手性分子识别对于化学及制药行业至关重要，我们合成了三种含氨基酸结构单元的手性脲（L-Phe-U、L-Ala-U以及L-Val-U）作为手性溶剂化试剂，利用NMR技术对含有不同取代基的手性有机羧酸分子进行对映体识别. 在4-二甲氨基吡啶的辅助作用下，L-Phe-U对不同的有机羧酸都具有一定的手性识别能力，R型和S型C_αH基团¹H的化学位移差（ΔΔδ）范围可达2.4 ~ 16 Hz，同时能够准确测定RS-扁桃酸的对映体过量值. 通过比较发现手性溶剂化试剂含有的苯基及底物手性碳中心连接的基团都会影响手性脲的识别能力. 我们利用DOSY实验测定了扁桃酸在不同体系下的扩散系数，对R型和S型对映体进行区分，揭示了其手性识别的动力学变化.

免疫抑制性肿瘤微环境（ITME）对抗肿瘤免疫治疗构成了重大障碍．为应对这一挑战，本研究基于Mn²⁺和内源性血红素制备了一种新型纳米酶，其具有多重类酶催化活性，可有效逆转ITME并激活抗肿瘤免疫应答，从而协同增强免疫检查点抑制剂（Immune checkpoint inhibitor，ICI）αPD-L1对肿瘤生长和转移的抑制作用．同时，该纳米酶兼具磁共振成像功能，可实现对肿瘤及纳米酶分布的可视化追踪．

磁共振指纹（MRF）成像技术在疾病组织磁敏感性定量分析方面展现出巨大的应用前景．然而，如何从高欠采样数据中重建出高质量的时域图像，进而实现高精度定量成像，依然是MRF技术发展面临的关键挑战之一．本文提出了一种基于流形结构正则化的MRF重建方法．该方法将指纹信号与组织定量参数视为流形上的数据点，并揭示了指纹流形与参数流形之间存在内在的拓扑结构一致性．基于此重要发现，构建了MRF成像的流形结构正则化约束，通过在重建过程中保持指纹流形与参数流形的结构一致性，有效提升了重建质量．此外，为了充分挖掘数据内部的潜在关联，还在重建框架中融合了局部低秩先验，进一步增强了重建性能．实验结果表明，与现有先进方法相比，本文所提出的方法在重建质量上取得了显著提升，同时大幅降低了计算耗时，充分展现了其在高精度定量成像中的应用潜力．

磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）在孕中期胎儿骨骼异常诊断领域具有重要研究价值.当前，该诊断面临精准度及影响妊娠结局评估方面的挑战，传统产前B超在诊断效能等方面存在一定局限．本文在2021年1月至2024年1月期间，对58例经引产或分娩后证实为胎儿骨骼异常的孕妇的孕中期影像报告进行研究发现，MRI相较于B超，胎儿骨骼异常检出例数、引产建议的诊断符合率、影像质量总优良率更高．MRI在孕中期胎儿骨骼异常诊断中价值显著，能为孕妇及家属提供可靠胎儿骨骼信息，利于改善妊娠结局，保障优生优育，临床应用前景广阔．

近年来，页岩油气勘探开发力度持续加大，诸多挑战随之而来．孔隙度是页岩储层评价和储量计算的重要依据，为甜点区确定和开发方案制定提供基础数据．低场核磁共振（LF-NMR）技术具有非侵入、无损特性，已成为页岩孔隙度测量的一种重要方法．但页岩NMR响应机制与常规砂岩和碳酸盐储层岩石具有显著差异，此外不当的实验参数和反演过程也可造成NMR孔隙度测量偏差甚至错误．本文首先利用T₁-T₂谱分别对干燥和饱和页岩进行含氢组分定性识别，然后基于均匀静磁场和恒定温度场下NMR信号与被测样品自旋质子数量成正比的特性提出了利用饱和地层水与干页岩的NMR自由感应衰减（FID）脉冲序列信号首幅值差异，经标定后直接测定页岩孔隙度的实验方法．实验结果表明，该方法提供的NMR孔隙度与称重孔隙度具有很好的一致性，消除了骨架含氢组分的背景信号影响．

在磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）领域，多源发射技术能够改善射频磁场均匀性，提高MRI图像质量. 本文提出了一种基于Zynq 7000 SoC全可编程片上系统的便携式磁共振多源射频脉冲发生器的设计. 该设计包含具有脉冲序列参数完全开放的上位机软件，以及一个全数字化、集成度高、双信用卡大小的硬件电路板，从而并行输出多路波形、频率、相位和幅度独立可调节的射频脉冲信号. 利用硬件描述语言Verilog在现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）内部构建高级可扩展接口的直接数字频率合成器（Advanced eXtensible Interface Direct Digital Synthesizer，AXI DDS）和乘法器等硬件电路，实现产生多路射频脉冲信号及信号调制的功能. 实验结果证明，该设计能正确发射四路MRI射频脉冲信号，为便携式磁共振多源射频脉冲发生器的设计提供一种全数字化、可重构性强、结构紧凑的可行方案.

微量样品检测在环境监测、生物科学和医学等领域具有广泛的应用需求．使用常规磁共振探头对微量样品进行检测时，由于线圈的填充因子较小，导致磁共振检测信噪比降低.采用与微量样品尺寸相当的微线圈进行检测可显著提高探测灵敏度，增强信噪比.此外，由于磁共振宽频探测的需求不断增长，人们希望在样品检测过程中减少实验步骤以缩短检测时间.因此，设计能够覆盖更宽频率范围的磁共振微型线圈变得至关重要.目前市场上的商用宽频探头并非针对微量样品检测而设计，且均为调谐探头，探头电路较为复杂，难以满足高效、便捷的应用需求.针对以上问题，本研究设计了一个多层板螺线管结构微线圈，其射频场均匀性良好，且电感和电阻均较小.利用有限元分析软件对线圈结构进行了优化，并采用印刷电路板（Printed Circuit Board，PCB）技术研制.在1.5 T磁共振成像系统磁体下，利用自研的谱仪及宽频射频前端，对250 nL的不同样品进行了测试，实现了氢核（¹H）、氘核（²H）、锂核（⁷Li）和氟核（¹⁹F）等多种元素的磁共振探测.实验结果证明该线圈具有良好的宽频性能.

信噪比（SNR）是影响桌面磁共振波谱仪信号质量的一个关键参数，在探头中使用正交圆极化线圈是提升信噪比的有效手段，由于桌面磁共振波谱仪磁体结构紧凑，留给探头空间有限，对圆极化线圈的设计造成挑战．在桌面磁共振波谱仪中未有其它研究者采用过圆极化线圈．基于实验室自研桌面磁共振波谱仪平台，本文设计并制作了一套基于柔性版的收发一体圆极化线圈，该线圈由一组正交的鞍形线圈和亥姆霍兹线圈构成．首先根据探测目标区域的结构参数确定了单匝线圈的支撑结构与尺寸，然后使用Ansys Maxwell磁场仿真软件确定了圆极化线圈的最优匝数，最后使用自研圆极化探头结合外围射频电路对CuSO₄溶液进行了测试并以此评估该圆极化线圈的性能．实验结果表明，组合构成的圆极化线圈与单通道鞍形线圈和亥姆霍兹线圈相比，SNR分别提升了28.78%和29.21%，发射功率约节省了37.5%，证明圆极化线圈能够有效提升桌面磁共振波谱仪探头性能．

核磁共振（NMR）技术通过测量弛豫时间随磁场的变化特性，可获取多尺度下的分子动力学特征，从而为石油测井等领域的研究提供了关键的检测手段．为减小固液两相磁化率差异引起的磁场梯度效应，石油测井领域的应用研究多在低场下开展，但较低的灵敏度为应用研究带来了严峻的挑战，且对接收链路的噪声性能提出了高要求．作为接收链路的第一级，前置放大器的噪声特性直接影响NMR信号的信噪比．针对低场NMR的需求，本文采用共射-共集两级放大电路级联拓扑结构，并结合负反馈优化输入宽带匹配和噪声系数，由此研制了一种高增益、低噪声的宽带前置放大器．在10~30 MHz频段内，研制的前置放大器的噪声系数（NF）≤0.73 dB，增益（G）≥31 dB，不平坦度≤0.35 dB，等效输入电压噪声密度≤0.45 nV/$\sqrt{\text{Hz}}$．将其集成于NMR谱仪系统，在0.5 T、0.35 T、0.25 T磁场下均获得了较好的¹H NMR谱信噪比．结果表明，研制的低噪声放大器可为低场应用研究提供关键技术支持．

磁共振成像（MRI）作为一种无创的高分辨医学影像技术，是临床医学诊断的利器，当前MRI不断向更高磁场强度发展．高场及超高场MRI在临床医学诊断及新兴前沿成像技术等领域上展现出明显优势，成为全球各国竞相突破的方向．高场及超高场MRI设备是科学研究和临床应用的重要保障，各国均将其作为重要战略行业予以重视和支持．本文全面分析了高场及超高场MRI设备的国内外市场格局、核心技术竞争态势，重点讨论了我国发展面临的机遇与挑战，并提出了针对性建议．