超偏極キセノンNMRの頑強化と持続可能化および新素材開発基盤技術としての新展開

增强超极化氙核磁共振的稳健性和可持续性以及作为开发新材料的基础技术的新发展

• 批准号: 21K18980
• 负责人: 木村 敦臣
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18980/
• 关键词: 超偏極キセノンNMR; 超偏極キセノン生成装置の改良; 高分子自由体積; 頑強化と持続可能化; 新生体素材開発

医療用のMRI(磁気共鳴画像法)や化学分析用のNMR(核磁気共鳴分光法)の基本となるMR(磁気共鳴)の研究は誕生以来77年を経過したが、今や健康で科学的に進んだ国民生活の基盤を支えるまでに発展した。この分野では、現在でも基礎技術の発展が探求されさらなる発展の途上にある。その１つが超偏極技術の展開である。本研究では超偏極技術の１つである超偏極キセノン法を取り上げる。この方法によりキセノン（Xe）ガスのMR感度を顕著に増強でき、キセノンMRI（NMR）の実用的な発展の基盤を形成できる。著者らは独自の研究により、MR感度を数万倍にまで増強できる「連続供給型超偏極キセノン生成装置」の開発に成功し、医療用としてマウスを使った病態診断法の研究や、化学分析用としてゼオライト等の多孔質微粒子を用いたナノ素材解析法の研究に応用してきた。その中で、当該法の有用性を確認すると共に、本法の利用分野がもっと大きな広がりを見せるはずとの考えから、本研究において新規応用分野の開拓に取り組むこととした。本研究の目的は、具体的には、超偏極キセノン生成装置の長時間使用に伴う性能劣化を徹底的に防止し「装置の頑強化」を計り、Xeガス消費量を劇的に削減し資源節約による「持続可能化」を完成させ（SDGｓへの貢献）、その上で、この装置の特徴を生かして化学分析・素材解析における画期的な新展開の途を拓き、汎用化と普及の基盤を構築することである。より具体的には、高分子の自由体積あるいは自由体積分率の評価法として簡便な適用方法を構築し、新素材開発ツールとしての超偏極キセノン法の汎用の途を探る。

作为医学MRI（磁共振成像）和化学分析NMR（核磁共振波谱）基础的MR（磁共振）研究已经发展了77年，现已成为一个健康、科学的领域。以至于它支持了先进国民生活方式的基础。在这一领域，基础技术的发展仍在探索中，进一步的发展正在进行中。其中之一是超极化技术的发展。本研究重点关注超极化氙气法，它是超极化技术之一。该方法可以显着提高氙气（Xe）的磁共振灵敏度，为氙磁共振成像（NMR）的实际发展奠定基础。作者通过自己的研究，成功开发出一种“连续供电的超极化氙气发生器”，可以将MR灵敏度提高数万倍，并已应用于使用沸石等多孔颗粒进行分析的纳米材料分析方法的研究。在这个过程中，我们确认了该方法的有用性，并且相信该方法的应用领域应该进一步扩大，因此我们决定在这项研究中致力于开发新的应用领域。具体来说，这项研究的目的是彻底防止超极化氙气发生器因长期使用而导致的性能恶化，“增强设备的鲁棒性”，并通过节省资源来大幅减少氙气消耗量，从而实现“可持续性”。为可持续发展目标做出贡献），除此之外，我们将利用该设备的特点，开辟化学分析和材料分析领域突破性新发展的道路，并以普及和广泛使用为目标。为未来奠定基础。更具体地说，我们将开发一种简单的应用方法来评估聚合物的自由体积或自由体积分数，并探索使用超极化氙气方法作为开发新材料的工具的方法。

项目成果

Analysis of NMR Adsorption Isotherms of Zeolite ZSM-5: Adsorption Profiles Derived from the Pressure and Temperature Dependences of 129Xe NMR Chemical Shift and Signal Intensity

ZSM-5沸石的NMR吸附等温线分析：由¹²⁹Xe NMR化学位移和信号强度的压力和温度依赖性得出的吸附曲线

• DOI: 10.2116/analsci.21p202
• 发表时间: 2021
• 影响因子: 1.6
• 作者: FUJIWARA Hideaki;IMAI Hirohiko;ADACHI Yuko;KIMURA Atsuomi
• 通讯作者: KIMURA Atsuomi

Xe-NMR Study of Zeolites. How to enhance the Reliability Adsorption Properties determined by NMR experiments

沸石的 Xe-NMR 研究。

• 发表时间: 2021
• 作者: Hideaki Fujiwara; Hirohiko Imai; Yuko Adachi; Atsuomi Kimura
• 通讯作者: Atsuomi Kimura