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CENTRO RICERCHE TRISAIA

NMR ad alta risoluzione di semisolidi

Contrariamente ai liquidi in cui le molecole hanno un’elevata mobilità relativa che permette di mediare nel tempo alcune interazioni, nei solidi lo spettro NMR risulta cosi allargato da perdere completamente la risoluzione; spesso si osserva un singolo segnale. Fortunatamente, a causa della forma delle interazioni che si hanno fra nuclei è possibile mediare tali interazioni ruotando rapidamente il campione attorno ad un asse che forma un angolo di 54.7° rispetto alla direzione del campo magnetico (angolo magico). Tale rotazione veloce, permette di ristabilire la risoluzione persa a causa delle interazioni fra i nuclei. Tuttavia,
una di tali interazioni, l’interazione dipolare, richiederebbe velocità di rotazione molto elevate. Tale effetto è ciò che distingue la NMR dei solidi veri e propri da quella dei semisolidi. Nel caso di quest’ultimi la maggiore mobilità molecolare permette di ridurre a velocità relativamente basse la rotazione per mediare a zero tutte le interazioni. Nel caso dei solidi molto rigidi altri espedienti devono essere considerati per ottenere una risoluzione adeguata (vedi NMR dei solidi).

SISTEMI POROSI
Lo studio dei sistemi porosi mediante NMR si effettua attraverso le proprietà diffusive e termodinamiche, e il rilassamento magnetico delle molecole di un liquido all’interno dei pori. Infatti, i tempi di rilassamento e il punto di congelamento del liquido dipendono dalle dimensioni dei pori. Le curve di congelamento del liquido possono essere facilmente seguite in NMR poiché la fase liquida e la fase solida della sostanze contenuta nei pori hanno segnali di larghezza molto diversa. Di fatto, è possibile correlare, tempi di rilassamento e curve di congelamento con la porosità del sistema. Le proprietà diffusive permettono di avere informazioni più dettagliate che coinvolgono sia la dimensione, la geometria e l’interconnessione fra i pori. In particolare, mediante NMR è possibile misurare lo spostamento quadratico medio < x2 > delle molecole del solvente in funzione del tempo e da questo ottenere informazioni sulla geometria del sistema anche nel caso in cui essa sia di tipo frazionario (frattale).

SISTEMI ETEROGENEI
La prima fonte di informazione su sitemi eterogenei del tipo liquido-liquido, liquido-solido, liquido solido-gas proviene dallo spettro NMR che permette di valutare la composizione e la dinamica di ciascuna fase.
Inoltre, come nel caso dei sistemi porosi, lo studio delle proprietà diffusive e di rilassamento della fase liquida formiscono informazioni sulla struttura e sulla dinamica del sistema.

POLISACCARIDI
I polisaccaridi in presenza di acqua possono formare sia soluzioni disperse, sia gel. La composizione, la struttura e la dinamica di tali sistemi può essere studiata mediante HR-MAS. In particolare, nei gel i meccanismi di gellificazione possono essere elucidati mediante lo studio di diffusione, rilassamento e chemical shift. Tali meccanismi sono di fondamentale importanza in diversi campi quali quello alimentare, farmaceutico, chimico e medico.

TRANSIZIONE DI FASE
La maggior parte delle transizioni di fase prevedono drastiche variazioni della dinamica interna dei costituenti. La misura dei tempi di rilassamento, nonché lo spostamento delle righe NMR sono parametri utili a seguire le trasformazioni di fase e a studiarne i meccanismi.

BIOMATERIALI
I materiali che interagiscono con i sistemi biologici sono detti biomateriali. Lo studio della compatibilità biologica dei materiali dipende fortemente dalle proprietà di adesione di tali materiali ai sistemi biologici e al modo con cui essi inducono variazioni metaboliche negli organismi in contatto con essi. Essendo la NMR una tecnica non invasiva l’interazione fra sistemi biologici e biomateriali può essere studiata in sistemi viventi quali colture cellulari o tessuti sia dal punto di vista del metabolismo cellulare che da quello dei meccanismi di adesione.