A Compact, 395 GHz Traveling Wave Tube (TWT) Amplifier for DNP-NMR and EPR Spectroscopy
用于 DNP-NMR 和 EPR 光谱分析的紧凑型 395 GHz 行波管 (TWT) 放大器
基本信息
- 批准号:10259439
- 负责人:
- 金额:$ 35万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2021
- 资助国家:美国
- 起止时间:2021-09-03 至 2023-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AccountingAddressAmplifiersAmyloid FibrilsAnalytical ChemistryAreaBiologicalCharacteristicsCommunitiesComputersCopperDevelopmentDevicesDiagnosticElectron BeamElectron Spin Resonance SpectroscopyElectronsFrequenciesFundingFutureGunsImageIndividualMagicMembrane ProteinsMethodsMicrofabricationModernizationNMR SpectroscopyNuclearNuclear Magnetic ResonanceOutcomeOutputPF4 GenePerformancePharmaceutical ChemistryPhasePhysiologic pulsePlasmaPriceResearchResearch PersonnelSignal TransductionSolidSourceStructureSystemTechniquesTechnologyTestingThree-Dimensional ImagingTimeTravelTubeUnited States National Institutes of HealthVendorWorkbiological systemscold temperaturecostcost effectivedata acquisitiondesigndetectorexperimental studyflexibilityhuman diseaseimprovedinnovationinterestmacromoleculemicrowave electromagnetic radiationnanonoveloperationparallel computerprototypescale upsolid statesolid state nuclear magnetic resonancestructural biologysuccesstooltransmission process
项目摘要
Project Summary / Abstract
We propose to develop a compact, cost-effective Traveling Wave Tube (TWT) amplifier at 395 GHz with 1.5 W
continuous wave power and 20 GHz instantaneous bandwidth for application in Dynamic Nuclear Polarization
(DNP) enhanced solid-state and solution-state NMR and Electron Paramagnetic Resonance (EPR)
spectroscopy. With DNP, the inherently small signal intensities in a NMR experiment can be enhanced by up to
two orders of magnitude. This significantly increased overall sensitivity will be highly beneficial for analytical
applications of NMR spectroscopy as well as in the structure determination of bio-macromolecules using NMR
methods.
Currently, DNP is performed with either low power solid-state sources (whose output power is limited to a few
mW at frequencies > 300 GHz) and at low temperatures in the range of 20-30 K (to compensate for low
microwave power) or with large, gyrotron systems which can generate 50 W of power. Gyrotrons are
expensive and do not possess sufficient tuning bandwidth (<0.1%) necessary for investigating a wide range of
DNP experiments and thus require expensive sweep coils in the NMR magnets. The proposed TWT will
address all the above concerns. The TWT is expected to cost less than one-fourth of the cost of a gyrotron
system, provide 20 GHz of instantaneous bandwidth and will be a compact table-top system. These
advantages will allow a larger number of researchers to take advantage of the sensitivity boost offered by DNP
in NMR experiments.
In Phase I, we will design, build and test a prototype system. The successful demonstration of such a system
in Phase I will enable us to develop a commercial product in Phase II with superior performance. The
technology is scalable and can be used at frequencies as high as 527 GHz (800 MHz NMR). A higher peak
power version of the device will advance the state-of-the-art in high field EPR spectroscopy. As an ultimate
result of this project, we expect Bridge12 to offer a commercial TWT at 395 GHz (600 MHz NMR) for DNP-
NMR and EPR spectroscopy. This will greatly accelerate structure determination of bio-macromolecules of
relevance to human disease research funded by NIH.
项目概要/摘要
我们建议开发一款紧凑、经济高效的行波管 (TWT) 放大器,频率为 395 GHz,功率为 1.5 W
连续波功率和 20 GHz 瞬时带宽,适用于动态核极化应用
(DNP) 增强固态和溶液态 NMR 和电子顺磁共振 (EPR)
光谱学。使用 DNP,NMR 实验中固有的小信号强度可以增强多达
两个数量级。总体灵敏度的显着提高将非常有利于分析
核磁共振波谱的应用以及核磁共振在生物大分子结构测定中的应用
方法。
目前,DNP 是使用低功率固态源(其输出功率仅限于几个
mW(频率 > 300 GHz)和 20-30 K 范围内的低温(以补偿低
微波功率)或可产生 50 W 功率的大型回旋管系统。回旋管是
昂贵且不具备调查广泛范围所需的足够调谐带宽(<0.1%)
DNP 实验因此需要在 NMR 磁体中使用昂贵的扫描线圈。拟议的 TWT 将
解决上述所有问题。行波管的成本预计不到回旋管成本的四分之一
系统,提供 20 GHz 的瞬时带宽,并且将是一个紧凑的桌面系统。这些
优势将使更多的研究人员能够利用 DNP 提供的灵敏度提升
在核磁共振实验中。
在第一阶段,我们将设计、构建和测试原型系统。此类系统的成功演示
第一阶段的进展将使我们能够在第二阶段开发具有卓越性能的商业产品。这
该技术具有可扩展性,可在高达 527 GHz(800 MHz NMR)的频率下使用。更高的高峰
该设备的动力版本将推动高场 EPR 光谱技术的发展。作为终极
根据该项目的结果,我们预计 Bridge12 将为 DNP- 提供 395 GHz(600 MHz NMR)的商用 TWT
NMR 和 EPR 光谱。这将大大加速生物大分子的结构测定
与 NIH 资助的人类疾病研究相关。
项目成果
期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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