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科研装备研制项目——超低场高灵敏的激光探测磁共振仪器研制

  项目来源:中国科学院 

  项目名称:超低场高灵敏的激光探测磁共振仪器研制 

  项目负责人:孙献平 

  项目摘要:提高核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance, NMR)波谱和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)的信号探测灵敏度一直是磁共振最核心的研究领域之一。自磁共振技术发明60多年来,分别获得过物理、化学、生理和医学的诺贝尔奖,但所有商业NMR谱仪和MRI成像仪都是采用射频感应线圈来探测NMR信号。 

  因为感应线圈探测灵敏度较低,所以一般需要在超导磁体的强磁场(1-10T)下获得足够可观测信号。但是,样品导致的磁场不均匀性随着磁场强度的增加越来越严重,并导致信号畸变;同时,强磁场MRI不能用于体内植入器件(如心脏起搏器)人员。另一方面,通常化学样品和生物组织的真实环境是地磁场(0.000045T),因此NMRMRI测量所需的强磁场对分子动力学和人体组织的影响亟待深入研究。所以,为了研究分子样品和人体组织在实际环境下的特性,只能用超低磁场(地磁场到零磁场)NMRMRI,但是传统的感应线圈探测技术在超低磁场下不能获得磁共振信号。所以,本项目提出利用高灵敏激光探测磁共振的新仪器,来克服NMR在超低磁场的核心问题,也为超低磁场MRI提供技术积累。 

  基于高灵敏度原子磁力计的激光探测NMR,不再需要射频感应线圈来接收NMR信号,不但极大地提高了探测灵敏度,也同时摆脱对昂贵、庞大、低温的超导磁体的依赖。本项目将结合我所自身优势,实现NMR波谱学与原子分子光学物理两个学科的交叉,研制一套基于激光与碱金属原子相互作用现象的原子磁力计,实现0.2pT/Hz1/2量级的激光探测NMR的灵敏度;在此基础上实现超低场(<50nT)高灵敏的激光探测磁共振仪器,获得信噪比>12(水质子,单次采样)和线宽<0.35Hz的探测信号,并应用到有机化学样品的NMR研究中。同时,本装置的建立将为国内开展超低磁场条件下的高灵敏NMR研究提供一个公共实验平台。 








 
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