KR102242465B1 - Solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing material and biomembrane containing phosphorus - Google Patents

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KR102242465B1
KR102242465B1 KR1020190161799A KR20190161799A KR102242465B1 KR 102242465 B1 KR102242465 B1 KR 102242465B1 KR 1020190161799 A KR1020190161799 A KR 1020190161799A KR 20190161799 A KR20190161799 A KR 20190161799A KR 102242465 B1 KR102242465 B1 KR 102242465B1
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김용애
김민선
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한국외국어대학교 연구산학협력단
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Abstract

Provided is a solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a phosphorus-containing material and a biological membrane. According to an embodiment of the present invention, the solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a phosphorus-containing material and a biological membrane comprises: a coil module where a coil is wound to surround a phosphorus-containing sample to apply a magnetic field to the sample; a sample plate where the coil module is installed; and an RF unit composed of a 1-H-31-P double resonance circuit for observing phosphorus contained in the sample. Herein, the coil is provided to surround the sample in a scroll shape.

Description

인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브{Solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing material and biomembrane containing phosphorus} Solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing material and biomembrane containing phosphorus

본 발명은 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브에 관한 것이다. The present invention relates to a solid-phase nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biological membrane.

일반적으로 인(Phosphorus)은 사람의 생체막을 구성하는 가장 중요한 성분 중 하나이다. 특히, 인은 지질 이중층 패킹, 상 전이(겔 상, 생리학적 액정 상, 리플 상, 비 이중상), 지질 헤드 그룹 배향/역학, 및 순수한 지질 이중층의 탄성 특성 및 단백질 및 다른 생체 분자의 결합에 중요한 역할을 한다. In general, Phosphorus is one of the most important components that make up a human biofilm. In particular, phosphorus is important for lipid bilayer packing, phase transition (gel phase, physiological liquid crystal phase, ripple phase, non-double phase), lipid head group orientation/dynamics, and the elastic properties of pure lipid bilayers and binding of proteins and other biomolecules. Plays a role.

또한, 인간의 몸에 있는 수많은 종류의 단백질과 생체막의 상호 작용을 연구하는데 있어서 생체막을 이루고 있는 인의 관측이 매우 중요한 역할을 한다. 따라서 이를 관측할 수 있는 방안이 요구되고 있다. In addition, the observation of phosphorus constituting the biological membrane plays a very important role in studying the interaction of the biological membrane with many kinds of proteins in the human body. Therefore, there is a need for a way to observe this.

US 9995801 B2US 9995801 B2

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 일 실시예는 1H 나 31P를 관측하는 다양한 핵자기공명 분광학의 실험에 적합한 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브를 제공하고자 한다.In order to solve the problems of the prior art as described above, an embodiment of the present invention is a material containing phosphorus suitable for experiments in various nuclear magnetic resonance spectroscopy observing 1 H or 31 P, and solid-phase nuclear magnetic resonance for biofilm analysis. I want to provide a probe.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the problems mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

위와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 인을 포함하는 시료를 둘러싸도록 코일이 권취되어 상기 시료에 전기장을 인가하는 코일 모듈; 상기 코일 모듈이 설치되는 시료판; 및 상기 시료에 포함된 인을 관측하기 위한 1H-31P 이중 공명 회로로 이루어지는 RF부;를 포함하고, 상기 코일은 스크롤(scroll) 형상으로 상기 시료를 둘러싸도록 구비되는 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브가 제공된다. According to an aspect of the present invention for solving the above problems, a coil module is wound around a sample containing phosphorus to apply an electric field to the sample; A sample plate on which the coil module is installed; And an RF unit consisting of a 1 H- 31 P double resonance circuit for observing phosphorus contained in the sample, wherein the coil is a material including phosphorus provided to surround the sample in a scroll shape, and A solid-phase nuclear magnetic resonance probe for biomembrane analysis is provided.

일 실시예에서, 상기 코일은 상기 시료판의 중앙에 배치되며 측면이 원형일 수 있다. In one embodiment, the coil may be disposed in the center of the sample plate and may have a circular side surface.

일 실시예에서, 상기 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브는 상기 코일의 형태를 유지하도록 상기 코일을 상기 시료판에 고정하기 위한 고정 부재를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 고정 부재는 무인(phosphorus-free) 재질로 이루어질 수 있다. In an embodiment, the solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm may further include a fixing member for fixing the coil to the specimen plate so as to maintain the shape of the coil. Here, the fixing member may be made of a phosphorus-free material.

일 실시예에서, 상기 1H-31P 이중 공명 회로는 상기 코일의 일단에 연결되는 제1커패시터, 및 상기 제1커패시터와 1H 단자 사이 및 상기 제1커패시터와 접지 사이에 각각 배치되는 제1가변 커패시터를 포함하며, 양성자 핵종(1H)의 주파수 튜닝 및 진동수 매칭을 수행하는 1H 채널 튜닝부; 상기 코일의 타단에 연결되는 제2커패시터, 상기 제2커패시터와 31P 단자 사이 및 상기 제2커패시터와 접지 사이에 각각 배치되는 제2가변 커패시터, 및 상기 제2커패시터와 접지 사이에 배치되는 제3커패시터를 포함하며, 인 핵종(31P)의 주파수 튜닝 및 진동수 매칭을 수행하는 31P 채널 튜닝부; 및 상기 제1커패시터와 상기 제1가변 커패시터의 연결점과 접지 사이에 연결되는 동축 케이블;을 포함할 수 있다.In one embodiment, the 1 H- 31 P double resonance circuit includes a first capacitor connected to one end of the coil, and a first capacitor disposed between the first capacitor and the 1 H terminal, and between the first capacitor and the ground. variable and a capacitor, 1 H channel tuning unit for performing frequency tuning and frequency matching of the proton nuclide (1 H); 3 is disposed between the second capacitor and the second capacitor and the 31 P terminal and between the second capacitor and a second variable capacitor that is disposed between the ground and the second capacitor and the ground connected to the other end of the coil 31 P channel tuning part comprising a capacitor, and perform frequency tuning and frequency matching of the nuclide (31 P); And a coaxial cable connected between a connection point of the first capacitor and the first variable capacitor and a ground.

일 실시예에서, 상기 1H 채널 튜닝부의 튜닝 범위는 398~402 ㎒이고, 상기 31P 채널 튜닝부의 튜닝 범위는 157~166 ㎒일 수 있다. In one embodiment, the channel tuning unit 1 H tuning range is 398 ~ 402 ㎒, the 31 P-channel tuning unit tuning range may be 157 ~ 166 ㎒.

일 실시예에서, 상기 동축 케이블은 공명 파장의 1/4의 길이일 수 있다. In one embodiment, the coaxial cable may have a length of 1/4 of the resonance wavelength.

일 실시예에서, 상기 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브는 상기 RF부의 하부에 설치되는 온도조절 모듈; 및 상기 시료판, 상기 RF부 및 상기 온도조절 모듈을 둘러싸는 원통 형태의 비자석 케이스;를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 온도조절 모듈은 상기 코일 모듈의 온도를 측정하는 써모 커플 온도 센서; 상기 측정된 온도에 따라 온도를 상승하기 위한 세라믹 히터; 및 상기 측정된 온도에 따라 온도를 하강하기 위한 듀어(dewar)를 포함할 수 있다.In an embodiment, the solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biological film may include a temperature control module installed under the RF unit; And a cylindrical non-magnetic case surrounding the sample plate, the RF unit, and the temperature control module. Here, the temperature control module is a thermocouple temperature sensor for measuring the temperature of the coil module; A ceramic heater for increasing a temperature according to the measured temperature; And a dewar for lowering the temperature according to the measured temperature.

일 실시예에서, 상기 코일에 공급되는 전류 펄스의 진동수는 400㎒일 수 있다. In one embodiment, the frequency of the current pulse supplied to the coil may be 400 MHz.

일 실시예에서, 상기 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브는 상기 코일 모듈을 둘러싸도록 탈부착 형태로 결합되는 코일 캡을 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 코일 캡은 폴리에틸렌(Polyethylene)으로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm may further include a coil cap that is detachably coupled to surround the coil module. Here, the coil cap may be made of polyethylene.

본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브는 1H-31P 이중 공명 회로를 구비함으로써, 1H 나 31P의 관측에 적합하므로 인을 포함하는 물질 및 생체막의 특성을 용이하게 분석할 수 있다. The solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm according to an embodiment of the present invention has a 1 H- 31 P double resonance circuit, so it is suitable for observation of 1 H or 31 P. The properties of materials and biofilms can be easily analyzed.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브는 스크롤 형상의 코일을 구비함으로써, 솔레노이드 코일에 비하여 훨씬 펄스 효율이 좋고 감도가 좋은 신호를 얻을 수 있으므로 관측의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. In addition, the solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm according to an embodiment of the present invention has a scroll-shaped coil, so that a signal with much better pulse efficiency and better sensitivity than a solenoid coil can be obtained. Therefore, the reliability of observation can be improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브의 사시도이고,
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브의 사진이고,
도 3은 도 1의 RF부의 회로도이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브를 이용하여 획득된 31P 화학적 이동 핵자기공명 스펙트럼을 나타낸 그래프이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브를 이용하여 획득된 온도에 따른 31P 핵자기공명 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.
1 is a perspective view of a solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm according to an embodiment of the present invention,
2A to 2F are photographs of a solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biological membrane according to an embodiment of the present invention,
3 is a circuit diagram of the RF unit of FIG. 1,
4 is a graph showing the 31 P chemical shift magnetic resonance spectrum obtained using a solid NMR probe for material analysis and biological membranes, including in accordance with one embodiment of the present invention,
Figure 5 is a graph showing the 31 P NMR spectra in accordance with the obtained temperature using a solid state NMR probe for material analysis and biological membranes, including in accordance with one embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art may easily implement the present invention. The present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and the same reference numerals are assigned to the same or similar components throughout the specification.

본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The embodiments of the present invention are provided to more fully describe the present invention to those of ordinary skill in the art, and the embodiments described below may be modified in various other forms, and The scope is not limited to the following examples. Rather, these examples are provided to make the present invention more faithful and complete, and to fully convey the spirit of the present invention to those skilled in the art.

도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.In the drawings, for example, depending on manufacturing techniques and/or tolerances, variations of the illustrated shape can be expected. Accordingly, the embodiments of the present invention should not be construed as being limited to the specific shape of the region shown in the present specification, but should include, for example, a change in shape caused by manufacturing.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브의 사시도이고, 도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브의 사진이며, 도 3은 도 1의 RF부의 회로도이다. 1 is a perspective view of a solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2F are a material containing phosphorus according to an embodiment of the present invention, and A photograph of a solid-state nuclear magnetic resonance probe for biofilm analysis, and FIG. 3 is a circuit diagram of the RF unit of FIG. 1.

도 1 및 도 2a 내지 도 2f를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브(100)는 코일 모듈(110), 시료판(120), RF부(130), 온도조절 모듈(140), 비자석 케이스(150), 포트(160) 및 코일 캡(170)을 포함한다. 1 and 2A to 2F, a solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm according to an embodiment of the present invention includes a coil module 110 and a sample plate 120. , RF unit 130, temperature control module 140, non-magnetic case 150, and includes a port 160 and a coil cap 170.

여기서, 도 2a는 고체상 핵자기공명 프로브(100)의 사진이다. 도 2b는 케이스 덮개(150a)를 제거한 상태의 고체상 핵자기공명 프로브(100)의 헤드 부분의 사진이다. 도 2c는 효율적인 온도실험을 위해 코일 캡(170)을 씌운 상태의 사진이다. 도 2d 내지 도 2f는 코일(112)의 제작과 고체상 핵자기공명 프로브(100)에 장착된 형태의 사진이다. Here, FIG. 2A is a photograph of the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100. 2B is a photograph of the head of the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 with the case cover 150a removed. 2C is a photograph of a state in which the coil cap 170 is covered for an efficient temperature experiment. 2D to 2F are photographs of the fabrication of the coil 112 and mounting on the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100.

인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브(100)는 인을 포함하는 생체막 및 다양한 물질 분석을 위한 400㎒ 내로우 보어(narrow-bore) 자석용 이중 공명 고체상 핵자기공명 프로브이다. The solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 for analyzing phosphorus-containing materials and biological membranes is a dual resonance solid-state nuclear magnetic resonance probe for 400MHz narrow-bore magnets for analyzing phosphorus-containing biological membranes and various materials. .

여기서, 인간의 감각기관에 관련된 모든 신호 전달 과정은 단백질과 세포간의 복잡한 상호작용의 결과로서 세포의 외벽에서 이 모든 과정들이 발생한다. 이때, 복잡한 상호 작용은 대부분 인지질(phospholipid)로 이루어진 세포의 외벽에서 발생하며, 외벽의 구조적 또는 형태학적 변형은 단백질과 세포간의 상호 작용이 잘 이루어졌는지를 확인할 수 있는 중요한 지표가 될 수 있다. Here, all signal transduction processes related to human sensory organs are the result of complex interactions between proteins and cells, and all these processes occur on the outer wall of cells. At this time, complex interactions mostly occur on the outer walls of cells made of phospholipids, and structural or morphological modifications of the outer walls can be an important indicator to confirm whether protein-cell interactions are well performed.

또한, 신호전달 물질 혹은 항상성 유지에 가장 중요한 역할을 하는 단백질들을 수용할 수 있는 수용체 역시 세포의 외벽에 존재하고 있으며, 신호전달 물질 혹은 단백질 수용체의 구조적 변형 역시 인지질의 구조적 변형과 밀접한 상관관계를 갖는다. In addition, receptors that can accept signaling substances or proteins that play the most important role in maintaining homeostasis are also present on the outer wall of cells, and structural modifications of signaling substances or protein receptors also have a close correlation with structural modifications of phospholipids. .

따라서 세포막을 이루는 다양한 인지질의 인을 관측하고 분석하는 것은 인간의 항상성 혹은 외부의 요인으로 인해 항상성이 무너졌을 때 질병의 발병이 발생하는 상관관계에 대한 병리학적 분석에 매우 중요한 부분을 차지한다. Therefore, observing and analyzing the phosphorus of various phospholipids constituting the cell membrane plays a very important part in the pathological analysis of the correlation in which the onset of disease occurs when the human homeostasis or homeostasis is broken due to external factors.

한편, 인은 생체막뿐만 아니라 플라스틱, 유리, 다양한 유, 무기 합성 물질, 합성 촉매, 의약품에 이르기까지 다양한 물질에도 많이 사용된다. 특히, 인간의 몸에 꼭 필요한 원소이기도 하기 때문에 생체 친화적인 물질 제작에 많이 사용된다. On the other hand, phosphorus is widely used not only in biological membranes, but also in various materials such as plastics, glass, various organic and inorganic synthetic materials, synthetic catalysts, and pharmaceuticals. In particular, since it is also an essential element for human body, it is widely used for making bio-friendly materials.

상술한 바와 같은 인을 포함하는 다양한 물질 및 생체막 분석을 위해 본 발명은 1H-31P 이중 공명 회로 및 스크롤(scroll) 형상의 코일을 이용한다. For the analysis of various materials and biofilms including phosphorus as described above, the present invention uses a 1 H- 31 P double resonance circuit and a scroll-shaped coil.

여기서, 본 발명에 따른 고체상 핵자기공명 프로브(100)는 모든 재질이 비자석 물질로 이루어질 수 있다. Here, in the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 according to the present invention, all materials may be made of a non-magnetic material.

코일 모듈(110)은 인을 포함하는 시료를 둘러싸도록 코일(112)이 권취되어 상기 시료에 전기장을 인가할 수 있다. 이때, 코일(112)은 스크롤(scroll) 형상으로 상기 시료를 둘러싸도록 구비될 수 있다. 도 2e 및 도 2f에 도시된 바와 같이, 코일(112)은 균일한 자기장 하에 배치되도록 시료판(120)의 중앙에 위치할 수 있다. 또한, 코일(112)은 측면에서 바라보았을 때 전체적으로 찌그러지지 않은 원형을 유지하도록 배치될 수 있다.The coil module 110 may apply an electric field to the sample by winding the coil 112 around the sample containing phosphorus. In this case, the coil 112 may be provided to surround the sample in a scroll shape. 2E and 2F, the coil 112 may be positioned at the center of the specimen plate 120 so as to be disposed under a uniform magnetic field. In addition, the coil 112 may be arranged to maintain a circular shape that is not crushed as a whole when viewed from the side.

도 2d에 도시된 바와 같이, 코일(112)은 일정한 폭을 갖는 구리판을 원통형으로 감아서 형성한 것이다. 이에 의해 코일(112)은 구리판에 테플론 테이프를 코팅시켜 구리판을 구부려서 말았을 때 구리판끼리 직접적으로 맞닿아 펄스가 인가되었을 때 발생하는 아킹 문제를 방지할 수 있다.As shown in FIG. 2D, the coil 112 is formed by winding a copper plate having a constant width in a cylindrical shape. Accordingly, when the copper plate is bent and rolled by coating the copper plate with Teflon tape, the coil 112 may directly contact each other, thereby preventing an arcing problem that occurs when a pulse is applied.

여기서, 고정 부재(114)는 코일(112)의 형태를 유지하도록 코일(112)을 시료판(120)에 고정할 수 있다. 도 2b 및 도 2e에 도시된 바와 같이, 고정 부재(114)는 코일(112)을 원통 형태로 유지하도록 코일(112)을 고정할 수 있다. 또한, 고정 부재(114)는 코일(112)의 중앙에서 코일(112)을 고정할 수 있다. 이에 의해, 코일(112)은 시료를 외부에서 원통 형상을 유지할 수 있으므로, 펄스가 인가되었을 때, 균일한 자장을 형성할 수 있다.Here, the fixing member 114 may fix the coil 112 to the specimen plate 120 to maintain the shape of the coil 112. 2B and 2E, the fixing member 114 may fix the coil 112 so as to maintain the coil 112 in a cylindrical shape. In addition, the fixing member 114 may fix the coil 112 at the center of the coil 112. Accordingly, since the coil 112 can maintain the cylindrical shape of the sample from the outside, when a pulse is applied, a uniform magnetic field can be formed.

이때, 고정 부재(114)는 무인(phosphorus-free) 재질로 이루어질 수 있다. 이에 의해, 고정 부재(114)는 인을 포함하는 시료에 대한 자기장의 영향을 배제할 수 있다. In this case, the fixing member 114 may be made of a phosphorus-free material. Accordingly, the fixing member 114 can exclude the influence of the magnetic field on the sample containing phosphorus.

이와 같이, 인을 포함하는 시료에 권취된 코일(112)에 전류 펄스를 인가하면 코일(112)의 권선 방향과 수직 방향으로 코일의 내부에 자기장이 발생하며, 이와 같이 발생된 자기장에 의해 자기장의 수직 방향으로 전기장이 유도된다. 여기서, 코일(112)에 공급되는 전류 펄스의 진동수는 400㎒일 수 있다. In this way, when a current pulse is applied to the coil 112 wound on the sample containing phosphorus, a magnetic field is generated inside the coil in a direction perpendicular to the winding direction of the coil 112. An electric field is induced in the vertical direction. Here, the frequency of the current pulse supplied to the coil 112 may be 400 MHz.

한편, 일반적으로 핵자기공명 실험은 코일에 펄스를 인가하여 수행되기 때문에 반복적인 실험의 경우, 코일의 온도가 상승하고 이로 인해 코일 내부의 시료 온도가 의도하지 않게 증가하는 문제가 발행할 수 있다. Meanwhile, since a nuclear magnetic resonance experiment is generally performed by applying a pulse to a coil, in the case of repeated experiments, the temperature of the coil increases, which may cause a problem that the temperature of the sample inside the coil increases unintentionally.

그러나 본 발명의 실시예에 따른 고체상 핵자기공명 프로브(100)는 코일(112) 안에 있는 시료의 내부에 상대적으로 작은 전기장이 생성된다. 이로 인해, 시료의 온도 상승 문제가 줄어들 수 있다. However, in the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 according to an embodiment of the present invention, a relatively small electric field is generated inside the sample in the coil 112. Due to this, the problem of increasing the temperature of the sample may be reduced.

또한, 유전 특성(dielectric property)이 상이한 다양한 종류의 시료를 측정함에 있어서, 튜닝 범위(tuning range)가 크게 변하지 않는 장점이 있다.In addition, when measuring various types of samples having different dielectric properties, there is an advantage that the tuning range does not change significantly.

또한, 2D 또는 3D 핵자기공명 실험을 수행할 경우, 디커플링(decoupling)에 더 높은 펄스를 인가할 수 있으므로 분해능이 좋은 결과값을 얻을 수 있다. In addition, when a 2D or 3D nuclear magnetic resonance experiment is performed, a higher pulse can be applied to decoupling, so that a result value with good resolution can be obtained.

또한, 시료의 온도 상승으로 인한 실험의 리사이클 지연(recycle delay; 펄스를 한번 인가하고 다음 펄스 때까지 코일과 회로가 안정화될 때까지의 대기 시간)을 최소화할 수 있다. 따라서 주어진 시간 내에 많은 축적 실험을 진행할 수 있다. In addition, it is possible to minimize the cycle delay (waiting time until the coil and circuit are stabilized until the next pulse after applying a pulse once) due to an increase in the temperature of the sample. Therefore, it is possible to carry out many accumulation experiments within a given time.

시료판(120)은 코일 모듈(110)이 설치될 수 있다. 도 2b 및 도 2e에 도시된 바와 같이, 시료판(120)은 비자석 케이스(150)에 구비될 수 있도록 원형으로 구비될 수 있다. 또한, 시료판(120)은 폴리에틸렌으로 이루어질 수 있다. The sample plate 120 may have a coil module 110 installed thereon. As shown in FIGS. 2B and 2E, the sample plate 120 may be provided in a circular shape to be provided in the non-magnetic case 150. In addition, the sample plate 120 may be made of polyethylene.

RF부(130)는 상기 시료에 포함된 인을 관측하기 위한 1H-31P 이중 공명 회로로 이루어질 수 있다. 즉, RF부(130)는 400㎒ 내로우 보어 자석에 1H-31P 이중 공명 회로로 구현될 수 있다. RF부(130)는 시료판(120)의 하부에 구비될 수 있다. The RF unit 130 may be formed of a 1 H- 31 P double resonance circuit for observing phosphorus contained in the sample. That is, the RF unit 130 may be implemented as a 1 H- 31 P double resonance circuit in a 400 MHz narrow bore magnet. The RF unit 130 may be provided under the sample plate 120.

도 3을 참조하면, 상기 1H-31P 이중 공명 회로는 1H 채널 튜닝부(132), 31P 채널 튜닝부(134) 및 동축 케이블(136)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 3, the 1 H- 31 P double resonance circuit may include a 1 H channel tuning unit 132, a 31 P channel tuning unit 134, and a coaxial cable 136.

1H 채널 튜닝부(132)는 양성자 핵종(1H)의 주파수 튜닝 및 진동수 매칭을 수행할 수 있다. 즉, 1H 채널 튜닝부(132)는 400㎒의 고 주파수 채널(1H 단자)에 대한 주파수 튜닝(tuning)과 진동수 매칭(matching)을 수행할 수 있다. 1 H channel tuning unit 132 may perform the frequency tuning and frequency matching of the proton nuclide (1 H). In other words, 1 H channel tuning unit 132 may perform the frequency tuning (tuning) the frequency matching (matching) for the high frequency channel (1 H terminal) of the 400㎒.

여기서, 1H 채널 튜닝부(132)는 제1커패시터(C5) 및 제1가변 커패시터(C1, C2)를 포함할 수 있다.Here, 1 H channel tuning unit 132 may comprise a first capacitor (C5) and a first variable capacitor (C1, C2).

제1커패시터(C5)는 코일(L1)의 일단에 연결될 수 있다. 제1가변 커패시터(C1)는 제1커패시터(C5) 1H 단자 사이에 배치될 수 있다. 제1가변 커패시터(C2) 제1커패시터(C5)와 접지 사이에 배치될 수 있다.The first capacitor C5 may be connected to one end of the coil L1. A first variable capacitor (C1) may be disposed between the first capacitor (C5) 1 H terminal. The first variable capacitor C2 may be disposed between the first capacitor C5 and the ground.

31P 채널 튜닝부(134)는 인 핵종(31P)의 주파수 튜닝 및 진동수 매칭을 수행할 수 있다. 즉, 31P 채널 튜닝부(134)는 161㎒의 저 주파수 채널(31P 단자)에 대한 주파수 튜닝과 진동수 매칭을 수행할 수 있다. The 31 P channel tuning unit 134 may perform frequency tuning and frequency matching of the phosphorus nuclide 31 P. That is, the 31 P channel tuning unit 134 may perform frequency tuning and frequency matching for a 161 MHz low frequency channel (31 P terminal).

여기서, 31P 채널 튜닝부(134)는 제2커패시터(C6), 제2가변 커패시터(C3, C4) 및 제3커패시터(C7)를 포함할 수 있다. 제2커패시터(C6)는 코일(112)의 타단에 연결될 수 있다. 제2가변 커패시터(C3)는 제2커패시터(C6)와 31P 단자 사이에 배치될 수 있다. 제2가변 커패시터(C4)는 제2커패시터(C6)와 접지 사이에 배치될 수 있다. 제3커패시터(C7)는 제2커패시터(C6)와 접지 사이에 배치될 수 있다. 즉, 제3커패시터(C7)는 제2가변 커패시터(C4)와 병렬로 연결될 수 있다.Here, 31 P-channel tuning unit 134 may include a second capacitor (C6), the first variable capacitor (C3, C4) and a third capacitor (C7). The second capacitor C6 may be connected to the other end of the coil 112. A second variable capacitor (C3) may be disposed between the second capacitor (C6) and 31 P terminal. The second variable capacitor C4 may be disposed between the second capacitor C6 and the ground. The third capacitor C7 may be disposed between the second capacitor C6 and the ground. That is, the third capacitor C7 may be connected in parallel with the second variable capacitor C4.

이때, 상기 커패시터들은 석영 유전체를 포함하는 것이다. 일례로, 제1가변 커패시터(C1, C2) 및 제2가변 커패시터(C3, C4)는 1~10 ㎊의 가변 커패시턴스(capacitance)를 갖고, 제1커패시터(C5), 제2커패시터(C6) 및 제3커패시터(C7)는 각각 10 ㎊, 5.6 ㎊ 및 3.9 ㎊의 커패시턴스를 가질 수 있다. In this case, the capacitors include a quartz dielectric. For example, the first variable capacitors C1 and C2 and the second variable capacitors C3 and C4 have a variable capacitance of 1 to 10 ㎊, and the first capacitor C5, the second capacitor C6, and The third capacitor C7 may have capacitances of 10 ㎊, 5.6 ㎊, and 3.9 ㎊, respectively.

동축 케이블(136)은 제1커패시터(C5)와 제1가변 커패시터(C1, C2)의 연결점과 접지 사이에 연결될 수 있다. 또한, 동축 케이블(136)은 공명 파장(wavelength) λ의 1/4의 길이를 가질 수 있다. 이때, 동축 케이블(136)의 길이(Length of λ/4 cable)는 다음과 같이 계산된다.The coaxial cable 136 may be connected between the connection point of the first capacitor C5 and the first variable capacitors C1 and C2 and the ground. In addition, the coaxial cable 136 may have a length of 1/4 of the resonance wavelength λ. At this time, the length of the coaxial cable 136 (Length of λ/4 cable) is calculated as follows.

Figure 112019126455715-pat00001
Figure 112019126455715-pat00001

여기서, C는 광속(velocity of light), ε은 동축 케이블의 유전 상수(dielectric constant), υ는 1H 핵종의 공명 진동수이다. Here, C is the velocity of light, ε is the dielectric constant of the coaxial cable, and υ is the resonance frequency of the 1 H nuclide.

한편, RF부(130)를 형성하는 모든 RF 부품들은 접지에 연결되어 있는 회로에 납땜된다. 특히, RF 부품과 케이스 덮개(150a) 사이의 확실한 접지를 위해서, 황동 핑거(Brass Fingers)를 사용할 수도 있다. 또한, 상기 1H-31P 이중 공명 회로의 임피던스(impedance)는 50 Ω인 것이 바람직하다. Meanwhile, all RF components forming the RF unit 130 are soldered to a circuit connected to the ground. In particular, for reliable grounding between the RF component and the case cover 150a, brass fingers may be used. In addition, it is preferable that the impedance of the 1 H- 31 P double resonance circuit is 50 Ω.

1H-31P 이중 공명 회로의 전기적인 측정은 네트워크 분석기(예를 들어, Hewlett Packard 85046A)를 통해 이루어질 수 있다. 최종적인 튜닝범위는 고 주파수 채널, 즉, 1H 채널 튜닝부(132)의 튜닝 범위는 398~402 ㎒, 저 주파수 채널, 즉, 31P 채널 튜닝부(134)의 튜닝 범위는 157~166 ㎒의 넓은 범위를 가질 수 있다. Electrical measurements of the 1 H- 31 P double resonance circuit can be made through a network analyzer (eg, Hewlett Packard 85046A). The final tuning range is a high frequency channel, that is, the tuning range of the 1 H channel tuning unit 132 is 398 to 402 MHz, and the low frequency channel, that is, the tuning range of the 31 P channel tuning unit 134 is 157 to 166 MHz. Can have a wide range of.

이에 의해, 본 발명의 실시예에 따른 고체상 핵자기공명 프로브(100)는 인이 포함된 다양한 종류의 시료를 실험할 수 있다. Accordingly, the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 according to an embodiment of the present invention can test various types of samples containing phosphorus.

다시 도 1을 참조하면, 온도조절 모듈(140)은 다양한 온도 변화 실험을 위해 고체상 핵자기공명 프로브(100)의 온도를 조정할 수 있다. 또한, 온도조절 모듈(140)은 RF부(130)의 하부에 설치될 수 있다.Referring back to FIG. 1, the temperature control module 140 may adjust the temperature of the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 for various temperature change experiments. In addition, the temperature control module 140 may be installed under the RF unit 130.

이때, 온도조절 모듈(140)은 세라믹 히터(ceramic heater), 써모 커플 온도 센서(thermocouple temperature sensor)및 듀어(dewar)를 포함할 수 있다. 상기 써모 커플 온도 센서는 코일 모듈(110)의 온도를 측정할 수 있다. 상기 세라믹 히터는 상기 써모 커플 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 온도를 상승할 수 있다. 상기 듀어는 상기 써모 커플 온도 센서에 의해 측정된 온도에 따라 온도를 하강할 수 있다.In this case, the temperature control module 140 may include a ceramic heater, a thermocouple temperature sensor, and a dewar. The thermocouple temperature sensor may measure the temperature of the coil module 110. The ceramic heater may increase the temperature according to the temperature measured by the thermocouple temperature sensor. The Dewar may lower the temperature according to the temperature measured by the thermocouple temperature sensor.

또한, 고체상 핵자기공명 프로브(100)가 자석에 들어가고 난 후에 상기 1H-31P 이중 공명 회로에 의한 공명 측정은 핵자기공명 분석기에 내장된 소프트웨어(예를 들어, 브루커 사의 분광 소프트웨어(Top spin spectrometer software))를 통해 수행될 수 있다. In addition, after the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 enters the magnet, resonance measurement by the 1 H- 31 P double resonance circuit is performed by software built into the nuclear magnetic resonance analyzer (for example, Bruker's spectroscopy software (Top spin spectrometer software)).

비자석 케이스(150)는 시료판(120), RF부(130) 및 온도조절 모듈(140)을 둘러쌀 수 있다. 비자석 케이스(150)는 전체적으로 원통 형태를 가질 수 있다. 또한, 비자석 케이스(150)는 케이스 덮개(150a) 및 케이스 본체(150b)를 포함할 수 있다.The non-magnetic case 150 may surround the sample plate 120, the RF unit 130, and the temperature control module 140. The non-magnetic case 150 may have a cylindrical shape as a whole. In addition, the non-magnetic case 150 may include a case cover 150a and a case body 150b.

일례로, 비자석 케이스(150)는 내경 39.1㎜ 및 외경 39.5 ㎜를 가진 원통 형태를 가질 수 있다. 또한, 비자석 케이스(150)는 알루미늄(aluminum) 6061 파이프로 제작될 수 있다. For example, the non-magnetic case 150 may have a cylindrical shape having an inner diameter of 39.1 mm and an outer diameter of 39.5 mm. In addition, the non-magnetic case 150 may be made of aluminum 6061 pipe.

포트(160)는 RF부(130)의 1H-31P 이중 공명 회로의 단자에 연결되는 신호 측정용 단자일 수 있다. 즉 포트(160)는 1H 단자 및 31P 단자에 각각 연결될 수 있다.The port 160 may be a signal measurement terminal connected to a terminal of the 1 H- 31 P double resonance circuit of the RF unit 130. I.e., port 160 may be connected to each terminal 1 H and 31 P terminal.

도 2a를 참고하면, 포트(160)는 비자석 케이스(150)의 하부에서 전면으로 노출되게 배치될 수 있다. 여기서, 고체상 핵자기공명 프로브(100)가 자기장을 발생시키는 외부 유닛에 삽입되었을 때, 코일 모듈(110)이 자기장의 중심에 위치하도록 고정하기 위한 고정판(152)이 구비될 수 있다.Referring to FIG. 2A, the port 160 may be disposed to be exposed from the lower portion of the non-magnetic case 150 to the front side. Here, when the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 is inserted into an external unit generating a magnetic field, a fixing plate 152 for fixing the coil module 110 to be located at the center of the magnetic field may be provided.

고정판(152)은 비자석 케이스(150)에 삽입되도록 중앙에 홀이 구비될 수 있다. 또한, 고정판(152)은 그 가장자리를 따라 결합용 홀들이 구비될 수 있다. 즉, 고정판(152)은 가장자리의 결합용 홀들을 통하여 자기장을 발생시키는 외부 유닛에 결합될 수 있다.The fixing plate 152 may have a hole in the center so as to be inserted into the non-magnetic case 150. In addition, the fixing plate 152 may be provided with coupling holes along its edge. That is, the fixing plate 152 may be coupled to an external unit that generates a magnetic field through coupling holes at the edges.

코일 캡(170)은 코일 모듈(110)을 둘러싸도록 코일 모듈(110)의 상부에 결합될 수 있다. 도 2c에 도시된 바와 같이, 코일 캡(170)은 탈부착 형태로 시료판(120)에 결합될 수 있다. 또한, 코일 캡(170)은 폴리에틸렌(Polyethylene)으로 이루어질 수 있다. The coil cap 170 may be coupled to an upper portion of the coil module 110 so as to surround the coil module 110. As shown in FIG. 2C, the coil cap 170 may be attached to the specimen plate 120 in a detachable form. In addition, the coil cap 170 may be made of polyethylene.

이러한 구성에 의해, 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브(100)는 1H 나 31P의 관측에 적합하므로 인을 포함하는 물질 및 생체막의 특성을 용이하게 분석할 수 있으며, 솔레노이드 코일에 비하여 훨씬 펄스 효율이 좋고 감도가 좋은 신호를 얻을 수 있으므로 관측의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. With this configuration, the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 for analyzing a material containing phosphorus and a biological membrane according to an embodiment of the present invention is suitable for observation of 1 H or 31 P. The characteristics can be easily analyzed, and since the pulse efficiency is much better than that of a solenoid coil and a signal with good sensitivity can be obtained, the reliability of observation can be improved.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브(100)를 이용하여 수행한 고체상 핵자기공명 분광 실험의 일례를 설명한다. 여기서, 5㎜ 스크롤 형태의 코일(112)을 장착한 1H-31P 이중 공명 채널을 가진 400㎒ Home-built 고체상 핵자기공명 프로브를 제작하고 온도에 따른 생체막 시료 분석 실험을 수행하였다. Hereinafter, an example of a solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy experiment performed using the solid-state nuclear magnetic resonance probe 100 for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm according to an embodiment of the present invention will be described. Here, a 400 MHz home-built solid-state nuclear magnetic resonance probe having a 1 H- 31 P double resonance channel equipped with a 5 mm scroll-shaped coil 112 was fabricated, and a biological membrane sample analysis experiment was performed according to temperature.

1. 분석 대상 시료 준비1. Preparation of the sample to be analyzed

31P가 포함된 생체막 시료의 신호를 관측하기 위해 먼저 기준시료인 85% H3PO4와 유사생체막 시료인 bicelle 시료를 이용하였다. 두 시료 모두 각각의 5 ㎜ OD 라운드 바텀 튜브(round bottom tube)에 넣은 후 고무마개를 이용해 튜브를 닫은 뒤 파라필름(parafilm)과 테플론 테이프(Teflon tape)를 이용하여 밀봉하였다. 이후 튜브는 고체상 핵자기공명 프로브의 스크롤 코일(112)에 넣어 실험을 준비하였다. In order to observe the signal of the biomembrane sample containing 31P, a reference sample of 85% H 3 PO 4 and a similar biomembrane sample of bicelle were used. Both samples were put into each 5 mm OD round bottom tube, and the tube was closed with a rubber stopper, and then sealed with parafilm and Teflon tape. Thereafter, the tube was put into the scroll coil 112 of the solid-state nuclear magnetic resonance probe to prepare an experiment.

2. 고체상 핵자기공명 실험 과정2. Solid phase nuclear magnetic resonance test process

고체상 핵자기공명 실험은 400 ㎒ (9.4 [Tesla]) 내로우-보어 자석, Bruker Avance III HD Spectrometer, 및 본 발명의 고체상 핵자기공명 프로브(100)(home-built 프로브)를 사용해서 수행하였다. 워블(Wobble) 신호로 자석 안에 위치한 프로브 회로의 튜닝과 매칭을 최적화시켰고 1H 과 31P 신호를 얻는 실험은 디커플링이 없는 원 펄스(one pulse) 실험과 1H 디커플링이 있는 HPDEC(High-Power DECoupling) 펄스 실험으로 진행하였다.Solid phase nuclear magnetic resonance experiments were performed using a 400 MHz (9.4 [Tesla]) narrow-bore magnet, a Bruker Avance III HD Spectrometer, and a solid phase nuclear magnetic resonance probe 100 (home-built probe) of the present invention. The wobble signal optimizes the tuning and matching of the probe circuit located inside the magnet, and the experiment to obtain 1 H and 31 P signals is a one pulse experiment without decoupling and HPDEC (High-Power DECoupling ) with 1 H decoupling. ) Proceed as a pulse experiment.

3. 고체상 핵자기공명 실험 결과3. Solid phase nuclear magnetic resonance test results

1H-31P 채널을 가진 400 ㎒ home-built 프로브를 이용해 얻은 실험 결과는 도 4 및 도 5에 도시된다. Experimental results obtained using a 400 MHz home-built probe with 1 H- 31 P channel are shown in FIGS. 4 and 5.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브를 이용하여 획득된 31P 화학적 이동 핵자기공명 스펙트럼을 나타낸 그래프이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브를 이용하여 획득된 온도에 따른 31P 핵자기공명 스펙트럼을 나타낸 그래프이다. FIG. 4 is a graph showing a 31 P chemical shift nuclear magnetic resonance spectrum obtained using a solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a diagram of the present invention. one embodiment the solid phase is a graph showing the 31 P NMR spectra in accordance with the obtained temperature using the NMR probe for material analysis and biological membranes, including in accordance with the.

도 4를 참조하면, 백 그라운드(back ground) 신호가 없이 단 하나의 31P 화학적 이동(31P chemical shift) 핵자기공명 스펙트럼을 나타낸다. 85% H3PO4에서 발생하는 31P의 신호는 1H 신호로부터 간섭을 받아 갈라져 나올 수 있지만 펄스 인가의 효율이 좋아 디커플링이 잘 되어 0 ppm에서 단 하나의 신호가 발생한 형태이다. 4, only one 31 P chemical shifts without the background (back ground) signal (31 P chemical shift) represents the nuclear magnetic resonance spectrum. Signal of 31 P occurring in 85% H 3 PO 4 may be divided out from the received interference signal 1 H, but the form is only one signal is better the efficiency of the pulse application is well decoupled from 0 ppm occurred.

도 5를 참조하면, 유사생체막(bicelle)을 이루고 있는 인지질의 31P 신호를 온도 변화에 따라 관측한 스펙트럼을 나타낸다. 여기서, (a)는 25℃, (b)는 30℃, (c)는 35℃, (d)는 40℃, (e)는 45℃에서 측정한 결과이다. 5, shows a spectrum observed in accordance with the 31 P signal of the phospholipids that form the similar biological membranes (bicelle) to the temperature change. Here, (a) is 25°C, (b) is 30°C, (c) is 35°C, (d) is 40°C, and (e) is 45°C.

유사 생체막은 14-O-PC/DMPG/6-O-PC 세 종류의 인지질로 이루어진다. 유사생체막은 40℃~45℃에서 가장 형태를 잘 갖추고 자석 내에서 가장 좋은 자화율을 갖는다고 알려져 있다.The similar biomembrane consists of three types of phospholipids: 14-O-PC/DMPG/6-O-PC. It is known that the pseudobiomembrane has the best shape at 40℃~45℃ and has the best susceptibility within a magnet.

이와 같이, 40℃~45℃에서 31P 스펙트럼이 3갈래로 나뉘어 관측되는 것을 볼 수 있다. 이것은 앞서 언급한 3종류의 인지질에서 각각 관측된 것이며, home-built probe의 온도 조절 시스템, 스크롤 코일에 인가되는 펄스의 효율, 자장의 균일함이 매우 뛰어난 것을 확인할 수 있다. In this way, it can be seen that the 31 P spectrum is divided into three segments and observed at 40°C to 45°C. This was observed in each of the three types of phospholipids mentioned above, and it can be seen that the temperature control system of the home-built probe, the efficiency of the pulse applied to the scroll coil, and the uniformity of the magnetic field are very excellent.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.Although an embodiment of the present invention has been described above, the spirit of the present invention is not limited to the embodiments presented in the present specification, and those skilled in the art who understand the spirit of the present invention can add components within the scope of the same idea. It will be possible to easily propose other embodiments by changing, deleting, adding, etc., but it will be said that this is also within the spirit scope of the present invention.

100 : 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브
110 : 코일 모듈 112 : 코일
114 : 고정 부재 120 : 시료판
130 : RF부 132 : 1H 채널 튜닝부
134 : 31P 채널 튜닝부 136 : 동축 케이블
140 : 온도조절 모듈 150 : 비자석 케이스
150a : 케이스 덮개 150b : 케이스 본체
160 : 포트 170 : 코일 캡
100: solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing phosphorus-containing substances and biological membranes
110: coil module 112: coil
114: fixing member 120: sample plate
130: RF unit 132: 1 H channel tuning unit
134: 31 P channel tuning unit 136: Coaxial cable
140: temperature control module 150: non-magnetic case
150a: case cover 150b: case body
160: port 170: coil cap

Claims (9)

인을 포함하는 시료를 둘러싸도록 코일이 권취되어 상기 시료에 전기장을 인가하는 코일 모듈;
무인(phosphorus-free) 재질로 이루어지며, 상기 코일의 형태를 찌그러지지 않은 원형을 유지하도록 상기 코일을 시료판에 고정하기 위한 고정 부재;
상기 코일 모듈이 설치되는 시료판; 및
상기 시료에 포함된 인을 관측하기 위한 1H-31P 이중 공명 회로로 이루어지는 RF부;
를 포함하고,
상기 코일은 스크롤(scroll) 형상으로 상기 시료를 둘러싸도록 구비되며,
상기 1H-31P 이중 공명 회로는,
상기 코일의 일단에 연결되는 제1커패시터, 및 상기 제1커패시터와 1H 단자 사이 및 상기 제1커패시터와 접지 사이에 각각 배치되는 제1가변 커패시터를 포함하며, 양성자 핵종(1H)의 주파수 튜닝 및 진동수 매칭을 수행하는 1H 채널 튜닝부; 및
상기 코일의 타단에 연결되는 제2커패시터, 상기 제2커패시터와 31P 단자 사이 및 상기 제2커패시터와 접지 사이에 각각 배치되는 제2가변 커패시터, 및 상기 제2커패시터와 접지 사이에 배치되는 제3커패시터를 포함하며, 인 핵종(31P)의 주파수 튜닝 및 진동수 매칭을 수행하는 31P 채널 튜닝부; 및
상기 제1커패시터와 상기 제1가변 커패시터의 연결점과 접지 사이에 연결되는 동축 케이블;을 포함하고,
상기 1H 채널 튜닝부의 튜닝 범위는 398~402 ㎒이며,
상기 31P 채널 튜닝부의 튜닝 범위는 157~166 ㎒이고,
상기 코일은 일정한 폭을 갖는 구리판을 원통형으로 감아서 형성한 것인 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브.
A coil module having a coil wound around a sample containing phosphorus to apply an electric field to the sample;
A fixing member made of a phosphorus-free material and configured to fix the coil to the specimen plate so as to maintain the shape of the coil in a circular shape that is not crushed;
A sample plate on which the coil module is installed; And
An RF unit comprising a 1 H- 31 P double resonance circuit for observing phosphorus contained in the sample;
Including,
The coil is provided to surround the sample in a scroll shape,
The 1 H- 31 P double resonance circuit,
A first capacitor connected to one end of the coil, and a first variable capacitor disposed between the first capacitor and the 1 H terminal and between the first capacitor and the ground, respectively, and frequency tuning of the proton nuclide (1 H) 1 H and channel tuning unit for performing the frequency matching; And
3 is disposed between the second capacitor and the second capacitor and the 31 P terminal and between the second capacitor and a second variable capacitor that is disposed between the ground and the second capacitor and the ground connected to the other end of the coil 31 P channel tuning part comprising a capacitor, and perform frequency tuning and frequency matching of the nuclide (31 P); And
Including; a coaxial cable connected between the connection point and the ground of the first capacitor and the first variable capacitor,
The 1 H channel tuning unit tuning range is 398 ~ 402 ㎒,
The tuning range of the 31 P channel tuning unit is 157 to 166 MHz,
The coil is a solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biological film, which is formed by winding a copper plate having a constant width in a cylindrical shape.
제1항에 있어서,
상기 코일은 상기 시료판의 중앙에 배치되며 측면이 원형인 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브.
The method of claim 1,
The coil is disposed in the center of the sample plate and a solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material and a biological film containing phosphorus having a circular side.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 동축 케이블은 공명 파장의 1/4의 길이인 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브.
The method of claim 1,
The coaxial cable is a solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus having a length of 1/4 of a resonance wavelength and a biological membrane.
제1항에 있어서,
상기 RF부의 하부에 설치되는 온도조절 모듈; 및
상기 시료판, 상기 RF부 및 상기 온도조절 모듈을 둘러싸는 원통 형태의 비자석 케이스;를 더 포함하며,
상기 온도조절 모듈은,
상기 코일 모듈의 온도를 측정하는 써모 커플 온도 센서;
상기 측정된 온도에 따라 온도를 상승하기 위한 세라믹 히터; 및
상기 측정된 온도에 따라 온도를 하강하기 위한 듀어(dewar)를 포함하는 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브.
The method of claim 1,
A temperature control module installed under the RF unit; And
The sample plate, the RF unit, and a cylindrical non-magnetic case surrounding the temperature control module; further includes,
The temperature control module,
A thermocouple temperature sensor measuring the temperature of the coil module;
A ceramic heater for increasing a temperature according to the measured temperature; And
A solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biological membrane including a dewar for lowering the temperature according to the measured temperature.
제1항에 있어서,
상기 코일에 공급되는 전류 펄스의 진동수는 400㎒인 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브.
The method of claim 1,
A solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biological membrane having a frequency of 400 MHz of a current pulse supplied to the coil.
제1항에 있어서,
상기 코일 모듈을 둘러싸도록 탈부착 형태로 결합되는 코일 캡을 더 포함하고,
상기 코일 캡은 폴리에틸렌(Polyethylene)으로 이루어지는 인을 포함하는 물질 및 생체막 분석을 위한 고체상 핵자기공명 프로브.
The method of claim 1,
Further comprising a coil cap coupled in a detachable form to surround the coil module,
The coil cap is a solid-state nuclear magnetic resonance probe for analyzing a material containing phosphorus and a biofilm made of polyethylene.
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