CN115753868B - 一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置和方法，该装置包括支架、保温容器、旋转机构、样品勺、控制器、可变光源输出机构和变温机构，支架对保温容器进行支撑，样品通过样品勺置于保温容器中，旋转机构可对保温容器进行旋转，可变光源输出机构可调节光源对样品的照射条件，变温机构可调节对样品产生自由基的环境温度，控制器可对可变光源输出机构和变温机构进行控制调节。本发明可以对不同的反应体系设置不同的低温温度并使其在该温度稳定保持且可控制进行脉冲式光照或持续性光照，可以有效保证光敏自由基的产量以及稳定性。另外，该装置亦可旋转保温容器，使光照产生的自由基分布更加均匀，提高dDNP的效率。

Description

一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置和方法

技术领域

本发明属于核磁共振技术领域，具体涉及一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置和方法。

背景技术

核磁共振技术广泛地应用于生物、化学以及医学等领域，然而其灵敏度相对较低大大制约了其发展和应用。目前核磁共振领域主要有四种增强灵敏度的方法，包括提高静磁场强度、核-核交叉极化转移、超低温探头技术以及超极化技术，其中，超极化技术是最有效的提高核磁共振灵敏度的方法。

溶融型动态核极化（dissolution Dynamic Nuclear Polarization, dDNP）技术属于超极化技术中的一种，其于2003年首次被Ardenkjær-Larsen等提出。该技术原理如下，在超低温下（1-4K）下对含目标分子探针和自由基的混合物进行微波照射，使自由基中的电子高度极化转移至目标探针分子核上，极化完成后，使用高温高压液体将低温下的固态超极化样品迅速溶解并转移至置于磁体中的有机体系（细胞、离体活体组织或者是活体）中，进行NMR或MRI检测，以观测该分子探针在有机体系中的实时代谢流或进行代谢医学成像。使用该技术可以使得探针分子的信号强度提高到4个数量级或以上，此方法真正意义上将动态核极化技术应用到生物医学领域，开拓了生物医学领域研究和代谢医学成像的新局面。目前，此技术已经被用于临床人体代谢MRI成像。

自由电子作为dDNP技术中的关键因素，通常以自由基为载体，目前该领域可用的自由基主要包括生物外源性自由基和生物内源性自由基两大类。生物外源性自由基存在可用自由基有限（目前可用于生物医学领域观测的主要包括Trityl和TEMPO两大类）、自由基的生物毒性以及自由基在进入有机体前不易快速分离等问题，而生物内源性自由基则很好地解决了这个问题。

目前，dDNP领域中的生物内源性自由基主要是在光照（目前主要是紫外光波段）及液氮（~77K）中产生，且只能在较低的温度下稳定，当温度上升到常温后自由基消失，上述自由基的产生及淬灭过程在一定程度上符合了dDNP低温极化、高温消除自由基的应用需求。然而，上述内源性自由基的生成存在很大的局限性：首先，目前产生光照的光源波段是非常有限的（通常为280-400 nm），限制了可用内源性自由基的种类；其次，在液氮温度下产生的稳定光敏自由基数量也十分有限，而在其他更低的温度范围内仍有可能有较多的稳定自由基可以生成。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置和方法，该装置和方法可自由设定自由基产生的低温条件和光照条件，解决了现有技术产生自由基温度范围受限以及产生光照的光源波段窄的问题。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置，包括支架、保温容器、旋转机构、样品勺、控制器、可变光源输出机构和变温机构；

保温容器活动安装于支架上，保温容器底部呈细长状，且保温容器底部呈透明状，旋转机构与保温容器连接，旋转机构可驱动保温容器转动，样品勺包括用于盛装样品且透明状的勺体，勺体延伸至保温容器底部，保温容器底部尺寸与勺体尺寸相匹配；

可变光源输出机构包括可变光源和匀光器，控制器与可变光源连接，控制器控制可变光源输出连续式或脉冲式光照，匀光器安装于支架上，可变光源照射匀光器，保温容器底部位于匀光器中；

变温机构包括用于产生变温气体的气体发生器和用于输送变温气体的输送管，输送管的一端与气体发生器连通，输送管上设有阀门，变温气体经输送管输送后可对保温容器底部进行降温。

所述的保温容器上部粗下部细，保温容器包括上部的杜瓦瓶和下部的石英管，杜瓦瓶顶部和底部均开口，杜瓦瓶顶部盖设有密封盖，石英管上端开口，石英管上端与杜瓦瓶底部连通，样品勺还包括勺杆，勺杆活动贯穿密封盖，勺体位于石英管底部中。

所述的密封盖中央设有贯穿孔，旋转机构包括旋转轴和密封盘，密封盘密封于杜瓦瓶上部内，密封盘与杜瓦瓶内壁过盈配合，旋转轴贯穿贯穿孔，旋转轴与密封盖间隙配合，密封盘套设于旋转轴的下端上，勺杆活动贯穿旋转轴。

所述的匀光器由透明材料制作而成，匀光器呈中空状，匀光器的外壁和内壁均呈球形，匀光器内壁为镀银抛光反射面，匀光器上对称开设有两通孔，两通孔的轴线与匀光器的轴线相同。

所述的支架为用于包裹的块状支架，且支架可拆卸，支架内设有容纳匀光器的第一容纳腔和容纳保温容器的第二容纳腔，第二容纳腔上部粗下部细，第二容纳腔下部贯穿第一容纳腔中央，匀光器位于第一容纳腔中，保温容器位于第二容纳腔中，支架内设有导光孔和导气通道，可变光源输出机构还包括光波导，光波导的一侧插入导光孔中并紧挨匀光器，光波导的另一端与可变光源连接，输送管的另一端与导气通道连通，导气通道与第二容纳腔底部连通。

所述的变温机构还包括温度传感器和控温器，温度传感器安装于第二容纳腔紧挨保温容器底部位置处，且温度传感器位于保温容器的下方，控温器与温度传感器电连接，控温器与控制器电连接。

所述的气体发生器包括变温液体（液氮或液氦）杜瓦罐和加热线圈，输送管的一端通过杜瓦罐罐口延伸入杜瓦罐内，加热线圈的一端固定于输送管位于杜瓦罐的一端上，加热线圈的加热部位于杜瓦罐的变温液体中，控制器与加热线圈电连接。

所述的勺体呈圆筒状，勺体的一端开口，勺杆与勺体开口端的端面连接，且勺杆垂直于勺体开口端的端面。

一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的方法，包括如下步骤：

S₁、将光敏性化学物质与溶剂混合均匀，得到样品溶液；

S₂、将样品溶液滴入液氮中，液滴进入液氮中形成微珠状，得到微珠样品；

S₃、通过温控器设定目标温度，目标温度设定完成后，开启阀门，向保温容器底部通入变温气体，当保温容器底部的温度到达设定温度时，将微珠样品装入样品勺的勺体中，将样品勺转移至保温容器底部，这时候由于样品的放入会有些许的温度浮动，继续控温，直至达到设定温度并稳定；

S₄、设定光照条件，光照条件包括光源波段、光照功率和光照模式，光照模式包括连续式光照和脉冲式光照，采用连续式光照和不旋转保温容器的条件下进行光照；

S₅、光照完成后，将样品勺快速取出，并将样品勺中的微珠样品快速转移至电子顺磁共振谱仪（Electron Spin Resonance, ESR）中的石英样品管里，随后进行自由基信号检测；

S₆、更改设定温度，重复S₃- S₅ 操作，绘制温度与自由基信号强度的变化曲线，当自由基信号强度趋于平稳不再随温度变化时，停止实验，自由基信号强度不再变化时对应的温度为目标温度；

S₇、通过温控器设定目标温度，目标温度设定完成后，将微珠样品装入样品勺的勺体中，将样品勺的勺体转移入保温容器底部，随后开启阀门，向保温容器底部通入变温气体，直至保温容器底部的温度达到目标温度；

S₈、通过控制器设定光照条件，设定光照条件，光照条件包括光源波段、光照功率和光照模式，光照模式包括连续式光照和脉冲式光照，光照条件设定完成后，在旋转保温容器或不旋转保温容器的条件下开始光照；对于冰点比较低或者所产生的自由基不太稳定的样品溶液，可采用脉冲式序列进行光照；对于光照不易完全透过的样品溶液，可以采取使用旋转轴旋转，使光照更加均匀。

S₉、光照完成后，将样品勺快速取出，并将样品勺中的微珠样品快速转移至电子顺磁共振谱仪中的石英样品管里，随后进行自由基信号检测。

与现有技术相比，本发明的优点与有益效果在于：

1、本发明可以稳定保持样品处于目标低温温度，对于不同的反应体系可以设置不同的低温温度，同时在光照时，不会由于外界空气冷凝导致装置内部有结霜污染样品。

2、本发明的匀光器球形反射面的设计，可以使光照更加集中分布在样品区域，提高光源照射的效率。

3、本发明可以旋转保温容器，可以使样品所受光照更加均匀，并使样品内部产生的自由基均匀分布，提高DNP的效率。

4、本发明可以设定不同的光输出波段，可以用于激发不同的光吸收曲线的样品。

5、本发明控制光照进行脉冲式光照，可以提高自由基的稳定性并最终提高其产量。

6、本发明的样品勺为薄壁石英样品勺，可以有效的进行样品的更换和转移，提高自由基产生的效率和成功率。

附图说明

图1为用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置的结构示意图。

图2为支架的结构示意图。

图3为样品勺的结构示意图。

图4为实施例2的连续光照序列图。

图5为实施例2的微珠样品在连续光照序列下自由基信号二次积分面积随时间的变化图。

图6为实施例3的脉冲光照序列图。

图7 为实施例3和对比例1的微珠样品在连续光照序列和脉冲间歇光照序列下自由基信号二次积分面积随时间的变化图。

图8为实施例4和对比例2的微珠样品在真空双层石英管旋转以及不旋转情况下产生的自由基顺磁共振信号二次积分面积图。

其中，1-双层真空杜瓦瓶：101-内层杜瓦瓶、102-中间真空层、103-外层杜瓦瓶；

2-石英管；3-密封盖：301-贯穿孔；4-下座体：401-第一安装槽；402-盲孔、403-导气孔；5-中间座体：501-第一容纳腔、502-导光孔、503-中心孔、504-第二安装槽；6-上座体：601-第三容纳腔、602-衔接孔；7-旋转轴；8-密封盘；9-旋转手柄；10-样品勺：1001-勺杆、1002-勺体；11-可变光源；12-匀光器；13-光波导；14-液氦杜瓦罐；15-加热线圈；16-输送管；17-温度传感器；18-控温器；19-导气短管；20-控制器；21-液氦；22-微珠样品。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置进行详细说明。

实施例1

本实施例提供的用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置的结构如图1所示，包括支架、保温容器、旋转机构、样品勺、控制器20、可变光源输出机构和变温机构。

保温容器包括双层真空杜瓦瓶1和石英管2，双层真空杜瓦瓶1由石英材料制成。双层真空杜瓦瓶1包括内层杜瓦瓶101、外层杜瓦瓶103和中间真空层102，中间真空层102位于外层杜瓦瓶103和内层杜瓦瓶101之间，所使用的双层真空杜瓦瓶2有两种类型，第一种双层真空杜瓦瓶是中间真空层102全部包裹住内层杜瓦瓶101，第二种双层真空杜瓦瓶是内层杜瓦瓶101底部没有中间真空层102包裹。石英管2也有双层真空石英管和单层石英管。第一种双层真空杜瓦瓶和双层真空石英管配套，适用于做恒定液氮或液氦温度实验，本实施例中，采用第一种双层真空杜瓦瓶和双层真空石英管配套进行试验；第二种双层真空杜瓦瓶和单层石英管配套，适用于做变温实验。双层真空杜瓦瓶1顶部和底部均开口，双层真空杜瓦瓶1顶部设有密封盖3，密封盖3中央设有贯穿孔301。石英管2上端开口，石英管2上端与双层真空杜瓦瓶1底部连通。

如图2所示，支架为用于包裹的块状支架，支架可以起到一定保温的效果，支架包括下座体4、中间座体5和上座体6。

下座体4可以采用聚四氟乙烯或者是PEEK等材料加工制成。下座体4上设有带内螺纹的第一安装槽401，第一安装槽401底部上开设有盲孔402。下座体4侧边开设有导气孔403，导气孔403的一端与盲孔402连通，导气孔403与盲孔402构成导气通道。

中间座体5可以采取不锈钢或者铝等材料加工制成，中间座体5由两夹块通过可拆卸的方式连接而成。中间座体5内设有容纳匀光器12的第一容纳腔501，中间座体5侧边开设有导光孔502，导光孔502与第一容纳腔501连通。中间座体5中央设有贯穿第一容纳腔501中央的中心孔503。中间座体5侧壁底部开设有外螺纹，中间座体5顶部开设有带内螺纹的第二安装槽504。

上座体6内设有容纳杜瓦瓶的第三容纳腔601，上座体6底部开设有衔接孔602，衔接孔602与第三容纳腔601底部连通。上座体6侧壁底部设有外螺纹。

上座体6底部位于第二安装槽504中，且上座体6与中间座体5螺纹连接。中间座体5底部位于第一安装槽401中，中间座体5与下座体4螺纹连接。衔接孔602、中心孔503和盲孔402相互连通，第三容纳腔601、衔接孔602、中心孔503和盲孔402的轴线相同，第三容纳腔601、衔接孔602和中心孔503构成容纳保温容器的第二容纳腔，衔接孔602和中心孔503构成容纳石英管2的第四容纳腔。双层真空杜瓦瓶1位于第三容纳腔601中，双层真空玻璃管2位于第四容纳腔中。

旋转机构包括旋转轴7、密封盘8和旋转手柄9，密封盘8采用橡胶制作而成，密封盘8密封于内层杜瓦瓶101上部内，密封盘8与内层杜瓦瓶101内壁过盈配合。旋转轴7贯穿贯穿孔301，旋转轴7与密封盖3间隙配合。旋转手柄9套设于旋转轴7的上端上，密封盘8套设于旋转轴7的下端上。

如图3所示，样品勺10为采用石英材料制成的石英薄壁样品勺，样品勺10包括勺杆1001和盛装样品的勺体1002。勺体1002呈圆筒状，勺体1002的一端开口。勺杆1001与勺体1002开口端的端面连接，且勺杆1001垂直于勺体1002开口端的端面。勺杆1001活动贯穿旋转轴7，勺体1002延伸至石英管2底部，石英管2的直径略大于勺体1002的外径。

可变光源输出机构包括可变光源11、匀光器12和光波导13。匀光器12由透明材料制作而成，匀光器12呈中空状，匀光器12的外壁和内壁均呈球形。匀光器12内壁为镀银抛光反射面，球形反射面可使光源波导输出光集中反射在球形面区域，使微珠样品处于光照更均匀的环境。匀光器12上对称开设有两通孔，两通孔的轴线与匀光器12的轴线相同。匀光器12位于第一容纳腔501中，中心孔503分别与两通孔连通，且中心孔503与两通孔的轴线相同。光波导13的一侧插入导光孔502中，光波导13的另一端与可变光源11连接，光波导13的另一端紧挨匀光器12。

变温机构包括用于产生变温气体的气体发生器、用于输送变温气体的输送管16、温度传感器17、控温器18和导气短管19，输送管16采用双层真空管进行保温，输送管16上设有阀门。气体发生器包括液氦杜瓦罐14和加热线圈15，输送管16的一端通过液氦杜瓦罐14罐口延伸入变温液体杜瓦罐14内，加热线圈15的一端固定于输送管16位于液氦杜瓦罐的一端上，加热线圈15的加热部位于液氦杜瓦罐14的变温液体21中。导气短管19插入导气孔403中，导气短管19位于导气孔403外的一端与输送管16的另一端连接，导气短管19的另一端与盲孔402连通。

控温器18与温度传感器17电连接，温度传感器17安装于中心孔503紧挨石英管2底部位置处，且温度传感器17位于石英管2的下方。

加热线圈15、控温器18和可变光源11分别与控制器20电连接。温度传感器17检测温度，反馈信号给控温器18，若温度没有达到所需要求设定温度，控温器18反馈信号至控制器20，控制器20发送使加热线圈15发热的指令，因此，该装置通过调节加热线圈15的发热量来调节液氦杜瓦罐14里液氦蒸汽的挥发量，从而达到调节目标温度的需求。工作时，控制器20可设定光照波段和编辑光照序列，并将信号传递给可变光源11，实现对可变光源11的控制。

下面结合上述的装置对本发明的用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的方法进行详细说明。

实施例2

S₁、将0.6ml甘油和0.4ml水混合均匀，配制混合溶剂，随后将1ml纯的丙酮酸加入混合溶剂中，超声处理3min，得到样品溶液。

S₂、用移液器吸取5μl样品溶液，随后滴入盛有液氮的半球形杜瓦中，液滴会快速沉入液氮中形成微珠状，照此方法，连续制备60颗微珠样品。

S₃、通过温控器20设定目标温度为77K，目标温度设定完成后，开启阀门，向石英管2底部通入氮蒸汽，当石英管2底部的温度到达77K时，取4颗微珠样品装入样品勺10的勺体1002中，将样品勺10的勺体1002转移入石英管2底部，这时候由于样品的放入会有些许的温度浮动，继续控温，直至温度传感器17检测到石英管2底部的温度稳定在77K。

S₄、通过控制器设定光源1波段280nm-360nm、光照功率设定为40W/cm²和光照时间序列，采用连续式光照时间序列，如图4所示，光照时间序列设定为t_uv=100秒，光照条件设定完成后开始光照。

S₅、光照完成后，将样品勺快速取出，并将样品勺中的微珠样品快速转移至电子顺磁共振谱仪中专用的石英样品管中，40s后进行自由基信号检测。电子顺磁共振谱仪检测参数如下：温度123K，微波功率0.2mW，中心场为327mT，采样谱宽为30mT，微波调制场为0.1mT。

S₆、维持光照时间序列t_uv=100秒不变，重复步骤S₃- S₅操作两次。

S₇、更改光照时间序列分别为t_uv= 300秒、500秒、700秒、900秒，每个光照时间序列重复步骤S₃- S₆操作。

S₈、将所得数据二次积分后进行拟合，所得二次积分面积强度与光照时间的关系如图5所示，由图5可知，产生的自由基信号强度的饱和的光照时间为700 s。

实施例3

S₁、将1.12 ml乙醇和0.28ml水混合均匀，配制成混合溶剂，随后将0.05ml纯的丙酮酸加入混合溶剂中，超声处理3min，得到样品溶液。

S₂、用移液器吸取5ul样品溶液，随后滴入盛有液氮的半球形杜瓦中，液滴会快速沉入液氦中形成微珠状，照此方法，连续制备72颗微珠样品。

S₃、通过温控器20设定目标温度为77K，目标温度设定完成后，开启阀门，向石英管2底部通入氦蒸汽，当石英管底部的温度到达77K时，取4颗微珠样品装入样品勺10的勺体1002中，将样品勺10的勺体1002转移入石英管2底部，这时候由于样品的放入会有些许的温度浮动，继续控温，直至温度传感器17检测到石英管2底部的温度稳定在77K。

S₄、通过控制器设定光源1波段280nm-360nm，光照功率设定改为40W/cm²，并采用脉冲间歇式光照时间序列（如图6所示），光照时间序列设定为100秒，光照5s间歇5s，光照条件设定完成后开始光照。

S₅、光照完成后，将样品勺快速取出，并将样品勺中的微珠样品快速转移至电子顺磁共振谱仪中专用的石英样品管中，等待40s后进行自由基信号检测，检测自由基的生成情况。电子顺磁共振谱仪检测参数如下：温度123K，微波功率0.2mW，中心场为327mT，采样谱宽为30mT，微波调制场为0.1mT。

S₆、维持光照时间序列100秒不变，重复步骤S₃- S₅操作两次。

S₇、更改光照时间序列分别为200秒、300秒、400秒、700秒、1400秒、每个光照时间序列重复步骤S₃- S₆操作。

S₈、将所得数据二次积分后进行拟合，所得自由基信号二次积分面积强度与光照时间的关系如图7虚线所示，从图中可以看到光照时间为50秒、100秒，150s以及200s时，使用脉冲间歇光照与连续光照产生的自由基信号二次积分强度没有显著性差异(p=0.76、0.069、0.45、0.71)，而光照时间为350秒及700秒时，与连续光照产生的自由基相对浓度相比，脉冲间歇光照方法产生的自由基二次积分信号强度显著高于连续光照方法产生的自由基二次积分信号强度（p（350秒）=0.003、p（700秒）=0.033）。由此可见，通过脉冲式光照控制光照时间以及光照强度，可以提高自由基的产量。

对比例1

S₁、将1.12 ml乙醇和0.28ml水混合均匀，配制混合溶剂，随后将0.05ml纯的丙酮酸加入混合溶剂中，超声处理3min，得到样品溶液。

S₂、用移液器吸取5ul样品溶液，随后滴入盛有液氮的半球形杜瓦中，液滴会快速沉入液氮中形成微珠状，照此方法，连续制备50颗微珠样品。

S₃、通过温控器设定目标温度为77K，目标温度设定完成后，开启阀门，向石英管2底部通入氦蒸汽，当石英管2底部的温度到达77K时，取4颗微珠样品装入样品勺10的勺体1002中，将样品勺10的勺体1002转移入石英管2底部，这时候由于样品的放入会有些许的温度浮动，继续控温，直至温度传感器17检测到石英管2底部的温度稳定在77K。

S₄、通过控制器设定光源1波段280nm-360nm、光照功率设定改为40W/cm²和光照时间序列，采用连续式光照时间序列，光照时间序列设定为50秒，光照条件设定完成后开始光照。

S₅、光照完成后，将样品勺快速取出，并将样品勺中的微珠样品快速转移至电子顺磁共振谱仪中专用的石英样品管中，等待40s后进行自由基信号检测，检测自由基的生成情况。电子顺磁共振谱仪检测参数如下：温度123K，微波功率0.2mW，中心场为327mT，采样谱宽为30mT，微波调制场为0.1mT。

S₆、维持光照时间序列50秒不变，重复步骤S₃- S₅操作两次。

S₇、更改光照时间序列分别为100秒、150秒、200秒、350秒、700秒，每个光照时间序列重复步骤S₃- S₆操作。

S₈、将所得数据二次积分后进行拟合，所得自由基二次积分信号强度与光照时间的关系如图7所示。

实施例4

S₁、将0.1ml纯的丙酮酸加入1.4ml去离子水中，超声处理3min，得到样品溶液（即为1M丙酮酸水溶液）。

S₂、用移液器吸取10ul样品溶液，随后滴入盛有液氮的半球形杜瓦中，液滴会快速沉入液氮中形成微珠状，照此方法，连续制备12颗微珠样品。

S₃、通过温控器设定目标温度为77K，目标温度设定完成后，开启阀门，向石英管2底部通入氦蒸汽，当石英管2底部的温度到达77K时，取4颗微珠样品装入样品勺10的勺体1002中，将样品勺10的勺体1002转移入石英管2底部，这时候由于样品的放入会有些许的温度浮动，继续控温，直至温度传感器17检测到石英管底部的温度稳定在77K。

S₄、通过控制器设定光源1波段280nm-360nm、光照功率设定改为5W/cm²和光照时间序列，采用连续式光照时间序列，如图4所示，光照时间序列设定为200秒，光照条件设定完成后开始光照，在光照的同时，手握旋转手柄，每隔50s转动旋转轴90°，旋转轴转动，石英管也会跟着旋转轴一起转动。

S₅、光照完成后，将样品勺10快速取出，并将样品勺10中的微珠样品快速转移至电子顺磁共振谱仪中专用的石英样品管中，等待40s后进行自由基信号检测，检测自由基的生成情况。电子顺磁共振谱仪检测参数如下：温度123K，微波功率0.2mW，中心场为327mT，采样谱宽为30mT，微波调制场为0.1mT。

S₆、重复步骤S₃- S₅操作两次。

S₇、将所得数据二次积分后计算相对浓度，得到自由基二次积分信号强度如图8所示，由图8可知，石英管进行旋转后，自由基二次积分信号强度显著提高（p=0.0006）。

对比例2

S₁、将0.1ml纯的丙酮酸加入1.4ml去离子水中，超声处理3min，得到样品溶液（即为1M丙酮酸水溶液）。

S₂、用移液器吸取10ul样品溶液，随后滴入盛有液氮的半球形杜瓦中，液滴会快速沉入液氮中形成微珠状，照此方法，连续制备12颗微珠样品。

S₃、通过温控器设定目标温度为77K，目标温度设定完成后，开启阀门，向石英管2底部通入氦蒸汽，当石英管2底部的温度到达77K时，取4颗微珠样品装入样品勺10的勺体1002中，将样品勺10的勺体1002转移入石英管2底部，这时候由于样品的放入会有些许的温度浮动，继续控温，直至温度传感器17检测到石英管底部的温度稳定在77K。

S₄、通过控制器设定光源1波段280nm-360nm、光照功率设定改为5W/cm²和光照时间序列，采用连续式光照时间序列，如图4所示，光照时间序列设定为200秒，光照条件设定完成后开始光照。

S₅、光照完成后，将样品勺10快速取出，并将样品勺10中的微珠样品快速转移至电子顺磁共振谱仪中专用的石英样品管中，等待40s后进行自由基信号检测，检测自由基的生成情况。电子顺磁共振谱仪的检测参数如下：温度123K，微波功率0.2mW，中心场为327mT，采样谱宽为30mT，微波调制场为0.1mT。

S₆、重复步骤S₃- S₅操作两次。

S₇、将所得数据二次积分后，得到自由基二次积分信号强度如图8所示，由图8可知，与实施例4相比，未进行旋转的样品，自由基二次积分信号强度显著降低。

Claims (8)

1.一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置，其特征在于：包括支架、保温容器、旋转机构、样品勺、控制器、可变光源输出机构和变温机构；

所述的支架为用于包裹的块状支架，且支架可拆卸，支架内设有容纳匀光器的第一容纳腔和容纳保温容器的第二容纳腔，第二容纳腔上部粗下部细，第二容纳腔下部贯穿第一容纳腔中央；

保温容器底部呈细长状，且保温容器底部呈透明状，保温容器位于第二容纳腔中，旋转机构与保温容器连接，旋转机构可驱动保温容器转动；

可变光源输出机构包括可变光源和匀光器，所述的匀光器由透明材料制作而成，匀光器呈中空状，匀光器的外壁和内壁均呈球形，匀光器内壁为镀银抛光反射面，匀光器上对称开设有两通孔，两通孔的轴线与匀光器的轴线相同，保温容器底部位于匀光器中；

控制器与可变光源连接，控制器控制可变光源输出连续式或脉冲式光照，可变光源照射匀光器；

样品勺包括用于盛装样品且透明状的勺体，勺体延伸至保温容器底部，保温容器底部尺寸与勺体尺寸相匹配；

变温机构包括用于产生变温气体的气体发生器和用于输送变温气体的输送管，输送管的一端与气体发生器连通，输送管上设有阀门，变温气体经输送管输送后可对保温容器底部进行降温。

2.根据权利要求1所述的用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置，其特征在于：所述的保温容器上部粗下部细，保温容器包括上部的杜瓦瓶和下部的石英管，杜瓦瓶顶部和底部均开口，杜瓦瓶顶部盖设有密封盖，石英管上端开口，石英管上端与杜瓦瓶底部连通，样品勺还包括勺杆，勺杆活动贯穿密封盖，勺体位于石英管底部中。

3.根据权利要求2所述的用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置，其特征在于：所述的密封盖中央设有贯穿孔，旋转机构包括旋转轴和密封盘，密封盘密封于杜瓦瓶上部内，密封盘与杜瓦瓶内壁过盈配合，旋转轴贯穿贯穿孔，旋转轴与密封盖间隙配合，密封盘套设于旋转轴的下端上，勺杆活动贯穿旋转轴。

4.根据权利要求1-3任一所述的用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置，其特征在于：所述的支架内设有导光孔和导气通道，可变光源输出机构还包括光波导，光波导的一侧插入导光孔中并紧挨匀光器，光波导的另一端与可变光源连接，输送管的另一端与导气通道连通，导气通道与第二容纳腔底部连通。

5.根据权利要求4所述的用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置，其特征在于：所述的变温机构还包括温度传感器和控温器，温度传感器安装于第二容纳腔紧挨保温容器底部位置处，且温度传感器位于保温容器的下方，控温器与温度传感器电连接，控温器与控制器电连接。

6.根据权利要求1所述的用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置，其特征在于：所述的气体发生器包括变温液体杜瓦罐和加热线圈，输送管的一端通过变温液体杜瓦罐罐口延伸入变温液体杜瓦罐内，加热线圈的一端固定于输送管位于变温液体杜瓦罐的一端上，加热线圈的加热部位于变温液体杜瓦罐的变温液体中，控制器与加热线圈电连接。

7.根据权利要求1所述的用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置，其特征在于：所述的勺体呈圆筒状，勺体的一端开口，勺杆与勺体开口端的端面连接，且勺杆垂直于勺体开口端的端面。

8.一种用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的方法，基于权利要求1-7任一所述的用于dDNP的可变温广谱光诱导自由基生成的装置实现，其特征在于包括如下步骤：

S₁、将光敏性化学物质与溶剂混合均匀，得到样品溶液；

S₂、将样品溶液滴入液氮中，液滴进入液氮中形成微珠状，得到微珠样品；

S₃、通过温控器设定温度，温度设定完成后，开启阀门，向保温容器底部通入变温气体，当保温容器底部的温度到达设定温度时，将微珠样品装入样品勺的勺体中，将样品勺转移至保温容器底部，继续控温，直至达到设定温度并稳定；

S₄、设定光照条件，光照条件包括包括光源波段、光照功率和光照模式，光照模式包括连续式光照和脉冲式光照，采用连续式光照和不旋转保温容器的条件下进行光照；

S₅、光照完成后，将样品勺快速取出，并将样品勺中的微珠样品快速转移至电子顺磁共振谱仪中的石英样品管里，随后进行自由基信号检测；

S₆、更改设定温度，重复S₃- S₅ 操作，绘制温度与自由基信号强度的变化曲线，当自由基信号强度趋于平稳不再随温度变化时，停止实验，自由基信号强度不再变化时对应的温度为目标温度；

S₇、通过温控器设定目标温度，目标温度设定完成后，开启阀门，向保温容器底部通入变温气体，当保温容器底部的温度到达目标温度时，将微珠样品装入样品勺的勺体中，将样品勺转移至保温容器底部，继续控温，直至达到设定温度并稳定；

S₈、通过控制器设定光照条件，光照条件包括包括光源波段、光照功率和光照模式，光照模式包括连续式光照和脉冲式光照，光照条件设定完成后，在旋转保温容器或不旋转保温容器的条件下开始光照；

S₉、光照完成后，将样品勺快速取出，并将样品勺中的微珠样品快速转移至电子顺磁共振谱仪中的石英样品管里，随后进行自由基信号检测。

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