PHIP (Parahydrogen Induced Polarization) ist eine Möglichkeit, eine Hyperpolarisation bestimmter Spins innerhalb eines Moleküls über einen chemischen Weg zu erreichen. Dabei wird die Parawasserstoff-Spinordnung (antiparallele Spinorientierung) ausgenutzt, die entweder über eine Hydrierungsreaktion (hPHIP) oder durch temporäre Assoziation von Parawasserstoff und einem Substrat an einem Übergangsmetall-basierten Katalysator (SABRE: Signal Amplification by Reversible Exchange) auf verschiedene Moleküle übertragen werden kann. Der hydrierende PHIP (hPHIP)-Ansatz nutzt die Spinorientierung des Parawasserstoffs sehr effizient aus, da die beiden Protonen Teil des Zielmoleküls werden, und führt so zu sehr hohen Verstärkungsfaktoren. Allerdings wird für diesen Ansatz ein ungesättigter Vorläufer des Zielmoleküls benötigt. Der SABRE-Ansatz erlaubt einen indirekteren Weg, die Spinordnung des Parawasserstoffs in ein Molekül zu übertragen. Die Spin-Ordnung wird in diesem Fall über das J-Kopplungsnetzwerk übertragen und ermöglicht die Hyperpolarisierung einer anderen Gruppe von Molekülen, ohne dass ungesättigte Vorstufen verwendet werden müssen. Beide Methoden ermöglichen die Hyperpolarisation einer Vielzahl von Kernen wie 1H, 13C, 15N, 19F und 31P. Das Manko der begrenzten Lebensdauer der erzielten Hyperpolarisation kann durch die Speicherung der Hyperpolarisation in langsam relaxierenden Zuständen (d.h. Singulett-Zuständen) gemildert werden. Dieser Ansatz ist in PHIP einfach zu implementieren, da Parawasserstoff bereits Singulett-Symmetrie besitzt.

In Experimenten werden von unserer Gruppe mehrere Schwierigkeiten angegangen:

• Akquisition von hochaufgelösten PHIP-Spektren in inhomogenen Magnetfeldern. Typischerweise erhält man bei PHIP gegenphasige Signale mit einem Abstand der Resonanzlinien von einigen Hz. Die Detektion dieser Signale mittels eines CPMG-Pulszugs erlaubt es, partielle Peakauslöschungen zu vermeiden.
  
  
• Speicherung des hyperpolarisierten Signals als Singulett-Zustand mit anschließender Umwandlung in beobachtbare Magnetisierung innerhalb des Beobachtungsfeldes. Die erforderliche Änderung des effektiven Magnetfeldes kann durch eine spezielle Pulsfolge erreicht werden; die Probe kann daher im NMR-Magneten belassen werden. Bei diesem Ansatz kann die Protonenbildgebung noch 3 Minuten nach der Hyperpolarisation durchgeführt werden, was die lange Lebensdauer des Singulett-Zustands in bestimmten Molekülen zeigt.

Diese Erkenntnisse könnten sogar die medizinische MRT von protonen-hyperpolarisierten Molekülen ermöglichen, und wir setzen unsere Forschung fort, um unser Wissen über Singulett-Zustände und Bildgebungsansätze zu erweitern, um dieses Ziel zu erreichen.