Rezonanță magnetică nucleară

Rezonanța magnetică nucleară (RMN) este un fenomen fizic bazat pe proprietățile mecanico-cuantice ale nucleelor atomice.

Istoric

Rezonanța magnetică nucleară a fost descrisă ca fenomen și măsurată pentru prima oară în fascicule moleculare de către Isidor Isaac Rabi în anul 1938^[1] iar în anul 1944, Rabi a primit Premiul Nobel pentru Fizică, pentru activitatea depusă în acest domeniu.^[2] În anul 1946, Felix Bloch și Edward Purcell au dezvoltat tehnica utilizării acesteia în lichide și în solide, pentru care au împărțit Premiul Nobel pentru Fizică în anul 1952.^[3][4].Purcell a lucrat la dezvoltarea radarului în timpul celui de-al Doilea Război Mondial la Massachusetts Institute of Technology - Laboratorul de radiație. Munca sa despre producerea și detecția undelor radio cu putere mare și despre absorbția acestora de către materie a constituit fundamentul descoperirii de către Rabi a rezonanței magnetice nucleare.

În România, acad. Ioan Ursu a dezvoltat o puternică școală de spectroscopie magnetică care se manifestă acum în toate centrele universitare și de cercetare din țară.

Caracteristici

Trebuie specificat faptul că în RMN experimentele se realizează pe nucleele atomilor și nu pe electronii acestora, deci informația furnizată se referă la poziționarea spațială a acestor nuclee în compusul chimic studiat. Aceste nuclee au o proprietate intrinsecă numită spin, dar pentru a explica fenomenologia care se ascunde în spatele acestei tehnici trebuie ținut cont de următoarele considerente fizice:

• Orice sarcină electrică în mișcare generează în jurul său un câmp magnetic. Același lucru se întâmplă și în cazul nucleelor (sarcini electrice pozitive) când, datorită rotației în jurul propriilor axe, se generează un câmp magnetic caracterizat printr-un moment magnetic μ, proporțional și de sens opus cu spinul nucleului I. În RMN nucleele de interes sunt acele nuclee care au valoarea I=1/2 (1H, 13C, 15N, 19F, 31P)
• Dacă se așează un nucleu atomic într-un câmp magnetic extern Bo, atunci vectorul moment magnetic va putea fi paralel (I=+1/2) sau antiparalel (I=-1/2) cu direcția acestui câmp. Trebuie specificat faptul că energia sistemului antiparalel este mai mare decât energia sistemului paralel, iar această diferență este direct proporțională cu valoarea câmpului Bo (ΔE=μB/I).
• Dacă se iradiază nucleul cu un câmp de radiofrecvențe RF pe o direcție transversală câmpului constant Bo, acest câmp transportând o energie egală cu ΔE, atunci nucleul (spinul) se va excita trecând din starea de energie +1/2 în starea de energie –1/2 caracterizată prin energie mai mare.
• Deoarece în condiții naturale orice sistem fizic tinde spre o stare de energie cât mai mică, acest nucleu se va relaxa revenind la starea +1/2 și emițând un alt câmp de radiofrecvențe din ai cărui parametri (frecvență) se obțin informații despre natura nucleului (poziția în moleculă, respectiv tipul).

Exemple practice cu imagini

În cazul investigațiilor medicale folosind RMN-ul/RMNI, corpul pacientului este așezat pe o masă orizontală de-a lungul unui câmp magnetic foarte puternic (Bo), iar cu ajutorul unor bobine se aplică un alt câmp de radiofrecvență (RF) care ulterior (imediat după trecerea prin corp) este înregistrat. După cum s-a specificat mai sus, din analiza acestui semnal se obțin informații despre structura chimică cât și anatomia corpului studiat.^{[5][6][7][8][9]}

Vezi și

• Imagistică prin rezonanță magnetică
• Spectroscopie de rezonanță magnetică nucleară

Note

Bibliografie

• Al. Nicula Rezonanța magnetică. Editura Didactică și Pedagogică, București 1980, pp. 262.
• I.G. Murgulescu, J. Păun Introducere în chimia fizică vol I,3 Nucleul atomic. Reacții nucleare. Particule elementare Editura Academiei RSR, București 1982.
• I.G. Murgulescu, V. Em. Sahini Introducere în chimia fizică vol I,2 Sructura și proprietățile moleculelor Editura Academiei RSR, București 1978.
• A. Policec, T.D. Gligor, O. Bartoș, V. Goian Aparate electronice medicale, Editura Dacia, 1988.
• Antoine Abragam (1965). Electron Paramagnetic Ions,. Oxford: Oxford University Press. ; pp.895.
• Charles P. Slichter.1996. Principles of Magnetic Resonance. Springer: Berlin and New York, Third Edition., 651pp. ISBN 0-387-50157-6.
• R.L Haner, P.A. Keifer (2009). en: Encyclopedia of Magnetic Resonance. John Wiley. doi:10.1002/9780470034590.emrstm1085. 
• en: Magnetic Resonance Spectroscopy, Imaging and Applications: NMR, NMRI and ESR, Minuteman Press, USA, 2010;pp.204
• J.M Tyszka, S.E Fraser, R.E Jacobs (2005). „en: Magnetic Resonance Microscopy: Recent Advances and Applications.”. Current Opinion in Biotechnology. 16 (1): 93–99. doi:10.1016/j.copbio.2004.11.004. PMID 15722021. Mentenanță CS1: Nume multiple: lista autorilor (link)
• en: Nuclear Medicine, Diagnostic Tomography and Imaging, PediaPress GmbH: Mainz, Germany, 2010;p.550^{[nefuncțională]}
• Kurt Wüthrich (1986). NMR of proteins and nucleic acids. New York: Wiley. ISBN 0-471-82893-9. 
• Kurt Wüthrich, Laureat al Premiului Nobel. 2002, NMR of Proteins: Stockholm, Sweden (Nobel Laureate in 2002 for 2D-FT NMR Studies of Structure and Function of Biological Macromolecules)
• Protein structure determination in solution by NMR spectroscopy Wuthrich K. J Biol Chem. 25 Decembrie,1990 ;265(36):22059-62
• en: Richard R. Ernst, Laureat al Premiului Nobel. 1992. Nuclear Magnetic Resonance Fourier Transform (2D-FT) Spectroscopy. Nobel Lecture, pe 9 Decembrie,1992.
• Jean Jeener. 1971. Two-dimensional Fourier Transform NMR, Lucrare prezentată la Ampere International Summer School:Basko Polje, Iugoslavia(nepublicată). Citatul verbatim din prezentarea Prof. Dr. Richard R. Ernst (Nobel Laureate Lecture in Stockhom) pentru Premiul Nobel pe 2 decembrie 1992: "A new approach to measure two-dimensional (2D) spectra." has been proposed by Jean Jeener at an Ampere Summer School in Basko Polje, Yugoslavia, 1971 (Jean Jeneer,1971}). He suggested a 2D Fourier transform experiment consisting of two $\pi/2$ pulses with a variable time $t_1$ between the pulses and the time variable $t_2$ measuring the time elapsed after the second pulse as shown in Fig. 6 that expands the principles of Fig. 1. Measuring the response $s(t_1,t_2)$ of the two-pulse sequence and Fourier-transformation with respect to both time variables produces a two-dimensional spectrum $S(O_1,O_2)$ of the desired form. This two-pulse experiment by Jean Jeener is the forefather of a whole class of $2D$ experiments that can also easily be expanded to multidimensional spectroscopy."
• D. Benett. 2007. PhD Thesis. Worcester Polytechnic Institute.en: PDF of 2D-FT Imaging Applications to NMRI in Medical Research. Worcester Polytechnic Institute. (Includes many 2D-FT NMR images of human brains.) Arhivat în 5 martie 2012, la Wayback Machine.
• Paul Lauterbur. 2003. en: Nobel Laureate in Physiology and Medicine for (2D and 3D) MRI.