Выравнивание можно изменить, применив электромагнитное излучение на длине волны радиоволн, обычно несколько сотен мегагерц. В результате получается спектр ЯМР, который определяется окружающей средой атома и дает подробное представление о структурах и движениях молекул. Применения ЯМР-спектроскопии варьируются от идентификации молекул в химическом анализе до характеристики больших молекулярных кластеров.Врачи также используют ЯМР для изучения тела, а технология компьютерной томографии является результатом эксперимента ЯМР.
Среди различных доступных методов особое значение имеет анализ ядерного эффекта Оверхаузера (NOE).Этот эффект, предсказанный Альбертом Оверхаузером в 1953 году, предсказывает связь ядерных спинов через взаимодействие их магнитных моментов. В пределах одной и той же молекулы этот эффект чрезвычайно короткодействующий и должен применяться только к соседним ядерным спинам. На основе этих постулатов группа ученых во главе со швейцарским химиком Куртом Вутрихом разработала методы идентификации белковых структур в растворителях, за что он был удостоен Нобелевской премии по химии в 2002 году.
Взаимодействия между молекуламиВ белках взаимодействующие ядерные спины принадлежат одной и той же молекуле; тот факт, что их относительное расстояние не меняется в ходе эксперимента, облегчает их теоретическое описание. Если этот подход будет расширен, чтобы включить мониторинг взаимодействий между молекулами, он имеет потенциал для различных приложений, например, для идентификации структур воды и динамики воды на поверхности белков или локальных структур в новых «дизайнерских растворителях» (так называемые ионными жидкостями), оба из которых являются центральными вопросами для RESOLV. В этих случаях ядерные спины принадлежат разным молекулам и могут перемещаться относительно друг друга; расстояние между ними не остается постоянным.
Этот факт затруднил теоретические исследования, и на сегодняшний день удалось найти лишь частичные решения. «Новая теория относительно этого эффекта дала толчок этой области исследований», — говорит профессор доктор Герман Вайнгартнер, руководитель рабочей группы RUB «Физическая химия жидкостей».Он разработал теорию в сотрудничестве с профессором д-ром Отмаром Штайнхаузером (Институт вычислительной биологической химии Венского университета).
Команде удалось разработать реалистичную модель, в которой учтены все решающие факторы и которой можно управлять на математическом уровне. Результаты удивительны, потому что оказывается, что диапазон ядерного эффекта Оверхаузера со спинами в разных молекулах определяется частотой развернутого электромагнитного излучения. В типичных условиях эксперимента эффект носит дальнодействующий характер.
Это, в свою очередь, означает, что эксперименты описывают структуру всей жидкости, а не просто, как предполагалось ранее, ближайшее окружение молекулы.Таким образом, новая теория представляет собой первый шаг к прояснению вопросов, которые долгое время оставались без ответа, а также к противоречивым интерпретациям таких экспериментов.
Исследования Вайнгартнера и Штайнхаузера финансировались «Кластером передового опыта RESOLV» (EXC 1069) Немецкого исследовательского фонда (DFG).