• Journal of Biosystems Engineering
• /
• 제39권4호
• /
• pp.345-351
• /
• 2014

Purpose: Rapid detection of bacteria is very important in agricultural and food industries to prevent many foodborne illnesses. The objective of this study was to develop a portable nuclear magnetic resonance (NMR)-based system to detect foodborne pathogens (E. coli). This study was focused on developing a method to detect low concentrations of magnetic nanoparticles using NMR techniques. Methods: NMR relaxometry was performed to examine the NMR properties of iron nanoparticle mixtures with different concentrations by using a 1 T permanent magnet magnetic resonance imaging system. Exponential curve fitting (ECF) and inverse Laplace transform (ILT) methods were used to estimate the NMR relaxation time constants, $T_1$ and $T_2$, of guar gum solutions with different iron nanoparticle concentrations (0, $10^{-3}$, $10^{-4}$, $10^{-5}$, $10^{-6}$, and $10^{-7}M$). Results: The ECF and ILT methods did not show much difference in these values. Analysis of the NMR relaxation data showed that the ILT method is comparable to the classical ECF method and is more sensitive to the presence of iron nanoparticles. This study also showed that the spin-spin relaxation time constants acquired by a Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) pulse sequence are more useful for determining the concentration of iron nanoparticle solutions comparwith the spin-lattice relaxation time constants acquired by an inversion recovery pulse sequence. Conclusions: We conclude that NMR relaxometry that utilizes CPMG pulse sequence and ILT analysis is more suitable for detecting foodborne pathogens bound to magnetic nanoparticles in agricultural and food products than using inversion recovery pulse sequence and ECF analysis.

• 한국식품과학회지
• /
• 제35권4호
• /
• pp.653-659
• /
• 2003

황색콩과 검은콩의 원산지를 판별하기 위하여 일반성분 및 20 MHz pulsed NMR을 이용하여 자기완화시간을 측정하였다. 일반성분으로는 황색콩은 조지방 함량 만이 원산지별 차이를 나타내었고, 검은콩의 경우에는 수분과 단백질 함량이 원산지별 차이를 보였다. 20 MHz pulsed NMR을 이용하여 자기완화시간 및 고형지방함량을 측정한 결과 황색콩은 고형지방함량과 $T_2-CPMG$ 측정시 원산지에 따라 유의적인 차이를 나타내었으며, 검은콩은 $T_1-SR$을 제외한 모든 측정항목에서 원산지별 차이를 나타내었다. 황색콩과 검은콩의 원산지 판별 분석시 일반성분만으로 정준판별분석을 시행한 결과 $70{\sim}91.7%$의 정확도를 나타내었으나, NMR 자기완화시간 및 고형지방함량을 이용한 경우 100%의 정확성으로 원산지를 판별해낼 수 있었다.

• Investigative Magnetic Resonance Imaging
• /
• 제5권1호
• /
• pp.33-37
• /
• 2001

목적 : 자성 자기공명조명제의 효율을 결정하는데는 상자성물질의 물분자 결합위치에 구속되어 있는 물분자와 자유 물분자사이의 물분자 교환율이 매우 중요한 역할을 담당한다. 따라서 본 연구에서는 $^{17}O-NMR$기법을 사용하여 현재 상용화 되어 있는 Gd 자기공명조영제 및 최근 간특이성 자기공명조영제로 제안되고 있는 Gd-EOB-DTPA의 물분자 교율을 측정하고자 하였다. 대상 및 방법 본 연구에 사용된 조영제는 Gd-DTPA, Gd-DTPA-BMA, Gd-DOTA, Gd-EOB-DTPA 이며 여기에 Isotech 사의 5% $^{17}O$로 치환된 증류수를 혼합하여 사용하였다. 결과적인 시료의 pH는 buffer용액을 사용하여 pH=7로 고정하였으며 다양한 온도에서 Bruker-600 (14.1 T, 81.3 MHz)모델의 NMR장비를 사용하여 측정하였다. 에코열 24개의 Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) 펄스 시권스를 사용하여 $^{17}O$의 스핀-스핀 이완시간(T2)을 측정하고 이렇게 얻어진 T2 데이터는 최소자승법을 이용하여 Solomon-Bloembergen방정식에 fitting시켜서 최종적으로 각 조명제의 물분자 교환율을 계산하였다. 결과 : 측정된 각 조영제의 물분자 교환시간은 300k의 온도에서는 Gd-DTPA의 경우 0.427, Gd-DTPA-BMA의 경우 $1.99{\;}{\mu}s$, Gd-DOTA의 경우 $0.27{\;}{\mu}s$, Gd-EOB-DTPA의 경우 $0.11{\;}{\mu}s$로 나타났으며 이러한 물분자 교환시간은 온도에 따라 변화함을 알았다. 물분자 교환시간의 온도 의존성은 모든 조영제에서 지수함수의 형태로 나타났으나 조영제에 따라 온도가 올라감에 따라 물분자 교환시간이 감소하는 감소율에서는 차이를 나타내었다. 결론 : 상자성 조영제의 relaxation enhancement 기전을 이해하는데는 물분자 교환율에 대한 정보가 매우 중요하며 이러한 물분자 교환율을 정확히 측정하는데는 $^{17}O-NMR$기법이 매우 유용함을 알 수 있었다.

• 한국식품과학회지
• /
• 제35권1호
• /
• pp.57-61
• /
• 2003

냉동 및 해동과정 중의 돈육의 NMR 자기완화시간의 변화를 측정하고, $T_2\;CPMG$ 데이터의 연속 분배 분석을 통하여 근육 내 물의 상태 변화를 조사하였다. 고형 지방 함량은 온도가 낮아질수록 약간 증가하는 경향을 보였으나, 어는점인 $-4^{\circ}C$에서 급격하게 증가되어 $-25^{\circ}C$에서 85%의 고형 지방 함량을 나타내었다. 이와 반대로 자기완화시간은 온도가 낮아질수록 감소하는 경향을 보여, 온도에 따라 물의 상태가 변화하여 얼음 결정을 형성하는 것을 알 수 있었다. 특히 $T_2$ 자기완화시간은 냉동보다 해동시의 $T_2$가 더 높게 나타나 형성되었던 얼음 결정이 녹으면서 원래 상태로 복원되지 않고 육즙 유출을 형성하였음을 예상할 수 있었다. 따라서 $T_2\;CPMG$ 데이터의 연속 분배 분석을 수행하여 온도에 따른 물의 상태 변화를 조사하였다. 주성분은 $30{\sim}45\;ms$의 $T_2$로 온도가 낮아질수록 함량이 감소하였으며, $-4^{\circ}C$ 이하에서는 검출되지 않았다. $-4^{\circ}C$ 이하에서는 $T_s$만이 검출되었고, 피크의 크기는 온도가 낮아질수록 감소되어 $-25^{\circ}C$에서는 아무런 피크도 나타나지 않았다. 해동 중의 $T_2$ 성분의 변화는 $-4^{\circ}C$ 이하에서는 냉동과정과 마찬가지로 $T_s$ 1개의 피크만이 검출되었고, $-4^{\circ}C$이상으로 단계적으로 승온하는 과정에서 냉동시보다 $T_m$과 $T_l$의 면적이 더 넓게 나타나, 냉동과 해동과정을 거치면서 결합수와 자유수간의 상태 변화가 일어났음을 알 수 있었다.