Результат сотрудничества компаний Fujikura и Bruker – сверхпроводящий магнит для ЯМР-спектроскопии

Компании Fujikura Ltd. и Bruker Corporation, которые совместно работают в области сверхпроводящей технологии уже на протяжении десятка лет, объявили о достижении важного этапа в этом долголетнем сотрудничестве: магнит для спектрометров ядерного магнитного резонанса высокого разрешения с напряжённостью магнитного поля 28,2 Тл, сердечник которого выполнен исключительно из высокотемпературных сверхпроводящих материалов, разработанных и произведенных компанией Fujikura, был успешно подключён к электросети. Поле напряжённостью 28,2 Тл соответствует резонансной частоте колебания 1H 1,2 ГГц, что является в настоящее время мировым рекордом для установок на ядерном магнитном резонансе высокого разрешения.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР) является широко распространённым аналитическим методом, который используется в целом ряде областей, включая идентификацию структуры в химии, контроль качества, материаловедение и структурную биологию. В ЯМР-анализаторе подлежащие исследованию образцы помещаются в сильные магнитные поля. Более высокие магнитные поля приводят к более высокому разрешению и более высоким коэффициентам «сигнал-шум» при измерении с помощью ЯМР, поэтому часто используются очень мощные сверхпроводящие магниты. До недавнего времени для промышленного производства таких магнитов были доступны только низкотемпературные сверхпроводящие материалы, преимущественно сплавы из ниобия и титана (NbTi) и ниобия и олова (Nb3Sn). С такими материалами, из-за присущих им свойств, нельзя получить магнитные поля интенсивностью, превышающей приблизительно ~ 23,5 Тл (что соответствует резонансной частоте 1H приблизительно 1,0 ГГц).

Высокотемпературные сверхпроводники, такие как проводники из оксида редкоземельного элемента меди-бария, производимые компанией Fujikura, помогают преодолеть этот барьер, и недавно благодаря им стало возможным успешное создание ЯМР-спектрометров с частотой 1,1 и 1,2 ГГц.

Компания Bruker является ведущим мировым поставщиком ЯМР-спектрометров и исторически первопроходцем в области ЯМР-спектрометров со сверхвысокочастотными полями.

Г-н Райнер Кюммерле (Rainer Kümmerle), возглавляющий команду разработчиков приложений ЯМР в компании Bruker, объясняет, что ЯМР сверхвысокочастотных полей представляет собой потрясающую область, которая способна обеспечить обществу большие преимущества. В качестве нескольких примеров можно привести следующие области применения: потребители компании в настоящее время используют ЯМР для определения ДНК и структур белков вируса SARS-CoV-2 и для исследования способности малых молекул лекарственных средств воздействовать на эти структуры.

Кроме того, ЯМР-спектрометры со сверхвысокочастотными полями используются для проведения важных и новаторских высокотехнологичных исследований структур и функционирования белков, связанных с дегенеративными заболеваниями нервной системы, такими как болезни Альцгеймера и Паркинсона, а также исследований в области онкологии. Непрерывные инвестиции в научные исследования и разработки технологии высокотемпературных магнитов, наконец, окупились: компания Bruker теперь готова поставлять первые инновационные ЯМР-спектрометры с частотой свыше 1,0 ГГц.

Компания Fujikura исторически производила высокотехнологичные продукты для целого ряда отраслей, таких как передача электроэнергии и телекоммуникации. Многие из этих продуктов должны быть произведены с высоким уровнем качества и очень большими длинами, что также является требованием, предусмотренным для многих областей применения сверхпроводников. Обширные знания в области производства позволили компании Fujikura разработать и оптимизировать технологические процессы для промышленного производства высокотемпературных сверхпроводящих лент второго поколения из редкоземельных элементов (2G HTS).

Компания Fujikura разработала основные производственные процессы 20 лет тому назад и сохраняет лидирующее положение на мировом рынке в этой области. Компания производит 2G-HTS ленты стабильно высочайшего качества, обеспечивая своим потребителям возможности для новых рекордов в области исследований и коммерческого применения.

Компания Fujikura разработала несколько уникальных производственных процессов, включая ионно-лучевое осаждение (ion beam assisted deposition - IBAD), которое даёт возможность изготавливать высоко-текстурированный буферный слой. Этот процесс стал отраслевым стандартом. Опыт компании в этих процессах позволил ей производить высокотемпературные сверхпроводящие ленты с очень высокими критическими токами на очень больших длинах с исключительно высокой однородностью. Компания Fujikura работает в тесном сотрудничестве с потребителями для удовлетворения конкретных требований в каждой области применения.

Как отмечает г-н Патрик Викус (Patrick Wikus), руководитель программы создания ЯМР-спектрометров частотой 1,2 ГГц в компании Bruker, высокотемпературные сверхпроводящие ленты, производимые компанией Fujikura, имеют очень высокое качество и являются безупречными. Технологические процессы исключительно стабильны и надёжны. Компания Bruker работает с несколькими производителями высокотемпературных сверхпроводящих материалов, как отечественными, так и зарубежными, поэтому она находится в идеальном положении для того, чтобы провести сравнение. Несомненно, компания Fujikura входит в число мировых лидеров-производителей высокотемпературных сверхпроводников.

Существует широкий диапазон потенциальных областей применения лент 2G HTS: эффективные двигатели для выработки электроэнергии, ускорители частиц, магниты для научных исследований, детекторы частиц в пространстве.

ЯМР-спектрометры со сверхвысокочастотными полями компании Bruker являются невероятным достижением и одним из первых успешных крупномасштабных коммерческих воплощений этой технологии. Компания Fujikura гордится разработкой технологий, которые не только улучшают качество человеческой жизни, но также обладают большим потенциалом для промышленных инноваций и сохранения природных ресурсов в ближайшем будущем.