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Single chip dynamic nuclear polarization microsystem

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标签: NMR

NMR

核磁共振

核磁共振

成像

成像

The  integration  on  a  single  chip  of  the  sensitivity-relevant  electronics  of  nuclear  magnetic  resonance  (NMR)  and  electronspin  resonance  (ESR)  spectrometers  is  a  promising  approach  to  improve  the  limit  of  detection,  especially  for  samplesin  the  nanoliter  and  subnanoliter  range.  Here  we  demonstrate  the  co-integration  on  a  single  silicon  chip  of  the  frontend  electronics  of  an  NMR  and  an  ESR  detector.  The  excitation/detection  planar  spiral  microcoils  of  the  NMR  andESR  detectors  are  concentric  and  interrogate  the  same  sample  volume.  This  combination  of  sensors  allows  to  performdynamic  nuclear  polarization  (DNP)  experiments  using  a  single-chip  integrated  microsystem  having  an  area  of  about2  mm2.  In  particular,  we  report  1H  DNP-enhanced  NMR  experiments  on  liquid  samples  having  a  volume  of  about  1nL  performed  at  10.7  GHz(ESR)/16  MHz(NMR).  NMR  enhancements  as  large  as  50  are  achieved  on  TEMPOL/H2Osolutions  at  room  temperature.  The  use  of  state-of-the-art  submicrometer  integrated  circuit  technologies  should  allowthe  future  extension  of  the  single-chip  DNP  microsystem  approach  proposed  here  up  the  THz(ESR)/GHz(NMR)region,  corresponding  the  strongest  static  magnetic  fields  currently  available.  Particularly  interesting  is  the  possibilityto  create  arrays  of  such  sensors  for  parallel  DNP-enhanced  NMR  spectroscopy  of  nanoliter  and  subnanoliter  samples.

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