Прогресс в применении технологии ядерного магнитного резонанса для обнаружения наркотиков
Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) - аналитический метод, основанный на поглощении энергии радиочастотного поля, соответствующей разности энергий расщепления уровней энергии конкретного атомного ядра во внешнем магнитном поле, в результате чего возникают резонансные явления. В 1946 году американские физики Перселл и Блох раскрыли явление магнитного резонанса и совместно получили Нобелевскую премию по физике. В ранних исследованиях определение структуры лекарств в основном достигалось с помощью различных химических реакций, таких как получение производных, химическая деструкция, цветные реакции и т.д., в основном с получением функциональных групп, но не позволяющих определить всю структуру. Структурная идентификация сложной молекулы даже требовала десятилетий усилий. В последние годы для молекул, которые трудно кристаллизуются, были разработаны такие методы, как метод кристаллической губки и криоэлектронная микроскопия для определения молекулярной структуры. Однако для аморфных молекул и молекул с низкой энергией решетки эти методы все еще неадекватны и с ними трудно справиться. С развитием и широким применением спектроскопических технологий был достигнут значительный прогресс в изучении лекарств, а ядерный магнитный резонанс стал наиболее практичным и всеобъемлющим методом анализа. Его точный конформационный анализ несравним с дифракцией монокристаллов и электронной микроскопией. По сравнению с другими аналитическими методами ядерный магнитный резонанс обладает следующими преимуществами: ① предоставление богатой и точной структурной информации, а также получение атомных ядер на основе ларморовских частот; химическое смещение вводит функциональные группы; спин-спиновая связь дает атомные корреляции; дипольная связь дает пространственные позиционные отношения; Явление релаксации используется для динамических исследований Простота, препараты не требуют сложных процессов предварительной обработки, позволяют избежать ошибок при обработке, и имеют короткое время анализа Неразрушающий, в случае очень ограниченного размера образца, после ядерно-магнитного анализа, нет повреждений или отходов, свойства не меняются, и он может быть повторно использован. В частности, развитие двумерного ядерно-магнитного резонанса сделало его чрезвычайно важным инструментом для исследования химической структуры, а также открыло новые возможности для фармацевтических и биомедицинских исследований, детально раскрывая взаимосвязь между структурой и функцией. В ситуациях, когда одномерные спектральные сигналы сильно перекрываются, не могут быть точно отнесены и трудно разрешимы, для решения проблемы необходима технология двумерной спектроскопии ядерного магнитного резонанса. Определите протоны в различных положениях молекулы с помощью спектроскопии COSY или TOCSY; найдите соответствующий сигнал углерода на спектре HSQC через протоны; подтвердите отнесение сигнала с помощью спектра HMBC, а также проанализируйте положение и последовательность связи между углеродом и протоном. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса отвечает потребностям современной разработки лекарственных препаратов, предоставляя информацию о взаимодействии лекарств, специфических молекулярных мишенях и местах фармакологического действия. Благодаря постоянному развитию аппаратуры и импульсных методов ядерного магнитного резонанса, а также его многофункциональности, он стал важным инструментом для структурных исследований, особенно исследований лекарств. Ядерный магнитный резонанс может обеспечить многофункциональный экспериментальный метод, предоставляющий важную информацию для открытия лекарств, от характеристики синтетических продуктов, разработки натуральных продуктов до изучения молекулярных структур в биологических системах. В данной статье рассматривается применение технологии ЯМР для обнаружения наркотиков и связанные с этим научные исследования.

 

За последние тридцать лет развитие технологии ядерного магнитного резонанса значительно ускорило темпы исследования лекарственных препаратов, обеспечив беспрецедентную структурную информацию и став "золотым стандартом" структурного анализа. Хотя при благоприятных условиях ВЭЖХ-МС может обнаружить данный аналит на уровне фемоля, даже самое современное оборудование для ядерно-магнитного резонанса требует использования наномолярных образцов для анализа в разумные сроки. Фактически, все современные спектрометры ядерного магнитного резонанса высокого разрешения представляют собой импульсные приборы с преобразованием Фурье, которые могут одновременно возбуждать все типы атомных ядер и собирать исходные данные в виде распада свободной индукции. Это позволяет добавлять несколько переходных процессов распада свободной индукции для улучшения соотношения сигнал/шум в спектре высокой чувствительности. Поэтому низкая чувствительность всегда была (и будет оставаться) фатальной слабостью приложений для биологического анализа с помощью ядерного магнитного резонанса, и повышение чувствительности ядерного магнитного резонанса было в центре внимания большинства технологических разработок в течение последних сорока лет. В настоящее время в Швейцарском федеральном технологическом институте установлено первое в мире магнитное поле высотой 1,2 ГГц, и ожидается, что в будущем постепенно появится больше спектрометров ЯМР с частотой более 1 ГГц. Увеличение напряженности магнитного поля позволит совершить значительный прорыв в структурных исследованиях макромолекул лекарственных препаратов. С применением спектроскопии ядерного магнитного резонанса в структурном анализе биомолекул количество и сложность структурной информации, предоставляемой технологией ядерного магнитного резонанса, растут в геометрической прогрессии, и будет развиваться технология трехмерного ядерного магнитного резонанса. Двумерный ядерный магнитный резонанс стал бессилен в работе с конформацией трехмерного пространства и взаимодействиями между большими и малыми молекулами. Поэтому необходимо разработать методы молекулярного моделирования, чтобы использовать информацию о расстоянии между протонами в молекулах, предоставляемую NOE, для расчета трехмерной пространственной структуры. В то же время это позволит повысить внутреннюю чувствительность сигналов ядерного магнитного резонанса и улучшить разрешение широких и перекрывающихся сигналов, присущих биомолекулам с массой более 35 кДа. Мы надеемся, что ядерный магнитный резонанс будет и дальше вносить свой вклад в исследования в области медицины. Особенно с развитием твердотельного ядерного магнитного резонанса, он может обеспечить уникальную и всеобъемлющую перспективу. Присущие ему количественные свойства, высокая чувствительность для различения отдельных химических веществ, атомное разрешение для выяснения локальных структур и сложных взаимодействий, способность обнаруживать молекулярные наполнители в аморфных материалах и возможность изучать молекулярное движение в различных временных масштабах делают ядерный магнитный резонанс более мощным аналитическим инструментом. В будущем ядерный магнитный резонанс может быть объединен с другими аналитическими методами, такими как масс-спектрометрия и рентгеновская кристаллография, для более быстрого управления, лучшего динамического диапазона, большей гибкости и масштабируемости, обеспечивая самые передовые методы структурного анализа.