人工智能辅助设计射频脉冲,高场NMR数据快速“锁定”

本文概览

核磁共振 (NMR) 波谱是一种强大的高分辨率工具，用于表征生物大分子结构、动力学和相互作用。然而，核自旋的长时间纵向弛豫显着延长了总实验时间，特别是在高和超高磁场强度下。尽管纵向弛豫增强技术加快了数据采集速度，但其应用受到化学位移色散的限制。在这里，我们结合了进化算法和人工智能来设计具有可变相位和幅度的 1H 和 15N 射频 (RF) 脉冲，覆盖更宽的带宽并允许快速数据采集。我们重新设计了基本的横向弛豫优化光谱实验，并表明射频形状增强了折叠良好的蛋白质的光谱灵敏度，分子量高达 180 kDa。这些射频形状可以定制，以重新设计三重共振实验，以加速高场生物大分子的核磁共振波谱。

本文亮点

1. 利用人工智能算法设计出变量相位和振幅的射频脉冲,覆盖更宽的频率带宽,适用于高场和超高场NMR。

2. 这些射频脉冲在执行期间允许化学位移和耦合常数的演化,可以缩短脉冲序列的总时间。

3. 提出了一种快速采集的RAPID-TROSY实验方法,整合了这些新设计的射频脉冲,相比标准TROSY方法灵敏度更高。

4. 在三种不同大小的蛋白样本上验证了该快速采集方法的性能,结果表明该方法可以大大加速数据采集。

5. 该快速采集方法对于大分子、低浓度样本、不稳定样本以及药物筛选等场景具有应用前景。

6. 该方法为设计高场和超高场下适用于大分子的多维关联谱NMR提供了新的思路。

总体来说,该文通过人工智能算法设计脉冲的创新思路,解决了高场NMR面临的技术挑战,使得快速采集数据成为可能。这为高场NMR的发展提供了新的视角。

图文参考

图1|使用 GENETICS-AI 软件设计的射频脉冲形状。

图2|[1H,15N] RAPID-TROSY 实验的脉冲方案

图3|RKIP 不同 TROSY 方案的敏感性比较。

图4| 扫描间延迟为 0.2 和 2.0 s 的不同 TROSY 方案的性能比较。

图5|MBP 不同 TROSY 脉冲序列的比较。

图6| RIIβ 二聚体的不同 TROSY 脉冲序列的比较。