Parawasserstoffinduzierte Kernspinhyperpolarisation unter ALTADENA- und PASADENA-Bedingungen

Die Parawasserstoffinduzierte Kernspinhyperpolarisation unter ALTADENA- und PASADENA-Bedingungen basiert auf der Hydrierung ungesättigter organischer Moleküle unter Verwendung von Parawasserstoff (para-H₂). Parawasserstoff besitzt ausschließlich den Singulett-Zustand des molekularen Wasserstoffs und wird bei sehr tiefen Temperaturen in Gegenwart eines Katalysators (z. B. Aktivkohle) angereichert. Durch Hydrierung wird der mitttels MR nicht detektierbare para-H₂ in ein AX-System überführt, in dem nur Zustände entsprechender Symmetrie besetzt sind. Die hohe Spinordnung des angereicherten para-H₂ wird in einen (nicht thermischen) Besetzungsunterschied der Zeeman-Niveaus der beiden Protonen überführt, woraus erhöhte MR-Signale resultieren.

Die Polarisation kann außerdem auf andere MR-aktive Kerne im Spinsystem, wie z. B. Fluor übertragen werden. Bei Signalerhöhung können so geringere Konzentrationen nachgewiesen bzw. schnellere Messungen durchgeführt werden. Die erreichten Signalverstärkungen sind jedoch stark abhängig von der Auswahl des Katalysatorsystems sowie des Lösungsmittels.

Zu den Anwendungsfeldern zählen die Entwicklung hochspezifischer Kontrastmittel, die Untersuchung von Reaktionsmechanismen sowie die Aufklärung von molekularen Wechselwirkungen. Im Bereich der MR-Bildgebung können hyperpolarisierte Kerne, wie ¹⁹F, die kaum biologisches Vorkommen aufweisen, kontrastverstärkend genutzt werden. Sie heben sich stark vom Hintergrund ab bzw. können zusätzlich mit ¹H-basierten anatomischen Daten überlagert werden. So gelang beispielsweise der Nachweis von hyperpolarisiertem 3-Fluorostyrene bei einer Konzentration von 5 mmol l^-1 in 466 ms.