核磁共振技术在生命科学领域的应用

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1、兵工自动化2013-04·OrdnanceIndustryAut84·omation32(4)doi:10.7690/bgzdh.2013.04.024核磁共振技术在生命科学领域的应用戴曰梅(山东信息职业技术学院，山东潍坊261061)摘要：为进一步推动核磁共振技术(nuclearmagneticresonance，NMR)在更多领域与更多学科中的应用，对其在生命科学领域的应用进行研究。介绍核磁共振的原理，分别详细综述核磁共振技术在生物学、药物学和医学诊断等方面的应用，为相关研究应用提供参考借鉴。关键词：原子核；核磁共振；蛋白质；生物膜；代谢组学；药物发现；药物分析

2、；医学诊断中图分类号：TP391文献标志码：AApplicationsofNMRinLifeSciencesDaiYuemei(ShandongCollegeofInformationTechnology,Weifang261061,China)Abstract:Aimedatthefurtherapplicationsofnuclearmagneticresonance(NMR)technologyinmorefieldsanddisciplines,theNMR’sapplicationsinlifescienceswereresearched.Thispape

3、rintroducedtheprinciplesofNMR,describetheapplicationsofNMRinbiology,pharmacologyandmedicaldiagnosisindetail.Alltheabovewouldprovidereferencesintherelatedresearchesandapplications.Keywords:nuclei;NMR;protein;bio-membrane;metabonomics;drugdevelopment;druganalysis;medicaldiagnosis0引言起，则为核

4、磁共振(NMR)；如果由电子自旋磁矩引起，则为电子自旋共振(electronspinresonance，核磁共振技术(nuclearmagneticresonance，ESR)，也称顺磁共振(electronparamagneticNMR)是一种利用外加恒定磁场，激发磁矩不为零resonance，EPR)。另外还有一种比较特殊的磁共振的原子核，使其发生能量跃迁的技术手段。最早的现象，即铁磁共振(ferromagneticresonance，FMR)，研究始于20世纪一二十年代的分子束实验，之后核这是由磁铁物质中的磁畴磁矩引起的。磁共振实验技术一直处于基础实验阶段。直

5、至二战原子核磁矩最早由泡利(Pauli)提出，他认为原结束，美国斯坦福大学的布洛赫(FelixBloch)和哈子核具有磁矩，且核磁矩与其本身的自旋运动相关。佛大学的普舍尔(EdwardMillsPurcell)几乎同时分核磁矩(µ)一般用来表示原子核的磁性大小，计算公别用不同的新方法，在核磁属性的精确测定方面取式为µ=νhI，h为普朗克常数，I为自旋，即自旋量得了里程碑式的进展，二人也因此共同获得了1952[1]子数的简称，I具有方向性，因此µ也具有方向性。年的诺贝尔物理奖。而在这一年，瓦里安公司也ν为旋磁比，实际上是原子核磁性大小的度量，ν成功地研制出了世界上第1

6、台商用核磁共振谱仪，值越大，原子核磁性越强，ν值越小，原子核磁性并将其首先应用到了石油化工领域。之后，随着对越弱。在天然同位素中，氢核(质子)的ν值最大，弛豫现象的解释和超导，计算机、傅里叶变换技术可达42.6MHz/T，因此质子的µ值最大，其核磁检的应用以及生物大分子的核磁测量技术等一系列理测灵敏度也相应地达到最高，而这也是质子成为核论和技术手段的突破，核磁共振技术越来越多的应[2-5]磁共振研究的首选对象的原因之一。用于其他多领域和多学科，尤其是生命科学领将磁矩不为零的原子核置于磁场中，核磁矩将域；因此，笔者对其在生命科学领域的应用进行研绕磁场做拉莫尔运动，若在

7、垂直于外磁场的方向上究，文中的生命科学是一个广义范畴，涉及生物学、再加上一个交变磁场，当外加交变磁场的频率与原药学以及临床医学等多学科。子核的拉莫尔频率相等时，处于低能态的原子核便1核磁共振的原理能吸收射频能，从而从低能态跃迁到高能态，即发核磁共振是磁共振的一种，磁共振是指在稳恒生所谓的核磁共振现象。没有自旋的原子核(I=0，141632磁场作用下，磁矩不为零的原子或原子核对电磁辐如C，O，S等)磁矩为零，不能在外加交变磁射能的共振吸收现象。如果此共振由原子核磁矩引场的作用下产生能态跃迁，因此也观察不到核磁共收稿日期：2012-10-25；修回日期：2012-1