(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分極固体物質を溶解させるためのデバイスであって、
前記デバイスは固体物質を分極させるための手段（Ｐ、３）及び磁場形成手段（５、２０）を有してなり、前記デバイスは固体物質を溶解させるための手段（１４、１５）を更に有してなり、前記磁場形成手段（５、２０）は、前記分極させるための手段及び溶解させるための手段のそれぞれによって取り扱われながら、前記物質を強い磁界に曝すように適合されていることを特徴とするデバイス。
【請求項２】
前記固体物質を分極させるための手段（Ｐ、３）を冷却するように適合されている冷却システム（２）を更に有してなることを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記冷却システム（２）はクライオスタット（２）を有してなることを特徴とする請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記固体物質を分極させるための手段は、前記デバイスの内側に配置された分極された固体物質を溶解させるための手段（１１、１５、Ｖ；３３）を有してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項５】
前記デバイスの外側に配される溶解した分極物質用のユニットへ、前記デバイスの内側から溶液状態の分極物質を移すのに適合されている、分極物質を取り出し及び移送するための手段（１１、１４、１５、２３、Ｖ；３３）を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のデバイス。
【請求項６】
前記分極物質を取り出し及び移送するための手段（１１、１６、２３、Ｖ；ＨＰ）は、前記デバイスの内側に位置させ得る試料保持容器（９）へ溶媒を移送するのに適合されており、並びに、更に前記試料保持容器（９）から溶解した分極物質（１５）用のユニットへ分極物質及び溶媒を移すのに適合されていることを特徴とする請求項５記載のデバイス。
【請求項７】
分極した固体物質を溶解させる間の分極損失は９９％以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のデバイス。
【請求項８】
分極した固体物質を溶解させる間の分極損失は９０％以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のデバイス。
【請求項９】
分極した固体物質を溶解させる間の分極損失は１０％以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１０】
溶解した分極物質用のユニット（１５）は、かき混ぜ、撹拌又は混合の手段（１７、１９）を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１１】
動的核分極システムを有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のデバイス。
【請求項１２】
クライオスタット（２）を有する核磁気共鳴分析用のデバイスであって、該クライオスタット（２）は、固体物質を分極させるための手段（３）；該クライオスタットの内部にて固体物質を溶解させるための手段；及び核磁気共鳴分析コイル（３１−３１''）を有することを特徴とする核磁気共鳴分析用のデバイス。
【請求項１３】
マイクロ波エネルギー源に接続される少なくとも１つのマイクロ波チャンバー（３ａ）を備えており、前記少なくとも１つのマイクロ波チャンバー（３ａ）は試料の分極に適合されていることを特徴とする請求項１２記載の核磁気共鳴分析用のデバイス。
【請求項１４】
溶解した分極物質を含む溶液を調製する方法であって、
固体物質をデバイス（２）へ導入する工程；
前記デバイス（２）の内部で前記固体物質を分極させる工程；並びに
前記分極させた物質をデバイス（２）の内部で溶媒に溶解させる工程
を含んでなることを特徴とする方法。
【請求項１５】
前記デバイスはクライオスタット（２）であることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
分極固体物質を溶解させる間の分極損失は９９％以下であることを特徴とする請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
分極固体物質を溶解させる間の分極損失は９０％以下であることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
分極固体物質を溶解させる間の分極損失は１０％以下であることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
液体試料を分極させた後、前記試料の核磁気共鳴分析を行うための請求項１〜１８のいずれかに記載のデバイス又は方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の技術分野
この発明は、分極を高いレベルで保ちながら、分極させた固体試料を溶解させる方法及びそのデバイスに関する。
【０００２】
背景技術
この発明は、核磁気共鳴（ＮＭＲ）分析、特に核磁気共鳴イメージング（ＭＲＩ）及び分析的高分解能ＮＭＲ分光分析法に関する。ＭＲＩは、非侵襲的であって、診断対象の患者をＸ線などの有害な可能性のある照射線に曝すことを含まないので、医者が特に興味を持つようになった診断技術である。分析用高解像度ＮＭＲ分光分析法は分子構造の測定にごく普通に用いられている。
【０００３】
ＭＲＩ及びＮＭＲ分光分析法は、使用する物質の核スピンの分極が通常は非常に低いために感度が不十分である。固体状態で核スピンの分極を向上させるために、多くの技術が存在する。これらの技術は、過分極技術として知られており、感度の向上をもたらす。しかしながら、in vivo（生体内）での医学的イメージング（画像化）においてＮＭＲ信号を利用するためには、分極させた物質を、イメージング対象物(imaging object)の中に導入する前に、溶液の中に導入したり、又は液相としたりすることが必要である。in vitroでの分析ＮＭＲ分光分析法については、分極させた固体物質を溶液の中へ入れると有利であることがしばしば有り得る。分極させた固体物質を溶液状態又は液体状態にして、分極の損失を最小としつつ、ＮＭＲ磁石の中に移す必要があることに問題がある。国際公開ＷＯ９９／３５５０８は固体分極物質を溶解させる方法について記載している。この方法は、分極させた物質を手操作によってクライオスタットから持ち上げ、０．４Ｔの磁場に曝しながら、約１秒以内で、４０℃にて重水に溶解させるものであった。この方法は、分極させた物質を含む溶液を調製する他の方法と比べて、２１までのファクターで分極が向上していた。しかしながら、この方法は、試料を手操作によって移すので、再現性のよい結果を得ることが困難であるという問題点を有していた。この発明は、分極物質を含む溶液を調製するための従来技術の方法に改良を加えるデバイスおよびその方法を提供することを目的とする。
【０００４】
発明の概要
本発明によれば、従来技術の問題点の少なくとも一部は、本出願の独立請求項１又は１２に記載の特徴を有するデバイスによって、並びに本出願の請求項１１又は１５に記載の特徴を有する方法によって解決される。特に、本発明は、分極の損失を最小としながら、分極ユニットから分極した固体物質を溶液又は液体相に移すための手段及び方法を提供する。溶解させた過分極物質、例えばコントラスト剤（造影剤(contrast agent))又は分析用試剤の溶液を調製するための方法及びデバイスについて説明する。
更に改良したデバイスおよび方法は、各従属請求項に記載した特徴を備えている。
【０００５】
本発明の１つの態様では、試料を、第１の装置内で分極させ、第１の装置に接続される第２の溶解装置内で溶解させる。この発明の好ましい態様では、分極デバイスおよび溶解デバイスは１つの機器内に組み合わせられており、分極場所から溶解場所への移送の時間を最小として、試料の分極の損失が最小となる。本発明の特に好ましい態様では、分極装置及び溶解チャンバーはＮＭＲ分光分析装置及び／又はＮＭＲイメージング装置と組み合わせられており、従って試料の溶解と分析との間の時間が最小となり、試料の分極損失を最小とすることができる。本発明によれば、分極剤、例えば常磁性の有機フリーラジカルを有する化合物を用いることによって、分極を達成することができる。本発明のデバイス及び方法を用いることによって得られるＮＭＲデータは、ＮＭＲイメージングデータ及び／又はＮＭＲ分光分析データとなり得る。
【０００６】
本発明の態様の詳細な説明
本発明のデバイスおよび方法に関して、分極させようとする物質の固体試料は、強い磁場（例えば１〜２５Ｔ）の中で低温（例えば１００Ｋ以下）に保って、既知のいずれか適当な方法、例えばブルート・フォース分極(brute force polarization)、動的核分極(dynamic nuclear polarization)又はスピン・冷凍法(spin refrigerator method)によって、固相のままで分極させることができる。固体物質を分極させた後、最小の分極損失にてこれを溶液状態とする。以下、本明細書において、「溶解した分極物質用のユニット(unit for dissolved polarised material)」という表現は、分極した固体物質を溶解させるのに十分な量の溶媒に、分極した固体物質を接触させることができる容器、及び／又は溶解した分極物質を入れておくことができる容器を意味する。「溶解した(dissolved)」という表現は、溶媒に溶解させようとする物質の分子を、その溶媒中に均一に分布させることを意味する。
【０００７】
本発明の第１の態様では、溶解を分極デバイスから物理的に離れている溶解した分極物質用のユニットにおいて行い、その溶解した分極物質用のユニットは分析デバイスからも物理的に離れており、従って、分極物質は１つのデバイスからもう１つのデバイスへ移送する必要がある。一般に、この操作は、多くの例について以下に説明するように、迅速に、再現性よく、かつ特定の条件下で行う必要がある。
【０００８】
本発明の第２の態様では、溶解は分極デバイスを含む同じ装置の中で行われる。
本発明の第３の態様では、分極した物質の溶液を、一体化された分極、溶解及び核磁気共鳴分析装置内に保持したままで、分極物質の溶液を調製及び使用する。
本発明の第４の態様では、物質の分極をＮＭＲ分光分析装置のすぐ近くの分極装置にて行い、分極した物質は分極装置内で溶解させた後、ＮＭＲ分光分析装置の分析領域へ迅速に移送する。
【０００９】
本発明の利点は、再現性のよいやり方にて、分極損失を最小として、分極した固体物質を溶液にする手段が提供されるということである。医学的イメージング（像形成）及び分析的in vitro高解像度核磁気共鳴分析法において、固体状態の過分極技術を使用することは重要である。溶液状態では、ＮＭＲラインは狭い。このことによって、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）及びスペクトル分解能をかなり向上させることができ、固体試料の場合のように試料をスピンさせる必要がないので、技術的利点ももたらされる。
【００１０】
大部分の固体物質について、緩和率（過分極させた場合の分極損失）は、場の強さの逆数の関数として、急速に増大する。従って、これらの分極した物質については、取り扱う間は、強い磁場（例えば、０．１Ｔ以上）の中に保つことが好ましい。分極損失について、例えば磁場の向きの突然の変化、強い磁場勾配、又は高周波の場などの他の理由も知られており、可能な限りこれらは避けるべきである。分極した物質の溶解は、いくつかの方法によって促進させることができる。可能な場合には、固体物質は、素早く分散させ、固体粒子と溶媒とを密接に接触させるため、微細な粉体として供給されるべきである。固体粒子（ビーズ）と溶媒とは、かき混ぜ、混合、振り混ぜ、バブリング、クラッシング、音波処理、マイクロ波加熱、レーザー照射、又は撹拌及び場合によって加熱をもたらし得るその他のいずれかの手段によって強く混ぜることができる。不必要な緩和を生じることなく、迅速で可能な溶解を提供するため、溶媒の温度は特定の物質について最適化することができる。温度及び場の関数としての緩和率は、各固体物質及び溶媒／溶質系について特有なものである。従って、実際に溶解させる物質について最小の緩和となるように溶媒の温度を最適化することも有利である。常にそうである訳ではないが、一般に、磁界はできるだけ強くあるべきである。このことは、溶解プロセスの間の液体試料にも当てはまる。プロセスの間の最小のＴ１は、磁界が増大するにつれて、一般に大きくなる。
【００１１】
本発明の好ましい態様において、動的核分極（ＤＮＰ(dynamic nuclear polarisation))システムに、分極した固体の物質を溶解させるためのデバイスが設けられる。このＤＮＰシステムは、０．１〜２５Ｔ又はそれ以上の場の強度(field strength)を有する磁石を有しており、その磁石は最適な低温保持時間を達成するために低損失クライオスタットの中に配されている。約２Ｔを越える磁場については、磁石は超伝導(superconducting)磁石であってよい。より低い磁場については、より簡単な磁石であってよい。特に好ましいＤＮＰシステムは、２〜２５Ｔの磁界強度に設計された超伝導磁石を有してなる。磁石は超低損失クライオスタットの中に配されて、最適な低温保持時間が達成される。要求される場の均一性は試料に依存するが、一般に、試料の体積全体で＋／−０．２ｍＴである。これは大きな試料についてもフィールド・シム(field shim)を提供することによって達成することができる。対応して、均一性の条件よりも、分極の間において場が安定である方がよく、従って不均一よりも場のドリフトが低くあるべきである。磁石は、試料を冷却する低温スペースに適応するように構成される。好ましい超伝導磁石クライオスタットは、磁石の孔部内に少なくとも低温スペース又はポンプ式ヘリウム浴を有することが好ましい。ヘリウム浴は、磁性ヘリウム貯槽から熱的に絶縁されて（例えば真空断熱されて）いるが、磁性貯槽から供給のためにキャピラリーによって該貯槽に接続されているチューブ内に収容されていてよい。低温スペースは、単に、下側端部が閉じている（薄肉のステンレス鋼若しくは銅若しくはその他の非磁性材料又はそれらの組合せから形成される）シリンダーの形態であってよい。最も低い可能な温度及び最も低い低温消費（cryogenic consumption）を達成するため、低温スペースは超伝導磁石のヘリウム容器の内側の真空部（減圧部）に配することが好ましく、低温シリンダーは孔部内の適当な場所、例えばヘリウム蒸気−冷却シールド及び液体窒素冷却シールドなどに熱的に固定（thermally anchored）できることが好ましい。低温シリンダーは、その底部においてキャピラリーによってヘリウム容器に接続できることが好ましい。ヘリウムの流れは、手動で又はコンピュータ制御等による自動で外部から制御される電磁ニードル弁によって制御することができる。ヘリウム浴内へのヘリウムの流れは、電磁ニードル弁によって制御することができる。液体のレベルは、例えばアレン・ブラッドレイ炭素抵抗器装置（Allen Bradley carbon resistor meter）によって監視することができ、ニードル弁を手動により又は自動的に制御して設定レベルに保つことができる。１Ｋ（４Ｈｅ）のオーダーのより低い温度を達成するために、浴をポンプ送りし、浴の温度を絶対キャパシタンス変換器又はピラニ・エレメントによって測定されるヘリウム蒸気圧を用いて確認することができる。ガスによって冷却された場合には、温度測定を用いてニードル弁を制御することができる。低温（冷却）源、例えばヘリウム又は窒素は外部の貯槽から供給することもできる。磁石の冷却及び低温スペースの冷却の両方に、（低温源を用いない）閉じたサイクル冷却装置を想定することもできる。試料は、適当な周波数のマイクロ波に照射されることによって分極される。照射のためにマイクロ波装置が設けられる。マイクロ波装置は多様に構成であってよい。相対的に低い（例えば２００ＧＨｚ以下の）周波数では、マイクロ波を試料スペースへ導くためにウェーブ・ガイド（導波管）を用いることができる。相対的に高い周波数では、擬似光学的方法(quasioptical methods)を用いることができる。試料スペースは、共鳴マイクロ波構造に構成することが好ましい。マイクロ波構造物は、試料を容易に配置し、交換することができ、効率的に試料を冷却することができるように構成することが好ましい。試料は、一旦分極させた後、以下に説明する本発明の方法及びデバイスによって溶解する。
【００１２】
本発明の第１の態様の例を図１に示す。この図は固体物質を分極させるためのクライオスタットデバイス１を示している。このデバイス１は、本発明の第１の態様における固体分極物質溶解手段を備えている。（破線で囲まれている）デバイス１はクライオスタット２を有しており、クライオスタット２は磁場形成手段、例えば超伝導磁石５によって囲まれる中央孔部６内に、分極手段３、例えばウェーブ・ガイド３ｂによってマイクロ波源３ｃに接続されるマイクロ波チャンバー３ａを有している。固体物質を分極させる分極手段及びクライオスタットは従来技術からも知られており、これらの構成についてはあまり詳しくは説明しない。孔部６は、垂直方向下向きに、少なくとも超伝導磁石５の近くの領域Ｐのレベルまで延びており、領域Ｐのレベルでの磁界強度は物質に分極を生じさせるために十分に高く、例えば１〜２５Ｔの範囲である。中央孔部６はシールすることができ、そして低い圧力、例えば１ミリバール又はそれ以下のオーダーの圧力へ脱気（減圧）することができる。中央孔部６の内部には、試料導入手段、例えば着脱式の試料移送チューブ７を収容することができ、このチューブ７は中央孔部６の頂部から、領域Ｐのマイクロ波チャンバー３ａの内側の位置まで挿入して降下させることができる。領域Ｐは、分極が生じるのに十分低い温度、例えば０．１〜１００Ｋの温度まで液体ヘリウムによって冷却される。チューブ７の上側端部は、中央孔部６において部分的減圧状態を保持するために、いずれかの好適な手段にてシールすることができる。試料保持容器、例えば試料保持カップ９は、試料移送チューブ７の下側端部の内側に着脱可能なように取り付けることができる。このカップ９は、チューブ７の中に導入されるいずれかの物体を保持するためのものである。カップ９は、カップ９の熱容量ができるだけ低くなるように、軽量の材料であって、低い比熱容量を有する材料、例えば発泡プラスチック、例えばポリスチレンによって形成することが好ましい。（説明の便宜上、破線で示す）シール可能なＨｅ入口チューブ１０は、中央孔部６の頂部からカップ９の底部へ延びている。
【００１３】
デバイス１は、試料保持カップ９から物質を取り出す（抽出する）ための手段を更に有している。物質を取り出すためのこれらの手段は、試料保持カップ９の底部のすぐ上方から、バルブ１４を通って、溶解した分極物質用のユニット１５まで延びている。バルブ１４を人手によって又は好ましくはコンピュータ制御によって開くと、取り出しチューブ１１と溶解した分極物質用のユニット１５との間を連絡させることができ、また、閉じるとそのような連絡を止めることができる。溶解した分極物質用のユニット１５は中空の本体１６を有しており、固体物質の溶解を促進させるための手段、例えば混合、撹拌若しくはかき混ぜ手段１７、例えばブレード１９を有する電動ナイフミキサー１９を具備することができる。分極物質が接触し得るすべての表面を被覆して、分極した分子が常磁性鉄に接触することを防止することが好ましい。溶解した分極物質用のユニット１５を、ストレージ磁場（storage magnetic field）、例えば永久磁石又は電磁石２０を生成させるための手段によって包囲することが好ましい。「ストレージ磁場」なる表現は、溶解した分極物質用のユニット１５の内部の磁場の強さが、少なくとも数秒間の時間、好ましくは数分間の時間、物質を過分極させた状態を保持するのに十分であるべきことを意味する。溶解した分極物質用のユニット１５には、物質を溶解させるのに好適な溶媒２１を少なくとも部分的に入れることができる。減圧源Ｖはバルブ２３を通して溶解した分極物質用のユニット１５に連絡することができ、バルブ２３はコンピュータ２８によってコンピュータ制御することが好ましい。溶解した分極物質用のユニット１５は底部にバルブ２７を具備した出口部２５を有しており、バルブ２７は溶解した分極物質用のユニット１５の内容物の排出を制御するために、コンピュータ制御することが好ましい。コンピュータ制御された又はその他の自動制御されたバルブを使用することは、バルブを開き及び閉じるタイミングを正確でかつ再現性のよいやり方で制御することができるので、好ましい。当然のことながら、プロセスを開始するため、例えばスタートボタンを押したり、コンピュータにスタート命令を入力したりするために、オペレーターを用いることもできる。
【００１４】
本発明の第１の態様を用いて、固体の状態である間に分極させてある物質を溶解させた溶液を調製するための方法の例は、
粉体状、粒状又は顆粒(beads)状の形態である固体物質を、試料移送チューブ７の底部で試料保持カップ９の中へ入れる工程；
試料保持カップ９を必要な磁場強度の磁場の中に位置させて、試料移送チューブ７を中央孔部６の中へ導き、中央孔部６を真空（減圧）気密状態を保持するようにして、その作動圧力まで脱気する工程；
固体状態の物質を過分極させる工程；
溶解した分極物質用のユニット１５に部分的に溶媒を入れる工程；
Ｈｅ入口チューブ１０の上側端部のシールを開放した後、中央孔部６を大気圧まで再加圧する工程；
試料保持カップ９がクライオスタット内で液体ヘリウムの表面の下側にある場合には、試料移送（保持）チューブ７をこれがへリム表面の上方に位置するまで上昇させる工程；
出口部２５のバルブ２７を閉じ、減圧を付与するバルブ２３を開いて、本体１６内に減圧状態を生じさせる工程
が含まれる。バルブ２３を閉じ、バルブ１４を開くと、本体１６の中に行き渡る低圧（underpressure）によって試料保持カップ９内の取り出しチューブ１１の端部にて吸引状態が形成され、Ｈｅ入口チューブ１０の上側端部から取り出しチューブ１１の中を通り、溶解した分極物質用のユニット１５へＨｅの流れが形成される。適度に高い吸引現象によって、このＨｅガスの流れが、チューブ１１を通って物質溶解用の装置１５の本体１６の中へ過分極した物質を吸引し；
溶解プロセスをスピードアップさせるために、固体物質を溶媒中に吸い込む間に、混合、撹拌及びかき混ぜ手段１７を作動させ；
物質が本体１６に入った後、バルブ２３を閉じ；
物質が溶解した後、バルブ２７を開くことによって、分極した物質の溶液を出口部２５を通して分配することができる。
【００１５】
本発明の上記の態様は、分極した装置から過分極した固体物質を取り出すための他の手段を提供するために適応させることができる。例えば、固体物質は、加圧したガス（例えば、試料がヘリウム浴内にある場合には、ヘリウムガス）のパルス化（脈動させること）によって、分極装置から排出することができる。ガスは、圧縮したガスの容器からチューブを通してＨｅ入口チューブの中へ導入することもできる。所定量の熱を、例えば抵抗加熱等によって浴へ供給して、液体ヘリウム浴からヘリウムの一部を気化させることによって、ガスを生じさせることも可能である。固体物質は、分極装置から溶解した分極物質用のユニットへ機械的手段によって移すこともできる。例えば、取り出しチューブ１１の替わりに、試料移送チューブ７は、分極物質を収容するための移動可能な試料保持容器、例えばシャトルを有することもできる。この移動可能な容器は、作動手段（例えばモータ若しくは錘若しくはバネ等）に接続されるケーブル若しくはロッドに接続することによって、分極装置から分極物質を溶解させるための装置へ又はその逆向きに上昇させたり、降下させたりすることができる。移動可能な容器を一旦溶解した分極物質用のユニット内に配置すると、移動可能な容器を倒したり、又は他の方法によって固体物質を溶媒の中に浸漬させることができる。物質容器を分極装置の中へ降下させる際に張力がかかるバネによって、物質容器を動かすこともできる。分極装置から容器を取り出すことが望まれる場合、バネの張力を用いて分極装置から容器を取り出したり、又は高温超伝導体のループを試料ホルダーに収容させ、包囲するコイルによってこのループに電流を誘導させたりすることもできる。電流は主たる磁場とは反対の磁場を形成する向きに誘導することができ、それによって試料受容チューブから試料ホルダーを取り出すことができる。
【００１６】
溶解させた物質の分極損失を限定するためには、クライオスタットの中の高い磁場の内側から、溶解した分極物質用のユニット又は他の容器若しくは装置の磁場の内側へ移される間の分極物質の通過時間が、物質のＴ１（スピン‐格子緩和時間(spin-lattice relaxation time)よりも短くなるように移送手段を配置することが必要である。この移送時間は、分極の９９％損失以下、より好ましくは９０％以下、更により好ましくは１０％以下となるように短いことが好ましい。移送時間の短縮は、溶解した分極物質用のユニット内の圧力を降下させたり、機械的移送手段等を調節したりすること等によって行うことができる。分極装置から分極物質を移送させる間、それを包囲する磁場は超超伝導的磁場から離れるに従って小さくなる。ある種の物質の分極は、数秒間若しくはそれ以下の時間の後で、低い磁場において緩和される。これらの場合には、永久磁石、超伝導性の又は抵抗性のループによって、少なくとも移送の一時的な間で、物質に局所的な強い磁界を提供することができる。更に、移送距離及び移送時間はできるだけ短くすることが好ましい。最良の結果を達成するため、分極装置及び溶解した分極物質用のユニットは、強い（例えば０．１〜２５Ｔのオーダーの）磁場に配することが好ましい。いわゆる当業者には明らかであるが、いずれかの場合に必要とされる実際の磁場強度は、用いる固体の種類及び溶解方法によって変動することになる。ある種の分子については、溶液中の緩和は温度に依存し、分極をできるだけ長く保持するように溶液の最適な温度を選択することができる。常にではないが、一般に、磁場は溶解の間はできるだけ強くあるべきである。溶解のプロセスの間の最小の時間Ｔ１は、磁場が強くなるのと共に大きくなることになる。更に、緩和時間は磁場に依存し、溶液の移送の間（例えば、分極手段からイメージング・マグネットへ溶液を移送する間）に適切な磁場を適用することができる。
【００１７】
過分極させた固体物質を溶解した分極物質用のユニットへ移す間、できるだけ低温に保持するため、チューブにの材料に、低い熱伝導性及び低い比熱容量を有する材料、例えばテフロン（登録商標）、ポリウレタン、シリコーン等を用いることが好ましい。更に、伝導及び／又は輻射による熱移動を減らすため、チューブに二重壁（ジャケット）及び／又は銀被覆を施すことができる。
【００１８】
図２に模式的に示しているが、本発明の第２の態様では、過分極させた物質がクライオスタット・デバイス１の内部に位置する間に、その物質を試料保持カップ９内で溶解させることができる。このことは、溶媒導入手段を設けることによって達成することができる。これは、例えば、図２において破線で示すように、バルブ２３へ好適な高圧のガス又は流体ＨＰ、例えば空気若しくはヘリウム若しくは溶媒を供給することによって達成することができる。
【００１９】
本発明の第２の態様を用いて、固体状態の間に分極させた固体物質の溶液を調製する方法の１つの例は、
粉体状、粒状又は顆粒状の形態である固体物質を、試料移送チューブ７の底部で試料保持カップ９の中へ入れる工程；
試料保持カップ９を必要な磁場強度の磁場の中に位置させて、試料移送チューブ７を中央孔部６の中へ導き、中央孔部６を真空（減圧）気密状態を保持するようにして、その作動圧力まで脱気する工程；
固体状態の物質を過分極させる工程；
分極物質用の装置１５に部分的に溶媒を入れる工程；
中央孔部６を大気圧まで再加圧して、Ｈｅ入口チューブ１０の上側端部のシールを開放する工程；
試料保持カップ９がクライオスタット内で液体ヘリウムの表面の下側にある場合には、試料移送（保持）チューブ７をこれがへリム表面の上側に位置するまで上昇させる工程；
出口部２５のバルブ２７を閉じ、バルブ２３を調節して、本体１６を高圧のガス又は液体供給部ＨＰに連絡させ、本体１６内に過剰圧力を生じさせる工程
が含まれる。これによって本体１６から溶媒を試料移送チューブ７の中へ送り込むことができる。固体物質を溶解させるのに十分な体積又はそれ以上の体積の溶媒が試料移送チューブ７の中へ送られると、バルブ２３を閉じる。試料移送チューブ７内の溶媒は試料保持カップ内の分極した固体物質に接触してこれを溶解させる。試料保持カップ９内の物質に作用する最適な混合、撹拌又はかき混ぜ手段（図示せず）を設けて、物質の溶解をスピードアップさせることができる。
【００２０】
その場で(in situ）分析する替わりに、クライオスタットから溶解した過分極物質の溶液を取り出すことを所望する場合、減圧源に連絡するバルブ２３を開いて、本体１６内に減圧状態を生じさせる。これによって、試料移送チューブ７内で取り出しチューブ１１の端部に吸引状態を形成し、Ｈｅ入口チューブ１０から取り出しチューブ１１の中を通り、物質溶解用の装置１５へＨｅの流れが形成される。このＨｅガスの流れが、チューブ１１を通って物質溶解用の装置１５の本体１６の中へ過分極した物質の溶液の吸引をもたらし；
物質及び溶媒が本体１６に入った後、バルブ２３を閉じ；
この態様においては選択的であるが、混合、撹拌及びかき混ぜ手段１７が物質溶解用の装置１５設けられている場合には、その手段を、固体物質が十分に溶解することを確保するために所定の時間で作動させ；
バルブ２７を開くことによって、出口部２５を通して過分極した物質の溶液を分配することができる。
この方法は、例えばコンピュータ（図示せず）によって制御し、コンピュータ制御アクチュエータ（図示せず）を設けて、バルブ並びに混合、撹拌及びかき混ぜ手段１７を作動させる等、自動化することが好ましい。
【００２１】
本発明の更にもう１つの態様では、試料移送チューブ７の上側開口端部の中に溶媒を単に注入することによって、試料保持カップ９に溶媒を供給することもできる。その後、溶媒及び溶解した分極物質の溶液はいずれか好適な方法にて吸引したり、或いは更なる溶媒又は気体等を注入することによって出口を通して溶液を排出したりすることもできる。
【００２２】
本発明の第２の態様のように、分極装置の中に溶媒を導入することによって、分極装置の内部において、分極させた固体物質を溶液相とする場合には、分極装置の強い磁場の中に保ちながら、又は磁石の強い磁場領域の近くに保ちながら、分極した固体物質を溶解させる。物質をヘリウム（又は窒素）浴内で分極させる場合には、溶解前に、物質を浴から上昇させ、液体冷媒を取り出すことができる。試料は分極装置の磁場の実質的な部分を経ることになる。次いで、試料保持カップの中に溶媒を導入して固体物質と混合し、固体物質を迅速に溶解させ、その後、溶液をシリンジにて（手動で若しくは自動的に）取り出し、又は上述したようなフローシステムによって取り出して、イメージ化しようとする装置に注入し、又は溶液ＮＭＲ（solution NMR）によって単に直接的に分析することができる。
【００２３】
分極した固体物質を分極装置内で溶液相とする場合には、いくつかのファクターを考慮に入れる必要がある。上述したように、１つのファクターは分極装置へ入る液体の熱損失である。それは、低温の試料保持容器及び固体物質に接触する際に液体が凍らないことが重要だからである。従って、添加する溶媒の量は、固体物質を溶かす際に、凍結を防止するのに十分な熱エネルギーを有するような質量及び比熱容量を有することが必要である。水は、その高い比熱容量及び高い凝固潜熱（潜在エネルギー）のために、良好な溶媒の選択肢である。試料を生体内で(in vivo)用いる場合、生物学的理由により溶媒は選ばれる。もう１つの好適な溶媒は、生物学的緩衝液、例えばリンゲルアセテート(Ringer's acetate)である。試料をＮＭＲ分光分析法又は分析的高分解能ＮＭＲ分光分析法によって分析する場合、より広い範囲の溶媒が可能であり、不凍添加物、例えばグリセロールと共に水を用いることは特に有用である。もう１つの重要なファクターは、溶媒を導入するチューブの構成及び試料保持容器の構成である。低い熱伝導率及び比熱容量を有する軽量材料は、孔部を下降する際のチューブへの溶媒による熱エネルギー損失及び試料保持容器へのエネルギー損失が最小に保たれるので、好ましい。典型的に好適な材料は、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ポリウレタン、ＰＥＥＫ、Ａｅｒｏｇｅｌ（登録商標）、及びＰｅｒｌｉｔｅ（登録商標）である。二重壁チューブ（溶媒の添加直前に内側チューブを挿入したものであってもよい）を用いることも有用である。二重壁チューブの２つの壁部の間の空間から脱気させることは更に有利であり得る。チューブを銀被覆又は絶縁性フィルム（例えば、アルミニウム被覆Ｍｙｌａｒ（登録商標))により被覆することもできる。試料温度の制御手段を向上させるために、抵抗発熱性ワイヤー若しくはフィルムのラッピングをチューブに設けることも有利となり得る。考慮に入れるべきもう１つのファクターは、使用するいずれかの試料ホルダー及び試料移送チューブを製造するために用いる材料である。材料の選択について上述したものと同じ基準が当てはまるが、この場合にはセラミック材料が特に好適である。例えば、超流動ヘリウムが試料受容チューブ及び／又は試料ホルダーの壁部を通って容易に循環して固体物質を冷却するが、一方で液体の水若しくは他の溶媒は壁部を通って循環することができないという程度の多孔質を有する発泡プラスチック材料又はセラミック材料を用いることは有用であり得る。これによって、カップ又は端部が閉じたチューブの形態の試料保持容器を液体ヘリウム浴中に浸漬させることによって材料を冷却し、その後、容器を液体ヘリウムの表面より上方へ上昇させて、水を加える前に容器の細孔を通して液体ヘリウムを流出させることができる。in vivo適用の場合、試料の溶解に続いて、試料を試料ホルダから取り出す必要がある。この操作は、上述した本発明の方法によって、例えば、試料ホルダを通して液体をポンプ送りするフローシステムによって、吸引によって、又は試料容器を加圧し、溶解した分極物質用のユニット内にであって分極装置の外側で分極した溶液を、例えば対象に容易に注入できるようにシリンジに集めることなどによってのいずれかの方法で行うことができる。
【００２４】
第３の態様において、分極装置及び溶解装置として同じ装置に分析ＮＭＲ装置を設けることも考えられる。この態様は図３に示しており、複数の分析コイル３１−３１”、例えば核磁気共鳴イメージングコイル及び／又は核磁気共鳴分光法コイルが設けられている。フィールドシミング（field shimming）及びＮＭＲ信号獲得に用いることができるコイルを、高解像度分析ＮＭＲから知られている位置に配することができる。この場合に、溶解した分極物質用のユニットは、試料保持カップと同じであって、移送時間は０秒である。この場合には、分析を行う、即ちイメージング及び分光測定を行う際に、試料を超伝導磁石の磁場へ移動させる必要がないということが利点である。更に、液体ヘリウム中に浸漬させたコイルの低い操作温度によって、その信号対雑音比は著しいファクター（例えば３以上）で向上する。場の強度に関する要求は分極及びＮＭＲ検知と同一でなくてもよく、磁石の一部から他の部分へ試料を移動させるための手段を設けることもできる。ＮＭＲ検知は、ＤＮＰプロセスについて最適な場と比べて、より高い又はより低い場（磁場）にて行うことが有利なこともある。従って、１つの操作では、磁石の下側エッジ（従って、より低い場、例えば３．３５Ｔ）にて低温ヘリウムガス中でＤＮＰ分極を行うこともできる。この領域で要求される均質性のために、場をシム（shim）調整することが必要ともなり得る。分極の後、溶解及びＮＭＲ検知のために、試料を（より高い場、例えば９．４Ｔ及び均質性を有する）磁石中央部へ上昇させる。更に、試料を溶解のために中間の位置へ上昇させ、それからＮＭＲ検知のために磁石中央部へ上昇させることもできる。
【００２５】
本発明の考え得る変更例では、複数の試料ホルダをデバイスの中へ組み込み、複数の試料を同時に又は逐次分極させ、それから１つずつ取り出したり又は溶解させたりすることができる。いくつかの試料を同時に溶解及び分析するシステムを用いることも考えられる。当業者には自明なように、複数の試料ホルダシステムは、種々の様式に、例えば回転ラック（カルーセル(carousel))式のホルダ又はグリッド型ホルダを用いるように構成することができる。
【００２６】
第４の態様では、従来技術のＮＭＲ装置に、本発明のデバイスを取り付けて、ＤＮＰによって高い分極の物質を調製できる装置を形成することができる。これを行うため、ＮＭＲ装置は、磁界の中に低温スペースを有する必要がある。そのようにするためには、いずれかの好適な幅広さの孔部寸法を有する一般的なＮＭＲ磁石に、以下に説明するようなクライオスタット及び機器を取り付けて、ＤＮＰ増強核分極を用いて分子の溶液を調製することができる。フロー・クライオスタットは、通常は室温の孔部を有するように構成される磁石の孔部の中へ挿入することができる減圧（真空）絶縁チャンバーであって、これにより低温クライオジェンのストリームを用いて孔部の温度を下げることができる。フロー・クライオスタットは、通常、移送ラインを通して外部のクライオジェン供給部へ連絡しており、クライオスタットへのクライオジェンの流れによって磁石の孔部を冷却し、低温スペースを形成する。フロー・クライオスタットは、以下に説明するように、ＤＮＰによって固体物質の分極を可能とする手段を有することができ、それは以下に説明するように、固体状態及び溶液状態で核信号を検知するための機器を具備することができる。過分極造影剤（imaging agent）の調製又はＮＭＲ分析用の専用ＤＮＰシステムでは、低温スペースが磁石クライオスタットに組み込まれていることが好ましい。
【００２７】
上述の態様は、本発明をその場で(in situ)のアプローチ（例えば、分極、溶解及びＮＭＲ検知を同じ装置内で行うこと）において実施するＤＮＰデバイスを開示している。既存のＮＭＲ分光分析装置は、ＤＮＰ増強分光分析装置に容易に再構成することができないという不利な点を有する。この点を解消するための本発明の別の態様を図６に示しており、以下説明する。磁界生成ユニット７２、例えば超伝導磁石、永久磁石又は電磁石を有するＤＮＰデバイス７１には、内部低温スペース７３が設けられており、その内部低温スペース７３には試料を配置でき、マイクロ波生成ユニット、例えばマイクロ波源７４及びウェーブガイドアレンジメント７５からなるユニットが配されて、試料を分極させることができる。更に、デバイス７１をＮＭＲ分光分析装置７７の近くに配して、前記ＮＭＲ分光分析装置７７へ分極物質移送ライン７６によって接続することができる。さらに、場合によってＮＭＲコイル７８をＤＮＰユニットに存在させて、固体状態及び／又は溶液状態で試料の磁化を定量化することができる。分極させた試料は低温スペースから固体として取り出して、（ＤＮＰ装置７１とＮＭＲ分光分析装置７７との間に破線で示す）分極物質７９用の装置内で溶解させるか、又は上述したようにその場で溶解させることができる。ＮＭＲ磁石に対するＤＮＰ装置の位置決めにはある程度の自由度が存在する。尤も、ＮＰ装置とＮＭＲ分光分析装置との間での溶解分極物質の移送時間を短くするため、できるだけ短い距離が好ましい。この構成の利点は、既存のＮＭＲ分光分析装置の改良として提供できることである。ＤＮＰ過分極用のＮＭＲ分光分析装置の再構成は、迅速かつ容易である。既存のＮＭＲプローブ（フロー・プローブ）を容易に連結させることができ、今日のＮＭＲ技術からの利点を用いることができる。速やかなＮＭＲ分析のため、分極させた液体試料はできるだけ迅速にＤＮＰ装置から出して、フロー・プローブ活性領域に位置させる必要があり、従って、試料をＮＭＲ分光分析装置内に一旦入れると、全体の分極、溶解プロセス、移送プロセス及びＮＭＲ励起／捕捉のトリガリングの正確なタイミングが要求される。これは、コンピュータ制御して、液体のＮＭＲ分光分析装置における到着とＮＭＲ励起／捕捉のトリガリングとの間での遅延時間及び液体の移送時間を、核のＴ１よりも短く確保することが好都合である。
【００２８】
図４は、溶媒加熱及び注入デバイス４１の１つの態様における断面を模式的に示しており、デバイス４１は加熱された溶媒をクライオスタット内の試料保持容器、例えば試料保持カップの中へ注入するのに適している。溶媒加熱及び注入デバイス４１は、少なくとも２バール、好ましくは１０バールの圧力に耐えることができる圧力容器４３を有している。その圧力容器４３は、加熱手段、例えば圧力容器４３の周囲を包囲する加熱コイル４５によって加熱することができ、スイッチ若しくはリレー４６によって電源４７へ接続することができる。圧力容器４３は、例えば周囲を絶縁ジャケット４９によって包囲されることによって、熱絶縁（断熱）されていることが好ましい。圧力容器４３には、入口パイプ５３及び入口バルブ５５を介して溶媒供給源５７へ接続することができる入口部５１、並びに出口パイプ６１及び出口バルブ６３を介して試料保持容器（図示せず）へ接続することができる出口部５９が設けられている。圧力検知デバイス、例えば圧力トランスデューサー６５を溶媒加熱及び注入デバイス４１に接続して、圧力容器４３内の圧力を測定し、場合によっては表示することができる。溶媒加熱及び注入デバイス４１は、以下のように作動する：
出口バルブ６３を閉じ、入口バルブ５５を開いて、分極試料を溶解させるのに十分な量の溶媒を圧力容器４３の中に導入し、その後バルブ５５を閉じる；
スイッチ４６を閉じて、加熱コイル４５を電源４７に接続し、圧力容器４３内の溶媒を加熱する；
温度上昇によって溶媒は沸騰し始め、それによって圧力容器４３内側の圧力が上昇し始める；
圧力トランスデューサー６５によって示される圧力が、試料を溶解させるのに必要な温度に対応する圧力である所定の値、例えば２バール又は５バールに達すると、電源４７を切り、出口バルブ６３を開くと、溶媒は圧力容器４３内に存在する周囲圧力を越える過剰圧力によって、出口パイプ６１を通って試料保持容器へ急速に出て、試料保持容器内で溶媒は試料を溶かす。破線で示すように、圧力トランスデューサー６５及び加熱コイル４５、好ましくはバルブ５５及び６３は、制御手段、例えばコンピュータ６７へ接続されている。コンピュータ６７は、溶媒加熱及び注入デバイス４１を制御するソフトウェア、並びに、可能であれば、試料保持容器から溶解分極試料を取り出すための手段を制御するソフトウェアを具備することが好ましい。
【００２９】
試料ホルダ及び好適なマイクロ波構造体を低温スペースに配置して、試料のマイクロ波照射を達成することができる。マイクロ波構造体は、ホーン型アンテナ、又は（図５に示すような）ウェーブガイドの端部に取り付けられるチャンバー、又は一組のＦａｂｒｙ−Ｐｅｒｏｔミラー、又はその他のいずれか好適なマイクロ波照射構造体であってよい。マイクロ波構造体のマイクロ波場の強度を高めるために、マイクロ波構造体はマイクロ波用の共鳴チャンバーとして作用するように構成することが好ましい。相対的に低い周波数（例えば２００ＧＨｚ以下）では、ウェーブガイドを用いて電波を照射する構造体へ案内することが好都合である。ウェーブガイドの構造及び寸法は、マイクロ波損失を減らすように選ばれる。ウェーブガイドは、低温スペースへの熱負荷をできるだけ小さくするように構成することが好ましく、例えば銀被覆（例えばメッキ）した薄壁のステンレス鋼で形成することができる。波形にした(corrugated)ウェーブガイドを用いることもできる。より高い周波数では、疑似光学的方法(quasi-optical methods)を用いることができ、レンズ及び鏡を用いてマイクロ波を案内することができる。マイクロ波構造体は、試料を容易に交換することができ、及び試料を効率的に冷却することができる開口部を有することが好ましい。好適なマイクロ波発振器、例えばＩＭＰＡＴＴダイオード発振器又はＩＭＰＡＴＴ増幅Ｇｕｎｎ発振器、又はＢＷＯなどによってマイクロ波を生成させることができる。更に、マイクロ波発振器を、試料を照射するための共鳴構造体の一部として組み込むこともできる。従って、マイクロ波を生じさせる活性デバイスを、磁石内の物理的に試料の近くに配置し、伝達損失を減らすことが好ましい。
【００３０】
図５は、ＤＮＰシステムのクライオスタット内部に配するための、１つの態様における分極手段３の部分透視図を示している。これは、マイクロ波エネルギー源（図示せず）へウェーブガイド３ｂによって接続されるマイクロ波チャンバー３ａを有している。チャンバー３ａは、実質的に円筒形状の外側壁部３ｄ、上側端部プレート３ｅ及び下側端部プレート３ｆを有している。チャンバー３ａは、マイクロ波を反射する材料、例えばしんちゅうによって形成されている。上側端部プレート３ｅは、チャンバー３ａの中へ試料保持カップ９（図示せず）を入らせるのに適する直径を有する中央の円形開口部３ｇを有している。上側端部プレート３ｅ及び下側端部プレート３ｆは複数のカットアウト部３ｈを有しており、そのカットアウト部３ｈはマイクロ波反射メッシュ３ｉによって被覆されている。マイクロ波反射メッシュ３ｉは、液体ヘリウムをチャンバー３ａに入らせ、一方で、カットアウト部３ｈを通ってチャンバー３ａからマイクロ波が出ることを防止する。チャンバー３ａはウェーブガイド３ｂの下側端部３ｊに取り付けられており、チャンバー３ａの壁部３ｄにおけるスロット３ｋはウェーブガイド３ｂの下側端部３ｊの同様のスロット３ｌに位置合わせされており、マイクロ波ガイド３ｂからチャンバー３ａの中へマイクロ波を入らせることができる。スロット３ｋ、３ｌの寸法は、チャンバー３ａの中へマイクロ波を流れ込ませるのに最適なように調整（適合）されている。例えば、チャンバーの内側直径が２８ｍｍである場合、ウェーブガイドの内側高さは２８ｍｍ、内側幅は７ｍｍであり、スロットの高さは５〜１０ｍｍ、幅は２〜７ｍｍであってよい。ウェーブガイド３ｂの下側端部３ｊを下側へ向かって先細りにして、チャンバー３ａに組み合わされるマイクロ波エネルギーの量を増大させるマイクロ波リフレクターとして作用させることもできる。好適なテーパーの角度は、使用するマイクロ波周波数、ウェーブガイドの寸法及びスロット３ｌの寸法に依存するが、約５°〜６０°、好ましくは１５°〜３０°であってよい。チャンバー３ａ、ウェーブガイド３ｂ、スロット３ｋ、３ｌの寸法は、チャンバー３ａがマイクロ波エネルギー用の共鳴チャンバーとして作用するように適合させる。試料保持カップ内に収容する試料の分極を測定するため、チャンバーは場合によって、中央ＮＭＲピックアップコイル５１を有することもできる。これは、静的な場の配向に応じて、螺旋形状又はサドル形状の銅巻線部（図示せず）を有するＰＴＦＥ製のシリンダ５３により形成され、好適な検知手段に接続されることが好適である。
【００３１】
この態様では、試料保持カップ９の中に試料を配置し、（ピックアップコイルが存在する場合には、ピックアップコイルの内側で）チャンバー３ａの中央部に試料保持容器を降下させる。マイクロ波照射源を活性化させ、試料を照射する。上述した方法によって（例えば、クライオスタットの中でその場で、又はクライオスタットの外部の溶解分極物質用のユニットの中で）試料を溶解させ、必要となるまで、強い磁場の中で、分極試料を溶解した分極物質用のユニット又はその他の容器（例えば、試料保持カップ）内に試料を保持することができる。
【００３２】
本発明によるチャンバーの第２の態様では、下側端部プレート３ｆは、試料保持カップ９と同じ直径の中央孔部３ｍを有している。これによって、チャンバー３ａを通して試料保持カップ９を降下させ、その底部から取り出すことができる。試料受容容器は垂直方向に離れた複数の試料保持カップを有することができる。これらのカップはそれぞれチャンバー３ａの高さ又はフラクションを有することができる。それらがチャンバー３ａと同じ高さを有する場合、１つのカップ内の第１の試料をチャンバー３ａ内でマイクロ波に曝して、２つ目のカップ内の第２の試料をチャンバーの外側であって、強い磁場の非常に近くに位置させることができる。第１の試料を十分に分極させると、その受容容器を垂直方向に動かして、第２のカップ内の第２の試料をチャンバー３ａの中に位置させることができ、第１のカップ内の分極させた第１の試料はチャンバー３ａの外側の磁場にて分極させた状態で保持することができる。この操作は、すべての試料が分極されるまで繰り返すことができる。その後、試料移送チューブから物質を取り出す１つのデバイス又は複数のデバイスを用いて、すべての試料を一度に溶解させることができる。別法として、それぞれの分極試料を順次溶解させ、ＤＮＰ装置内で強い磁場のカップ（従って溶解した分極物質用のユニット）内で、又はイメージングデバイス(imaging device)又は分光分析デバイスの磁場内で溶解した物質用の他の装置内で、液相にて貯蔵することができる。
【００３３】
ＮＭＲ検知は、分析的用途のために特に好ましい。他の適用について、ＮＭＲ検知は場合によって核分極の手段を提供する。ＮＭＲ検知コイルは、ソレノイド形状又はサドル形状等のいずれか既知の形態のものであってよい。通常、コイル（インダクタンス）はキャパシターによってＮＭＲ周波数に変換され、ケーブルの特性インピーダンスに適合させられる。ＮＭＲコイルは多周波数の同調及びマッチングによって、対象とする核を検知することができる。キャパシターは、低温スペース内でコイルの近くに取り付けることができる。これによって最も高いＱ値を得ることができる。キャパシターをコイルの近くに配することが実際的でない場合には、キャパシターは低温スペースの外側に配置して、送電線によって低温スペースに連絡させることもできる。送電線は、同軸ケーブル、ツイストペアケーブル、ストリップラインケーブル又はその他の好適なケーブルであってよい。選択は、低温スペースへの熱負荷と信号減衰との間の調和によってなされる。複数のコイルを想定することもできる。それらは２つのＮＭＲ周波数について調整（同調）でき、固体状態及び液体状態の両方で二重共鳴ＮＭＲ（デカプリング、クロス分極など）を行うことができる。これによって、２以上の核種の核を同時に検知することができるようにもなる。その場合には、分光分析装置は複数のレシーバーを有することが必要とされる。場合によって、種々の核のＮＭＲ信号を連続して取得することができる。短時間で複数の試料を分析するためには、試料を動かす試料回転ラックを設けることもできる。更に、再現性のよいＮＭＲ分析を実施しようとする場合には、調べようとする物質が均質に溶解していることが重要であるので、固体物質の溶解を光学的手段にて検知することができる。これは、ＮＭＲ分析チャンバーの外側又は内側において、光学的検出手段を選択的に用いることによってチェックすることができる。対象とする核の一部は非常に短いＴ１値を有するので、溶解プロセスが終了すると直ぐに確実に分析することが重要となる。従って、対象とする核全体を同時に励起／検知するための手段を設けることも好ましい。ＮＭＲ検知回路が冷却されている場合には、より良好な信号対雑音比が得られる。更に、信号増幅装置を冷却することもしばしば有利である。従って、信号増幅装置をＮＭＲ検知回路の近くに配置することができるし、低温スペース内に配置することが好ましい。超伝導コイル及びＳＱＵＩＤ検地装置は、信号対雑音比を向上させるのに利用できるその他のデバイスである。
【００３４】
簡単な分極測定に用いることのできる簡単かつ安価な回路を図７に示す。このデバイスは、簡単な無線周波数(Radio Frequency)磁気共鳴分光分析装置である。そのようなデバイスは、固体試料物質を溶解させて上述した検知コイルのいずれかを用いる前に、固体試料物質の分極を測定するために用いることができる。ＲＦ回路は、ＶＣＯ（電圧制御発振器(voltage controlled oscillator))８１、方向性結合器(directional coupler)８３、１８０°ハイブリッド(180-degree hybrid)、ミキサー８７、ＬＮＡ(低雑音増幅器(low-noise amplifier))８９、ローパスフィルター(low-pass filter)９１、ＰＣデータ収集カード９３、並びに（磁界Ｂ１を提供する）同調及び整合したＭＲ（又は励起）コイル９５を有して構成される。ＭＲ（又は励起）コイル９５は、静的場コイル９７からの静的磁界Ｂ０の向きに対して横向きのほぼ均一な磁界を提供するように配されている。コイル９５は、ＭＲ周波数に同調され、伝送線（transmission line）の特徴的インピーダンス（例えば５０オーム）に整合させてある。ＶＣＯ８１（又はファンクション・ジェネレータ）は連続的波信号を発生し、その信号は方向性結合器８３（分周器）によって２つの信号に分けられ、一方の信号はミキサー８７の局部発振器を駆動させ、他方の信号は１８０°ハイブリッド８５を経てＭＲコイル９５へ送られる。固定アテニュエーター（図示せず）を用いて、信号レベルを調節することもできる。ＶＣＯ８１は、対象とするスペクトル域をカバーするのに十分な周波数範囲にわたって周波数を変調することができる。変調レートは一般に５〜５０Ｈｚであってよく、変調信号は信号収集（信号平均化）に同期させて供給される。変調信号及び信号収集はＰＣデータ収集カード９３から発生することが好ましく、更なるデータ分析のために信号を利用できると好都合である。磁気共鳴による周波数を掃引しながら、反射係数の変化を観察する。反射信号をＬＡＮ８９によって増幅し、ミキサー８７へ供給する。ケーブル長さを調節することによって、吸収又は分散信号を選択することができる。ＭＲコイル９５それ自体の帯域幅によって放物線状のベースラインが得られ、これは信号から差し引く必要がある。ベースラインは試料を導入する前に収集することができるか、或いは信号領域の外側のポリノミナル・ファンクション（又はスプライン・ファンクション）に適合させることもできる。最適なパフォーマンスについて、コイル帯域幅は種々の方法によって調節することができ、例えば抵抗性ダンピング(resistive damping)、より適切な結果を与えるオーバーカップリング(overcoupling)、又は好ましくはＬＮＡ８９によってコイル９５を活性的にロードさせることによって行うことができる。この周波数領域(regime)に同調させたコイルの自然な帯域幅は数百Ｈｚであって、大部分の用途について不十分な帯域幅である。抵抗性ダンピングは有効帯域幅を許容できる程度まで上昇させる。しかしながら、これはその増加の平方根で、信号対雑音比を犠牲にする。ＶＣＯの振幅（大きさ）及び相雑音によって信号対雑音比がしばしば求められるので、これはある程度許容できることである。磁場は、ＶＣＯ８１の周波数及びスピンの磁気回転比(gyromagnetic ratio)に応じて、数ｍＴ〜数Ｔの範囲のいずれであってもよい。
【００３５】
当業者には明らかなように、本発明の方法では、強い磁場の存在、及び場合によって、高い／最適な溶媒温度、かき混ぜ、微細化した固体試料によって、溶解の間での分極損失を最小とすることができる。いずれか特定の分極した固体試料を溶解させる間保持される分極の程度は、特に、以下のファクター：分極物質の組成、物質の寸法（例えば、ビーズ形態か、粉末形態か、若しくは固体の塊で存在するか）、溶解に用いる溶媒、溶媒温度、溶解速度、並びに溶解を行う磁場に依存する。それぞれの物質についてこれらのファクターを最適化すると、分極の損失を無視できるようになる。高いレベルの分極を保ちながら試料を溶解させるための最適な条件は、実験的に容易に見出すことができる。以下の実験結果は、試料を溶解させるのに要した時間の変動の結果を示している。すべての変数は同じとしている：１ｍｍ直径のＨＰ００１（１−ヒドロキシメチル−１−１３Ｃ−シクロプロピル）のビーズをメタノールに溶解させ、３６０Ｋの温度にてＤ２Ｏ中で、３．３５Ｔの磁場にて３秒間で、１５ｍＭのＯＸ０６３をドープさせ、１０％以下の分極損失が得られた。同じ物質を８秒で溶解させると、６９％の分極損失が得られた。同じ物質の溶解を１２秒で行うと、９７％の分極損失が得られた。これらの結果は再現性がよく、これによって種々の速さで溶解する間に失われた分極の程度を評価することができた。従って、これらの結果は、ＨＰ００１を１２秒で溶解させると９９％以下（実際には９７％）の分極の損失を生じ、ＨＰ００１を８秒で溶解させると９０％以下（実際には６９％）の分極の損失を生じ、ＨＰ００１を３秒で溶解させると１０％以下の分極の損失を生じることを示している。より迅速な溶解、例えばより激しくかき混ぜ、より高い溶媒温度を用いて達成できる溶解によれば、固体状態と液体状態との間での分極の損失を一層小さくすることができる。
【００３６】
上述の態様は、本発明を説明するためのものであって、本発明の特許請求の範囲によって保護される発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のデバイスの第１の態様を摸式的に示す側面図である。
【図２】  本発明のデバイスの第２の態様を摸式的に示す側面図である。
【図３】  本発明のデバイスの第３の態様を摸式的に示す側面図である。
【図４】  本発明において熱い溶媒を注入するデバイスを摸式的に示す断面図である。
【図５】  本発明の試料保持容器の態様を示す図である。
【図６】  核磁気共鳴スペクトロメーターに接続され、ＤＮＰによって過分極された物質を調製するデバイスを摸式的に示す側面図である。
【図７】  核磁気共鳴測定回路の態様を摸式的に示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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