Allgemeine Strategie zur effizienten Hyperpolarisation in der Hochfeld-Kernspinresonanz mit Hilfe gemischtvalenter Verbindungen

• Antragstellerin: Dr. Svetlana Pylaeva
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
• Förderung: Förderung von 2021 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468786575

Dynamische Kernpolarisation (DNP) ist eine leistungsstarke Methode, die die Signalintensitäten in der Kernspinresonanz (NMR) und der Magnetresonanztomographie (MRT) stark erhöht und damit beispiellose Anwendungen in den Lebens- und Materialwissenschaften ermöglicht. Das ultimative wissenschaftliche Ziel ist es, die Anwendung von DNP auf ultrastarke Magnetfelder auszuweiten, wo optimale spektrale Auflösung und Empfindlichkeit kombiniert werden. Während bei der Konstruktion von DNP-NMR-Instrumenten, die bei ultrastarken Magnetfeldern arbeiten, beträchtliche Fortschritte erzielt wurden, war die Entwicklung von Polarisationsmitteln, die unter solchen Bedingungen optimal funktionieren, bisher eine Herausforderung. Die Untersuchung neuer Radikale, die eine signifikante DNP-Verbesserung in starken Feldern ermöglichen, ist daher dringend erforderlich. In jüngster Zeit ist der so genannte Overhauser-Effekt zu einem interessanten Fokus geworden, um diese Herausforderungen zu überwinden. Erstens wurde im Gegensatz zu früheren Erwartungen gezeigt, dass der Effekt in glasartigen, isolierenden Matrizen auftritt, was für praktische Anwendungen in der NMR/MRI erforderlich wäre. Zweitens wurde gezeigt, dass der Effekt vorteilhaft mit der statischen Magnetfeldstärke skaliert.Hier schlage ich vor, den Overhauser-Effekt in isolierenden Festkörpern durch Kombination von experimentellen und theoretischen Techniken systematisch zu untersuchen. Zuvor habe ich das BDPA-Radikal mit ab initio Methoden untersucht. Meine Ergebnisse ordnen dieses Radikal in eine größere Gruppe von gemischtvalenten Verbindungen ein, die auch als Jahn-Teller-Systeme bekannt sind. In vorläufigen Berechnungen habe ich mehrere neue Moleküle identifiziert, die ähnliche Eigenschaften wie das untersuchte Radikal haben. Einige der Moleküle wurden synthetisiert und haben den Overhauser-Effekt DNP in einer isolierenden Matrix experimentell nachgewiesen. Diese Ergebnisse bilden die Grundlage für die Optimierung ihrer molekularen Eigenschaften, einschließlich der Elektronentransferrate, der Ladung und des umgebenden Lösungsmittels, mit dem Ziel, eine neuartige Klasse von leistungsstarken DNP-Agenten zu entwickeln, die bei ultrastarkem Magnetfeld optimal funktionieren.

• DFG-Verfahren: WBP Stipendium
• Internationaler Bezug: Niederlande
• Gastgeber: Professor Dr. Marc Baldus