NMR SIÊU NHAY

Đầu tháng này (9/6/2020), tạp chí Physical Review X đã công bố bài báo của một nhóm các nhà khoa học tại đại  học Maryland và các cộng sự tại đại học Harvard với tiêu đề rất "giật gân":  Hyperpolarization - Enhanced NMR Spectroscopy with Femtomole Sensitivity Using Quantum Defects in Diamond", tạm dịch là: NMR siêu phân cực nâng cao đạt độ nhạy cỡ femtomole nhờ ứng dụng lỗi lượng tử trong kim cương.

Diễn giải trọn vẹn phát minh này liên quan tới các khái niệm vật lý khá sâu và phức tạp. Hãy tạm dừng để xem xét ý nghĩa của phát minh. NMR thường vẫn được xem là phương pháp có độ nhạy thấp so với nhiều phương pháp phổ khác, do vậy cần lượng mẫu đo nhiều. Lượng mẫu đo tối thiểu cho một phép đo NMR phải cỡ chục mmol (5-6mM). Trên thực tế, những người làm hóa hợp chất tự nhiên luôn phải chật vật, nhọc nhằn và tốn kém để chiết tách được vài mmol mẫu để phân tích. 

Giờ đây phát mình mới hứa hẹn để đo phổ NMR chỉ cần lượng mẫu cỡ picomole, thậm chí femtomole, tức là lượng mẫu ít hơn cỡ nghìn, đến triệu lần so với hiện tại. Nói hơi ngoa thì NMR với phát minh này sẽ có thể phân tích đến cỡ phân tử. Người chuẩn bị mẫu NMR sẽ không nhìn thấy mẫu, thậm chí ngay cả trên kính hiển vi! Hy vọng và chờ đợi một cuộc cách mạng với NMR. 

NMRHanoi Video Clip trên Youtube

Hà Nội cách ly, toàn quốc cách ly. Ở nhà là yêu nước.

Nhiều thời gian, vừa học vừa chơi, lần đầu thử dựng một video clip về NMR, đưa lên Youtube, mở đầu cho loạt bài phổ biến kiến thức về NMR dưới dạng video clip.

Lần đầu tiên thử, nên khá vất vả, mất hơn 1 ngày, loay hoay đủ kiểu, đủ công cụ mới xuất xưởng được 02 clip..

Xin trân trọng giới thiệu và mong nhận được góp ý

1. Video giới thiệu hệ AVANCE NEO 600MHz tại Viện Hóa học và khả năng ứng dụng NMR trong sinh học (BioNMR):
https://www.youtube.com/watch?v=i4nIprWAxB4

2. Video giới thiệu phần mềm CMC-assist, trợ giúp phân tích và gán phổ NMR
 https://www.youtube.com/watch?v=QMpLROq8ssE&t=250s

Chúc nhân loại, trong đó có Việt Nam, sớm vượt qua đại  dịch Covid 19

NMRHanoi thời Covid19

Đại dịch Covid 19 làm đảo lộn mọi thứ, mọi lĩnh vực trong cuộc sống, ảnh hưởng lên mọi quốc gia, tổ chức, cá nhân. NMHanoi cũng không phải là ngoại lệ. Không nằm trong tâm dịch, nên xáo trộn không đến nỗi như sóng thần, nhưng có thể thấy rõ:

1. Dự án lắp đặt máy AVANCE NEO 600 dự kiến lắp đặt từ 6/2/2020 tại Viện Hóa học (18 Hoàng Quốc Việt - HN), mọi thứ đã sẵn sàng, bây giờ phải hoãn lại vì chuyên gia không sang được. Chưa biết đến tháng mấy mới có phổ NMR 600 MHz đầu tiên đo ở Việt Nam.

Nhích, NMRSaiGon !

NMRHanoi vừa nhận thông tin nóng: Viện kiểm nghiệm thuốc Tp HCM (IDQC) mở khóa đào tạo "Ứng dụng NMR trong hóa học và Hóa dược" miễn phí cho NCS. Như vậy là chỉ sau chưa đầy một năm, hạt giống NMR sinh sau đẻ muộn nhất ở Việt Nam AVANCE NEO 400  (IDQC) đã nhú mầm (xem "Túc tắc NMR Việt"). Thích thì Nhích. Hứa hẹn mùa màng bội thu.

NMR cho người nghèo

Cách đâu không lâu, NMRHanoi đã có bài giới thiệu về cuộc đua "tăng tần số - từ trường" của thiết bị NMR (xem bài "Giấc mơ dự WC của NMRHanoi". Hiện tại, NMR ở Việt Nam có tần số cao nhất là 500MHz. Trên thế giới, tần số cao nhất đang là 1.200MHz. Đây là cuộc chơi của những Đại gia.

Chạy đua theo chiều ngược lại, mới đây, vào tháng 8/2019, tại hội chợ thiết bị EUROISMAR diễn ra ở Berlin (Đức), một trong những tin tức đã làm nóng hội chợ là sự xuất hiện của "Fourier 80", một thiết bị NMR mini dạng để bàn (benchtop NMR) của hãng Bruker, với tần số cộng hưởng cho proton chỉ là 80 MHz. Nhìn từ bên ngoài, vẻ ngoài không có nhiều khác biệt (theo kích thước và trọng lượng) từ các thiết bị mini NMR để bàn khác trên thị trường, gọn nhỏ như một chiếc vali du lich (loại xách theo người lên khoang máy bay).

NMR và Giấc mơ "Người Nhện"

Con Người là "nhất quả đất", nhưng cũng còn vô số điều kỳ diệu của muôn loài khiến chúng ta vẫn phải ghen tỵ, thèm muốn, tạo hóa vẫn đặt ra những thách đố khó giải cho Con Người. Trong số những điều kỳ diệu ấy có nhiều điều liên quan tới các loài Nhện: Nọc độc cực mạnh của nhện độc "Góa phụ đen", khả năng chạy trên mặt nước như trượt băng của lũ nhện nước hay bám chạy trên tường, trên trần của nhện nhà, ... Và không thể không nói đến sự kỳ diệu của tơ nhên, vừa bền, vừa dai, vừa linh động và cái cách mà Thợ nhện dệt tơ thành lưới mà không cần máy móc, chai lọ, lò bễ, ươm ủ gì cả.

Tơ nhện - Tuyệt tác của tạo hóa (Ảnh minh họa)

Helium giết chết Iphone 8

Đầu năm ngoái (2019), Glenn Facey, một chuyên gia nổi tiếng về NMR tại trường đại học tổng hợp Ottawa (Canada),đã  đăng trên blog của mình môt cảnh báo cho các đồng nghiệp NMR dùng Iphone là: "Iphone sẽ "toi" trong môi trường giàu khí Heli!".

I'M TWO YEARS OLD

TÚC TẮC, NMR VIỆT

Trong khi số máy NMR ở các nước đều là con số chục hoặc trăm, thậm chí nghìn, thì ở ta con số máy NMR còn rất khiêm tốn: Vài hệ.

Tuần này, một hệ NMR 400MH đang được lắp đặt tại Viện Kiểm nghiệm thuốc TW tp HCM (200 Cô Bắc, Q1) và chuẩn bị đưa vào khai thác. Như vậy, số máy NMR đang hoạt động tại VN sẽ là 05 hệ: Hà Nội 03 hệ, Tp HCM 02 hệ. Cứ đà này, túc tắc đến năm 2030, VN sẽ có được 10 máy NMR.

NMR IVDr

Thông thường, nói đến NMR là người ta nghĩ ngay đến một công cụ mạnh, không thể thiếu, không có công cụ thay thế để xác định cấu trúc phân tử, với các ứng dụng liên quan tới Hóa học hữu cơ. Rất gần đây, các ứng dụng NMR trong nghiên cứu chuyển hóa chất (NMR based Metabolomics) đã khai thông một hướng ứng dụng mới đầy triển vọng: NMR cho chẩn đoán và điều trị trong y học. Mặc dù vẫn tuân theo nguyên lý NMR nhưng cách tiếp cận cũng như kỹ thuật của "NMR based Metabolomics" có rât nhiều điểm đặc trưng riêng.

NMR và NẤM

Mỗi năm trên toàn thế giới có hơn hai triệu người bị ảnh hưởng bởi nhiễm nấm và tính mạng sống bị đe dọa. Một trong những thách thức lớn đối với các nhà hóa dược và y dược là bí mật của bức tường kiên cố dị thường của tế bào nấm. Đây là mục tiêu chính để chế tạo ra các loại thuốc kháng nấm mới. Mới đây, nhóm nghiên cứu hóa học của Tuo Wang thuộc Đại học bang Louisiana ở Baton Rouge (Mỹ)  đã lần đầu tiên xác định được cấu trúc thành tế bào của một trong những loại nấm phổ biến và gây chết người nhiều nhất. Kết quả được công bố trên Nature Commun 2018, 9, 2747: "Molecular Architecture of fungal cell walls revealed by solid-state NMR". Công việc của họ có thể dẫn đến việc chế tạo các  dược phẩm mới có thể cứu hàng triệu mạng sống.

PHỔ HIẾM

Nhân tiện bạn NTTâm có gửi câu hỏi nêu trên mục #100 Diễn đàn NMR về phổ 2D INADEQUATE, NMRHanoi viết bài mới này để giới thiệu ngắn gọn về một dạng "phổ NMR hiếm".

Đúng là chưa lần nào NMRHanoi nói đến phổ INADEQUATE. Một phần vì có đến hơn 200 dạng phổ NMR khác nhau, nên sẽ có rất nhiều dạng phổ NMR không được đề cập đến, lý do thứ hai là mặc dù phổ INADEQUATE có ý nghĩa rất quan trọng trong xác định các cấu trúc phức tạp, nhưng loại phổ này lại rất ít được đo. Các lý do vì sao INADEQUATE ít được đo, ít được phổ biến sẽ được giải thích dưới đây.

Giấc mơ tham dự WC của NMRHanoi

Nhân vừa xem xong WC 2018 lại đúng vào dịp Viện Hóa học đang trình dự án xin mua máy NMR 600MHz, NMRHanoi xin cập nhật thông tin về cuộc đua tần số trong lĩnh vực phổ kế NMR. Có cái gì đó nhang nhác như chuyện WoldCub đối với Việt Nam trong việc này.

1. Vì sao tăng tần số và tăng đến bao nhiêu ? 

Có 3 nguyên tắc chính liên quan tới việc tăng từ trường (cũng tức là tăng tần số) của phổ kế NMR: 

Nguyên tắc 1: Tăng từ trường/tần số của phổ kế NMR sẽ làm tăng các đặc trưng và tính năng cơ bản của phổ kế (độ nhạy, độ phân giải, ...), do đó tăng chất lượng phổ NMR. Điều này cũng gần giống như tăng dung tích xy lanh xe máy, ví dụ từ 50cc lên xe máy 150cc. Nguyên tắc vật lý này đã được phân tích và diễn giải trong nhiều trang của NMRHanoi.

CHỜ AVANCE NEO 600MHz

Ngày 12/6/2018, Viện Hóa học đã tổ chức Hội thảo "NMR và ứng dụng" lần thứ 5. Hai nội dung chính đã được các diễn giả Kwanchai (Bruker) và NTTai (Viện Hóa học) trình bày, sau đó được các đại biểu trao đổi sôi nổi tại hội thảo là:

1. Hãng Bruker giới thiệu thế hệ thiết bị NMR mới (AVANCE thế hệ thứ 5): AVANCE NEO, hướng trọng tâm vào thiết bị AVANCE NEO 600MHz (Hiện tại ở Việt Nam mới chỉ có 01 thiết bị NMR 400MHz và 03 thiết bị NMR 500MHz). 
2. Viện Hóa học trình bày Đề xuất dự án bổ sung phổ kế AVANCE NEO 600MHz.

HỘP ĐEN NMR

Nhiều người đến với NMR đơn giản chỉ để tìm câu trả lời cho những câu hỏi đại loại như:

• Chất này là chất gì ?
• Chất này có phải là Vitamin A không ?

Chứ hoàn toàn không muốn đau đầu với những khái niệm như Spin, Fourier, Larmor, CS, J-coupling, COSY, ...

Lại có những người cả đời mới cần đến NMR 1-2 lần. Thật vô lý nếu bắt họ phải đau đầu với những khái niệm rắc rối của NMR.

Với những đối tượng kiểu như trên, mong muốn khát khao cho họ là có một "hộp đen" để thả mẫu hay thả phổ NMR vào một phía và nhận câu trả lời mong muốn ở phía kia của hộp đen, không phải đau đầu với những khái niệm rắc rối của NMR. 

Bài viết này sẽ giới thiệu và tặng một chiếc "hộp đen" như vậy cho những người không muốn đau đầu với những khái niệm rắc rối của NMR. 

Việc duy nhất phải làm là hãy kiên nhẫn đọc cho hết bài này rồi lặng lẽ làm theo hướng dẫn.

NMR Siêu tốc

Phổ 1H NMR ra đời từ năm 1946, nhưng mấy năm đầu nó chỉ là "game" của các nhà vật lý, cho đến năm 1951, khi phát hiện ra hiện tượng che chắn và độ dịch chuyển hóa học trên phổ 1H NMR, thì các nhà hóa học mới cảm nhận được triển vọng phân tích tiềm tàng của nó. Tiếp đến những cột mốc mang tính cách mạng về "Phát minh ra phổ 2D NMR" vào những năm 70 và tiếp sau là "Ra đời phổ 3D-NMR, phổ 4D-NMR" thì không chỉ các nhà hóa học mà ngay cả các nhà sinh học, dược học, y học cũng phải thốt lên: "Không thể không có NMR ! nD-NMR muôn năm !".

NMR thời 4.0

"Cách mạng 4.0" đang rộ lên như là một cụm từ "thời thượng". Trong công nghệ vũ trụ, viễn thông, giao thông, quản lý thuế, ... với chính phủ, doanh nghiệp, gia đình ... cho xuống đến tận mớ rau, con cá, đâu đâu cũng thấy nói "Bốn chấm không, bốn chấm không !"

Về mặt kỹ thuật, công nghệ, NMR là một trong những lĩnh vực "cao ngất ngưởng", thường đi tiên phong trong việc ứng dụng các công nghệ mới nên việc tiếp cận và cập nhật "Cách mạng 4.0" là "khỏi phải nói" và  chắc là đã được khởi động từ lâu rồi. Thế mà mới đây, ngay trong tháng này, 25 chuyên gia đại diện cho 23 cơ sở nghiên cứu hàng đầu thế giới về NMR trong đó có cả hãng sản xuất máy NMR uy tín nhất là Bruker và 2 nhà cung cấp phần mềm NMR danh tiếng là ACDLab và MestreLab đã cùng nhau soạn thảo một kiến nghị: "Phải 4.0 dữ liệu NMR". Kiến nghị này được đăng trên tạp chí Cộng hưởng từ trong hóa học (Magnetic Resonance in Chemistry), số ra năm 2018 với tên: "NMReDATA, a standard to report the NMR assignment and parameters of organic compounds". Ở đây, NMReDATA là NMR extracted Data, hiểu là dữ liệu cấu trúc khai thác từ phổ NMR.

THÔI NÔI

Chúc mừng 01 năm, ngày khai trương Quán NMRHanoi. Dù nhiều việc không thực hiện được như dự định, Quán chưa nhộn nhịp, đông vui, nhưng tương lai sáng sủa vẫn ở phía trước.

NMRHanoi

Welcome Chem 17.1 Course !

Chào các em học viên lớp Cao học Chem 17.1.

Theo thông báo từ Phòng giáo vụ Học viện Khoa học Công nghệ, chủ nhật tuần sau 05 học viên cao học của lớp Chem 17.1 sẽ bắt đầu khóa học "Ứng dụng các công cụ phổ trong nghiên cứu cấu trúc phân tử". Khóa học sẽ diễn ra trong 4 ngày chủ nhật liên tiếp từ đầu tháng 4/2018 và kết thúc bằng kỳ thi vào chủ nhật đầu tiên của tháng 5/2018.

Hà Nội Mùa Thu, Mùa Thu HN

Gần 3 tháng qua vì quá bận với một vài việc nóng khác, trong đó có cả những lần vivu phượt (Móng Cái, Sa Pa, Quy Nhơn) nên NMRHanoi quán phải tạm đóng cửa.

Thành thật xin lỗi.

Hà Nội, mùa thu lại về, Quán lại mở cửa !

Welcome ! Welcome !

NMR in Vivo

Để phân tích các thành phần chất chuyển hóa (metabolites) trong cơ thể sống, người ta phải lấy dịch sinh học (huyết thanh, nước tiểu, nước ối, dịch chiết tế bào, ...) từ cơ thể hay tế bào sống đem đi chiết, tách, làm sạch để được một hoặc vài chất chuyển hóa cần quan tâm rồi đo phổ NMR dạng mẫu lỏng, hay còn gọi là NMR phân giải cao, hoặc đo phổ NMR trực tiếp dịch sinh học không chiết tách rồi dùng phương pháp NMR thống kê hay còn gọi là Metabolomics - NMR.

Việc phân tích NMR trực tiếp tế bào sống để có được thông tin sát thực và sống động về các chất chuyển hóa trong tế bào là ước ao của các nhà khoa học nhưng gặp rất nhiều khó khăn kỹ thuật. Khó khăn lớn nhất liên quan tới hiện tượng "méo do cảm ứng từ" (magnetic susceptibility distortions) khi đưa tế bào với thành phần hóa học khá phức tạp vào trong vùng cộng hưởng của máy NMR. Trong khi đó, MRI là phương pháp dựa trên nguyên lý NMR, cho phép đo trực tiếp cơ thể sống, nhưng nó chỉ cho ta hình ảnh "cơ học" của cơ thể chứ không cho ta bức tranh về hóa học tế bào. Nói cách khác, Metabolomics - NMR hay MRI, cũng vẫn chỉ cho ta bức tranh gián tiếp về tế bào, chứ không phải là bức tranh hóa học tế bào.    

NMR tầm soát ung thư

NMR được biết đến như là một công cụ phân tích cấu trúc phân tử rất hữu hiệu. Yêu cầu số một đối với mẫu đo NMR là mẫu phải sạch theo nghĩa là chỉ có duy nhất 01 loại phân tử trong mẫu phân tích. Ngược lại, với NMR thống kê, mẫu đo NMR lại ở dạng hỗn hợp, chứa hàng trăm đến hàng ngàn loại phân tử trong cùng một mẫu đo. Phổ NMR của mẫu "bẩn" như vậy chắc chắn không cung cấp cho chúng ta chút thông tin nào về cấu trúc.

Mẫu hỗn hợp trong nghiên cứu NMR thống kê thường là các dạng dịch sinh học (máu, nước tiểu, mồ hôi, nước bọt) dịch chiết động thực vật hay các sản phẩm nông nghiệp. Những mẫu không tách, không làm sạch như vậy sẽ chứa hàng nghìn tới hàng chục nghìn đơn chất trong cùng một mẫu đo NMR do vậy phổ NMR sẽ vô cùng phức tạp, không thể giải phổ như khi phân tích cấu trúc.

Quy tắc "Hai ngang, Một dọc"

Vào dịp nghỉ lễ 4 ngày đầu tháng 5, khi tìm hiểu để viết bài giới thiệu phổ mới H2BC, NMRHanoi nảy sinh ý tưởng làm sao đó để có thể ghép phổ HSQC với phổ H2BC thành một phổ duy nhất để giải phổ. Khi đó chỉ cần thực hiện quy tắc đơn giản "Hai ngang, Một dọc" là có thể nối các nút C thành "dây C" để dựng khung cấu trúc phân tử. Cụ thể quy tắc ấy như sau:

Giả sử ta đã có bộ dữ liệu 2 phổ HSQC và H2BC. Việc làm đầu tiên là bằng cách nào đó ghép (chồng khít) 2 phổ này thành 1 phổ duy nhất, với các pic Xanh là liên kết C-H (1J HSQC) và các pic Đỏ là liên kết C-C-H (2J H2BC). Lưu ý: Để xác định số nút Xanh hay Đỏ trên một hàng ngang (trục C), ta nêu một quy ước như sau: các cặp píc của CH2 bất đối xứng trên cùng hàng ngang C thì chỉ tính là Một píc (píc kép).

Sát thủ CCH

Bước quan trọng trong giải phổ chính là xác định khung cấu trúc, chủ yếu là xác định các liên kết C-H, trừ các phân tử quá nhỏ, rất đơn giản, nhìn lướt qua phổ đã xác định được cấu trúc, gán được phổ, không cần dựng khung. Khoảng 30 năm về trước, hai công cụ chính để xác định liên kết C-H là phổ HETCOR để xác định 1J(C-H) và phổ COLOC đối với 2J, 3J, thậm chí 4J. Sau này, phổ HETCOR và COLOC được thay thế tương ứng bằng 2 dạng phổ HMQC và HMBC là những phổ đo đảo có độ nhạy cao hơn nhiều. Gần đây, người ta có xu hướng thay thế phổ HMQC bằng kỹ thuật tương tự là phổ HSQC, vốn được dùng xác định liên kết N-H trong cấu trúc protein.

Mật mã trầm hương

Nữ hoàng Sheba là nhân vật huyền thoại nổi tiếng trong cổ sử Trung Đông và Kitô giáo. Nữ hoàng của vương quốc Sheba cổ đại bên bờ Địa Trung Hải mê hoặc hậu thế bởi câu chuyện tình lãng mạn giàu tính tiểu thuyết. Tương truyền rằng nữ hoàng đã mang theo một đoàn tùy tùng dắt những con lạc đà trên lưng tải nhiều của quý, tìm đến kinh thành Jerusalem để cầu thân với hoàng đế thông tuệ lừng danh Salomon. Theo đồn đại, vàng bạc, châu báu chỉ xếp hàng thứ hai, thứ ba trong số của cải nữ hoàng Sheba mang theo sang Jerusalem. Vị trí thứ nhất thuộc về trầm hương xứ Sheba, có nguồn gốc từ cây Boswellia Sacra, với mùi thơm đặc biệt, người đời sau gọi tên là Frankicense hay còn gọi là Trầm Sheba.

Giãn dân Proton

Phổ 1H NMR hay phổ COSY H-H có những vùng dày đặc, chồng chập tín hiệu, như vùng 1-2ppm của các steroid, vùng 2-3ppm của các terpen hay vùng 3-4ppm của các polysaccharide. Quá trình giải phổ rất dễ bị tắc nghẽn tại đây, không nhúc nhích được.

Sở dĩ có hiện tượng này vì độ địch chuyển hóa học của 1H "định cư" trong phạm vi quá chật hẹp, "chen chúc, giẫm đạp" nhau trong khoảng 10ppm phổ, trong khi đó "cư dân" C thường thưa thớt hơn, xông xênh, rộng rãi trong phạm vi cỡ 200ppm, gấp cỡ 10 lần so với 1H.

Thư ngỏ

Nuclear Magnetic Resonance (NMR) dịch sang tiếng Việt là Cộng hưởng từ hạt nhân (CHTHN), là một trong những phương pháp phân tích đầu tay đối với hóa học hữu cơ và các lĩnh vực liên quan tới hóa hữu cơ như sinh hoc, y dược, môi trường, thực phẩm, ... NMR chủ yếu cung cấp thông tin về cấu trúc phân tử dựa trên các thuộc tính từ (magnetic) và tương tác điện từ của các hạt nhân có mặt trong phân tử. NMR được chia thành 2 mảng chính là NMR cho mẫu dạng dung dịch, hòa tan (mẫu lỏng) và NMR cho mẫu dạng rắn. Trên thực tế, NMR cho mẫu lỏng phát triển hơn rất nhiều so với NMR cho mẫu rắn kể cả trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Đối tượng chính của NMR mẫu lỏng là các chất hữu cơ, từ các phân tử vừa và nhỏ tới các đại phân tử như protein, ADN, ...