Hoppa till innehåll
EN In english

NMR-Lev: NMR-spektroskopi för leviterande material

Diarienummer
ITM17-0436
Projektledare
Bordes, Romain
Start- och slutdatum
190101-211231
Beviljat belopp
7 991 200 kr
Förvaltande organisation
Chalmers University of Technology
Forskningsområde
Materialvetenskap och materialteknologier

Summary

The technique development described in this research proposal will give analytical resolution of self-standing droplet properties in terms of time, space, chemical sensitivity, and mass transport. It will thus allow, for the first time, studying the drying processes of single component system while monitoring water mass transport, the in situ gelling of droplets, or the mechanism of protein crystallization in an individual confinement. Acoustic levitation gives the option to study non-magnetic as well as non-conducting materials, a condition that is essential in analysis based on high magnetic field strength. The major objective in this project is the precise introduction of a single levitating droplet surrounded by a controlled atmosphere in an NMR magnet, to carry out advanced spectroscopy for chemical analyses, three-dimensional microscopy, and diffusion studies. To reach this objective, the project will focus on adapting a miniaturized acoustic levitation device inside a high-field magnet and on developing compatible NMR methodologies. This technique development of acoustic levitation implemented in NMR will directly benefit a variety of industrially relevant research in materials science, industrial processing, life science, and medical technology.

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.