آنالیز NMR یک تکنیک مشخصه یابی در شیمی است که برای بررسی و شناخت ویژگیهای مولکولها و ترکیبات شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرد. در حقیقت این آنالیز اطلاعات گرانبهایی در مورد ترکیبات شیمیایی فراهم می کند. این تکنیک بر اساس تعامل هسته‌های اتمی با یک میدان مغناطیسی و انرژی مغناطیسی آنها در جواب به این میدان اساس گذاری شده و کاربردهای بسیار متنوعی دارد. از جمله این کاربردها می توان به موارد زیر اشاره کرد:
تعیین ساختار مولکولی: یکی از کاربرد های اصلی این آنالیز تعیین ساختار دقیق مولکول ها است و می توان اطلاعاتی مانند تعداد و نوع هسته ها , ارتباط شیمیایی بین آنها و ترتیب آنها در مولکول را استخراج کرد.
تعیین خلوص ترکیبات: با استفاده از این آنالیز می توان خلوص ترکیبات شیمیایی را تعیین کرد و با مقایسه نمونه با استاندار های معروف می توان به خلوص ترکیبات پی برد.
پیگیری واکنش های شیمیایی: با مقایسه اسپکترا های قبل و بعد از واکنش , می توان مکانیزم واکنش و تغییرات ساختاری را مشاهده کرد.
تعیین تراکمیابی مولکولی: این آنالیز می تواند تراکمیابی مولکول ها در محلول ها و محیط های مختلف را ارائه دهد.
تعیین آرایش سه بعدی مولکول ها: این آنالیز می تواند در تعیین ساختار های سه بعدی پیچیده و بزرگ مولکول ها و بیومولکول ها مفید باشد. از جمله مثال ها می توان به تعیین ساختار سه بعدی پروتئین ها اشاره کرد.
تحقیقات دارویی: این آنالیز در صنعت داروسازی برای برسی تعامل دارو با پروتئین ها و ترکیبات دیگر از اهمیت ویژه ایی برخوردار است.
تحقیقات بیوشیمیایی: این آنالیز در تحقیقات بیو شیمی به عنوان یک ابزار برجسته برای برسی ترکیبات بیولوژیکی و تعاملات مولکولی در سیستم های زیستی مورد استفاده قرار گرفته است.
اجزای دستگاه آنالیز NMR
آهنگری مغناطیسی: این بخش از دستگاه شامل یک یا چند آهنگر مغناطیسی است که میدان مغناطیسی قوی تولید می‌کنند. میدان مغناطیسی ثابت ایجاد شده توسط آهنگرها به هسته‌های اتمی در نمونه واکنش میکند.
سیستم تنظیم فرکانس رزونانس: این سیستم شامل تجهیزاتی مثل آنتن‌ها و پالس‌سازها (RF Pulse Generators) است که امواج رزونانس مغناطیسی هسته‌ای با فرکانس خاص تولید می‌کنند و این امواج برای تحریک هسته‌های اتمی در نمونه استفاده می‌شوند.
سیستم حسگرها: این سیستم شامل حسگرهایی مثل برجستگی سنج ها است که امواج رزونانس تولید شده توسط نمونه را تشخیص داده و به سیستمی برای ثبت اسپکترا و اطلاعات مورد نیاز ارسال می‌کنند.
سیستم کنترل و الکترونیک: این بخش شامل تجهیزاتی مانند کامپیوترها، نرم‌افزارها، مبدل‌ها و تجهیزات کنترلی است که عملکرد دستگاه را تجزیه و تحلیل می کند.
سیستم نمونه گیری: این سیستم شامل قطعه‌ای است که نمونه‌های شیمیایی درون محیط مغناطیسی قرار می‌گیرند. این قطعه معمولاً به عنوان "بابین" شناخته می‌شود و ممکن است دارای سیستم خنک کننده باشد تا دمای نمونه کنترل شده و مستحکم بماند .
سیستم خنک کننده: در برخی دستگاه ها برای تحقیقات در دمای پایین تر سیستم‌های خنک کننده با استفاده از مایعات نیتروژن مایع یا هلیم استفاده می‌شود تا دمای آهنگرهای مغناطیسی و نمونه را به مقادیر پایین‌تری برساند.
سیستم شبکه بندی و کنترل: در دستگاه‌های پیشرفته تر، امکانات شبکه بندی و کنترل از راه دور وجود دارند تا به کاربران امکان کنترل و نظارت بر دستگاه از دور را بدهد.
اجزای دستگاه در شکل زیر نشان داده شده است.
محدودیت های آنالیز NMR
در کنار انواع مزیت های این روش، این آنالیز به علت داشتن میدان های مغناطیسی قوی باعث بروز مشکلاتی خواهد شد که به چند مورد آن اشاره می کنیم:
آسیب به مواد حساس به میدان مغناطیسی: میدان‌های مغناطیسی قوی می‌توانند باعث تغییرات در ساختار و ویژگیهای مواد مانند فراوانی هسته‌ها و تعاملات مولکولی شوند. بنابراین، نمونه‌هایی که به میدان مغناطیسی حساس هستند، ممکن است تحت تاثیرات جانبی قرار بگیرند.
تأثیر بر سیستم‌های بیولوژیکی: در مطالعات بیولوژیکی، تعامل هسته‌های اتمی با میدان مغناطیسی ممکن است تأثیراتی بر روی سیستم‌های زیستی داشته باشد.
اثرات حرارتی : تجهیزات باعث ایجاد حرارت در نمونه ها می شود. در برخی موارد , این حرارت می تواند تاثیراتی روی تجهیزات داشته باشد و به تغییرات شیمیایی و ساختاری منجر شود .
تاثیرات ایمنی : یکی از مواردی که باید در انجام ازمایش های این آنالیز مورد توجه قرار داد , تاثیرات ممکن در مورد افراد با دستگاه های پیسی است . این دستگاه‌ها ممکن است باعث تداخل با دستگاه‌های پیسی، مانند دستگاه‌های قلبی و تنفسی، شوند و در موارد نادر ممکن است به تأخیر یا تغییر در عملکرد این دستگاه‌ها منجر شوند.
در تشخیص بیماری ها NMR نقش آنالیز
این آنالیز قابلیت تجزیه و تحلیل دقیق و غیرتخریبی انواع نمونه‌های بیولوژیکی را فراهم میکند و اطلاعات زیادی از ساختار و ترکیبات شیمیایی نمونه ها به ما می دهد. برخی از کاربردهای آنالیز در حوزه سلامت و درمان عبارتند از:
تشخیص غیر تخصصی بیماری ها: این آنالیز می تواند تغییرات شیمیایی و فیزولوژیکی در نمونه های بیولوژیکی را تشخیص داده و به عنوان یک ابزار غیرتخصصی در تشخیص بیماری‌ها مورد استفاده قرار گیرد. این تغییرات ممکن است به عنوان نشانگرهایی از وجود بیماری، تغییرات متابولیکی و تشکیل بافت های غیر طبیعی عمل کنند.
پیش بینی واکنش به درمان: این آنالیز می تواند در پیش بینی واکنش های فردی به درمان ها و تغییرات نمونه‌های بیولوژیکی پس از درمان‌ها مؤثر باشد. این اطلاعات به پزشکان کمک میکند تا درمان‌های بهتری ارائه دهند.
مطالعه ساختار های پروتئینی: با استفاده از این آنالیز می توان ساختار های پروتئینی و تعاملات مولکولی در سلول‌ها و بافت‌ها را مورد مطالعه قرار داد. این مطالعات به درک بهتر از مکانیسم‌های بیولوژیکی و تشخیص بیماری‌ها کمک می کند. این تکنیک با استفاده از خواص مغناطیسی هسته های اتم ها اطلاعات ارزشمندی در مورد ساختار , دینامیک و تعاملات مولکول ها ارائه می دهد. همچنین در تشخیص بیماری ها کمک فراوانی کرده است. در ادامه به کاربرد های این آنالیز در تشخیص بیماری ها اشاره می کنیم :
تصویر برداری تشدید مغناطیسی: از این تکنیک برای تولید تصاویر سه بعدی از بافت های داخلی بدن استفاده می شود و هم چنین برای تشخیص بیماری های مغزی و اختلالات مفصلی و تغییرات ساختاری در اعضا داخلی بدن نیز استفاده می کنند .
طیف سنجی هسته ای مغناطیسی: در این تکنیک , سیگنال هایی از هسته های مختلف جمع آوری می شود تا اطلاعاتی در مورد ترکیبات شیمیایی موجود در نمونه ها بیولوژیکی حاصل شود و همچنین می تواند در تشخیص تغییرات شیمیایی در مغز مرتبط با بیماری های مانند : سرطان , مغز , صرع و اختلالات متابولیک کمک کند.
تشخیص بیماری های قلبی: این تکنیک می تواند در تشخیص بیماری های قلبی مانند انسداد عروق کرونری, بیماری‌های قلبی تنظیمی و تشخیص غیرتخصصی اختلالات قلبی مفید باشد.
تشخیص بیماری های متابولیکی و اختلالات ژنتیکی: با استفاده از این تکنیک می توان تغییرات در نمونه های بیولوژیکی را در سطوح متابولیت‌ها (ترکیبات شیمیایی کوچک) تجزیه و تحلیل کرده و اختلالات متابولیکی و ژنتیکی نظیر دیابت , بیماری های اورژانسی و اختلالات کبدی را تشخیص داد .
تشخیص سرطان: با استفاده از این تکنیک و مطالعه در بافت های سرطانی و غیر سرطانی می توان تغییرات ترکیبات شیمیایی نمونه‌ها را تشخیص داد و اطلاعات از نواحی مشخص در بافت‌های سرطانی جمع‌آوری کرد .
تشخیص بیماری های عصبی: با استفاده از این تکنیک می توان اطلاعات مفصلی از ساختار و فعالیت مغزی به دست آورد و تغییرات مرتبط با بیماری‌های مانند اسکیزوفرنی، اختلالات اعصاب محیطی و آلزایمر را مشاهده کرد .
پیگیری درمان: این تکنیک به پژوهشگران و پزشکان این امکان را می دهد که تغییرات در بافت ها و متابولیت ها را پس از اعمال درمان‌ها پیگیری کنند تا بهبود یا ناپایداری وضعیت را مشاهده کنند.
در حقیقت این تکنیک‌ها با ترکیب دقت و قابلیت‌های تشخیصی خود، به محققان و پزشکان درتشخیص ، پیگیری و درک بهتر بیماری‌ها کمک می کند.
