【儀表網 研發快訊】近日，廈門大學化學化工學院高錦豪教授課題組在發展多通道19F核磁共振技術進行成像和信息編碼方面取得重要進展。相關成果以“Super-multiplexed imaging and coding in the range of radio frequency”為題，發表在Nature Communications。
 

　　成像是人類獲取信息的核心方式之一，人類約80%的信息來源于裸眼視覺的成像感知。因此，提升成像技術對于提高信息感知和處理能力至關重要。其中，多通道成像因能同時采集多個獨立信號，能夠顯著提升信息獲取密度，在生物醫學成像、遙感探測等領域已得到廣泛應用。然而，受限于物理原理，許多現有成像技術的通道數仍較為有限。開發具有更高通道數的成像技術，不僅能提升信息密度，還能在信息爆炸的時代提供更高效的數據獲取手段，具有重要的應用價值。
 

　　磁共振成像(MRI)是一種依賴磁性原子核在射頻波段的發射信號來進行成像的技術。因其深層穿透能力，1H磁共振成像(1H MRI)已廣泛應用于生物醫學領域，用于獲得生物體內的解剖學信息。相比之下，19F磁共振成像(19F MRI)以19F原子核為信號源，具有獨特的優勢。首先，19F具有超過350 ppm的寬化學位移范圍，理論上可提供70多個獨立信號通道；其次，19F的生物本底信號極低，使得其成像信號專一性高。然而，當前19F MRI的應用主要集中在生物示蹤，如細胞追蹤和生物靶標監測，且目前最多僅實現了9通道成像。19F MRI在多通道成像和信息編碼方面的潛力尚未被充分挖掘。
 

 

　　高錦豪教授課題組選擇22種具有不同化學位移的含氟砌塊，并引入季銨鹽結構，設計合成了22種氟化膽堿衍生物(FCho)作為19F MRI信號源，成功驗證了22通道19F MRI的可行性(如圖)。選擇其中16個通道進行了二進制16位編碼，實現了19F MRI信息編碼的概念性驗證。基于FCho的獨特離子性質，結合氟化酰胺(FAm)，構建了氟化深共熔溶劑(FDES)，表現出MRI信號雙組分可調控特性。FDES是一種高效的信息存儲介質，適用于多重二維碼加密、雙色水印等應用。在此基礎上，課題組開發了基于FDES的氟化離子凝膠，既保留了FDES的高氟含量和雙組分特性，又克服了液態FDES的流動性限制，使其具備固定形狀，可附著于物體表面或內部。得益于MRI的高穿透能力，離子凝膠可作為隱蔽的防偽標簽，通過19F MRI在不破壞物品結構的情況下無損讀取隱藏信息。此外，課題組還開發了一種基于肉眼視覺和19F MRI感知的空間信息加密策略，實現了更高級的信息加密方式。該研究不僅拓展了磁共振成像的應用邊界，還展示了多通道19F MRI在信息編碼、存儲和加密中的潛在價值，為成像技術與信息技術的結合提供了新的可能性。
 

　　該項研究工作主要在高錦豪教授和林泓域教授的共同指導下完成，2021級博士生江宇航為第一作者。該論文得到國家自然科學基金(22125702、22077107、22477104)和福建省自然科學基金(2023J06002)等項目資助。