NMR-Lev: NMR-spektroskopi för leviterande material
- Diarienummer
- ITM17-0436
- Start- och slutdatum
- 190101-230228
- Beviljat belopp
- 7 991 200 kr
- Förvaltande organisation
- Chalmers University of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Den teknikutveckling som beskrivs i den här forskningsansökan kommer att möjliggöra högpresterande analys av egenskaper i självstående vätskedroppar med avseende på tid, rum, kemisk känslighet och mobilitet. Därmed kommer det att för första gången att bli möjligt att studera avdunstning med parallell analys av bulk- och ytvattnets spatiala mobilitet, in situ gelning av droppar samt mekanismer för kristallisering av proteiner i en individuell reservoar. Genom att använda en så kallad ultraljudslevitator ges möjlighet att studera icke-magnetiska såväl som icke-ledande material, ett villkor som är avhängigt vid analys baserad på hög magnetisk fältstyrka. Det huvudsakliga målet med det här projektet är en kontrollerad placering av en självstående leviterad vätskedroppe omgiven av en reglerad atmosfär inuti en NMR-magnet för avancerad spektroskopi för kemiska analyser, tredimensionella mikroskopi och diffusionsstudier. För att nå detta mål kommer projektets fokus handla om att konstruera en miniatyriserad akustisk ultraljudslevitator inuti en högfältmagnet samt att utveckla kompatibel NMR-metodik. Den föreslagna teknikutvecklingen av ultraljudslevitering implementerad i NMR kommer att gynna en uppsjö industriellt relevant forskning inom materialvetenskap, industriell bearbetning, livsvetenskaper och medicinsk teknik.
Populärvetenskaplig beskrivning
En teknisk apparatur som kallas ultraljudslevitator, och som rönt ökat intresse de senaste åren, kan få en enskild vätskedroppe att stå helt stilla i luften. Effekten baseras på att droppen fångas in av stående ultraljudsvågor. Att vetenskapligt kunna studera ett material som utgörs av en självstående vätskedroppe eller partikel vore väldigt användbart för en rad olika discipliner inom materialvetenskap, industriell bearbetning, livsvetenskaper och medicinsk teknik. Detta tack vare att hela den så kallade gränsytan mot omgivningen är och förblir singulär under hela studien. NMR-spektroskopi är en analytisk teknik som vetenskapligt spelar en central roll för att kunna erhålla detaljerad information på atomär nivå av kemiska, spatiala, strukturella och dynamiska egenskaper. Genom teknikens mångsidighet har NMR blivit en verklig arbetshäst inom naturvetenskap, medicin och teknik. Detta återspeglas också av det stora antalet användningsområden inom grundläggande kemi och fysik, med fördelaktiga tillämpningar inom livs-, miljö- och materialvetenskap. Den här forskningsansökan behandlar teknikutveckling för att kunna implementera ultraljudslevitering inom ramen för NMR-spektroskopi. En sådan teknisk landvinning skulle möjliggöra högpresterande kemisk och fysikalisk analys av egenskaper i självstående vätskedroppar med avseende på tid, rum, kemisk känslighet och mobilitet. Ett exempel är att det för första gången kan bli möjligt att studera avdunstning med parallell analys av bulk- och ytvattnets spatiala och molekylära mobilitet. Ultraljudslevitatorn i sig ger möjlighet att studera icke-magnetiska såväl som icke-ledande material, vilket andra leviteringstekniker inte kan åstadkomma. Den första delen av det huvudsakliga målet med det här forskningsprojektet är att, på ett kontrollerat tillvägagångssätt, placera en självstående leviterad vätskedroppe omgiven av en reglerad atmosfär (temperatur, luftfuktighet) inuti en NMR-magnet. Den andra delen av målet behandlar avancerad NMR-spektroskopi för kemiska analyser, tredimensionella mikroskopi och diffusionsstudier av den självstående vätskedroppen. För att nå projektetmålen kommer projektets fokus handla om att konstruera en miniatyriserad akustisk ultraljudslevitator inuti en högfältmagnet samt att utveckla kompatibel NMR-metodik.