自旋的极化率与检测灵敏度之间的关系
图3：光激发三重态电子的生成与次能级之间的电子自旋极化
图4：多孔金属络合物的形成
文 客观日本编辑部
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