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授課教授:蘇士哲教授
授課教授:蘇士哲教授
壹、NMR光譜原理
核磁共振（NMR, Nuclear Magnetic Resonance）是一種利用原子核在磁場中的物理特性來分析物質結構的技術，核磁共振光譜儀目前已被廣泛地應用在研究：
小分子有機化合物結構
蛋白質三維結構
DNA與RNA交互作用
藥物與蛋白質結合情形
代謝體分析（Metabolomics）
當原子核進入外加磁場後，原本相同能量的自旋狀態會分裂成不同能階，此現象稱為 Zeeman Effect（塞曼效應
氫原子核存在兩種自旋方向：
mI = +1/2（低能態）
mI = -1/2（高能態）
由上方公式計算兩者之間的能量差
NMR 利用一個短暫且高能量的 RF pulse 同時激發所有原子核後，可一次量測目標所有原子核震盪的 FID（Free Induction Decay）
再利用傅立葉轉換（Fourier Transform）轉換為 Frequency Domain Spectrum 也就是最後看到的 NMR 光譜。
現代 NMR 又稱 FT-NMR（Fourier Transform NMR）
快速、高效率、且高靈敏度
左圖：FID（Free Induction Decay）
右圖：Frequency Domain Spectrum
貳、核磁共振儀
清華大學生物核磁共振中心目前擁有：
500 MHz (12 Tesla)
600 MHz (14 Tesla)
850 MHz (20 Tesla)
高磁場儀器能夠提供更高解析度與更佳訊號品質。
磁場越強：
能階差越大
訊號越容易偵測
解析度越高
NMR 最核心的設備就是超導磁鐵（Superconducting Magnet）磁場強度遠高於一般磁鐵。為了維持超導狀態，需要利用液態氦與液態氮進行冷卻(成本高昂)。
參、NMR多維光譜
一維 NMR（1D NMR）
一維 NMR（1D NMR）
最基本的 NMR 光譜為 ¹H NMR
優點：
快速
操作簡單
缺點：
訊號容易重疊
無法分析大型分子
二維 NMR（2D NMR）
二維 NMR（2D NMR）
將原本擠在同一條軸上的訊號分散到兩個維度中。
增加解析度
分辨更多訊號
研究分子內部關係
TOCSY: Through-bond
觀察哪些原子之間存在化學鍵連接。
NOESY: Through-space
觀察哪些原子雖然沒有化學鍵相連，但在空間中彼此接近。
肆、課後練習
序列：DAEBC
序列：DAEBC
伍、心得總結
這次參訪讓我第一次認識到生物核磁共振技術。令我印象最深刻的是，科學家竟然能夠利用原子核在磁場中的微小能量差，進一步推算蛋白質的三維結構與分子交互作用。尤其是利用 NOE 距離限制逐步重建蛋白質結構的過程，更讓我體會到物理、化學與生物在現代科學研究中的高度整合。
此外，我也了解到多維 NMR 在藥物開發、蛋白質研究以及代謝體分析中的重要角色。透過觀察 Chemical Shift 的變化，研究人員甚至能夠分析蛋白質與藥物分子之間的結合情形，這對於新藥開發與精準醫療都具有極大的價值。最後，可以實際參觀高價打造的生物核磁共振核心設施讓我對於大型科研儀器與結構生物學研究有了更深入的認識，也更加了解基礎科學研究對醫學與生技產業發展的重要性。
陸、參考資料
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