厦门大学林雁勤团队: 基于深度学习获取超高质量 NMR 化学位移谱

学术   科学   2025-02-04 12:50   英国  

研究背景

¹H 核磁共振(NMR)是一种广泛应用的分析技术,可以用于化合物甚至结构复杂的蛋白质的结构分析。然而,由于 ¹H 的标量偶合导致的谱峰分裂和窄的化学位移范围,谱图往往存在谱峰重叠严重和分辨率低的问题,这极大地影响了谱峰化学位移的正确识别。
为了去除标量偶合,纯化学位移技术逐渐发展起来,但是目前典型的纯化学位移技术存在着灵敏度损失严重、伪峰干扰、采样时间长等问题,解决这些问题将有助于谱图的分析。目前,深度学习在许多领域都有着广泛的应用,也可以被用于获取高质量化学位移谱。

研究内容

近日,厦门大学林雁勤课题组提出基于深度学习获取化学位移谱的新方法。
  • Figure 1. 图文摘要
为了获得高分辨率、高灵敏度的化学位移分辨谱,该团队构建了 SE2CSNet(Spin Echo to Obtain Chemical Shift Network),用于对自旋回波脉冲序列采集的核磁共振数据进行处理。通过检测自旋回波谱中不同峰的相位变化,SE2CSNet 可以准确识别谱峰的化学位移位置。

  • Figure 2. SE2CSNet 的工作流程。数据尺寸用 C×W×H 表示,其中W为直接维数的大小或特征矩阵的宽度,H 为间接维数的大小或特征矩阵的高度,C 为通道数。

该网络在多个具有代表性的实验样品上进行了测试,结果表明网络可以从谱峰重叠严重以及低信噪比的谱图中准确地获取化学位移位置,并且没有强偶合伪峰和噪声,所获取的化学位移谱是高分辨率和高灵敏度的。

相关研究成果以“Deep learning enabled ultra-high quality NMR chemical shift resolved spectra”(《基于深度学习获取超高质量 NMR 化学位移谱》)为题发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上。杨铮显蔡伟刚为共同第一作者,林雁勤教授为通讯作者。

论文信息

  • Deep learning enabled ultra-high quality NMR chemical shift resolved spectra
    Zhengxian Yang,‡ Weigang Cai,‡ Wen Zhu, Xiaoxu Zheng, Xiaoqi Shi, Mengjie Qiu, Zhong Chen, Maili Liu and Yanqin Lin*林雁勤,厦门大学)
    Chem. Sci., 2024, 15, 20039-20044
    https://doi.org
    /10.1039/D4SC04742G

作者简介

杨铮显

本文共同第一作者,现为一名算法工程师,2023 年从厦门大学硕士研究生毕业,在校期间导师为林雁勤教授,主要从事深度学习及磁共振应用的研究工作。







蔡伟刚 硕士研究生
厦门大学

本文共同第一作者,现为厦门大学在读硕士研究生,导师为林雁勤教授,主要从事深度学习及磁共振应用的研究工作。







林雁勤 教授
厦门大学

本文通讯作者,厦门大学教授,博士生导师,主要从事核磁共振技术的发展及其生物医学和化学应用的研究工作。2004 年本科毕业于厦门大学电子信息科学与技术专业(保送研究生),2007 年到 2009 年作为联合培养博士生到美国罗切斯特大学 (University of Rochester) 学习,2010 年博士毕业于厦门大学无线电物理专业。博士毕业后留校工作。2015 年到 2016 年作为访问学者(博士后)到美国约翰霍普金斯大学医学院进修。多次获得国际医学磁共振协会 (ISMRM) 的 E.K. Zavoisky Stipend 资助奖。主持了国家自然科学基金,福建省自然科学基金和中央高校基本科研业务费。已经在包括 Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, Chemical Science, Analytical Chemistry 等国内外重要学术刊物上发表 SCI 论文。拥有美国发明专利 1 项,PCT 发明专利 1 项,中国发明专利 10 多项。国家自然科学基金评审专家。国际主流期刊 Journal of the American Chemical Society、Analytical Chemistry 等的审稿人。

期刊介绍

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rsc.li/chemical-science

Chem. Sci.

2-年影响因子*7.6
5-年影响因子*8.0
JCR 分区*Q1 化学-综合
CiteScore 分14.4
中位一审周期33 


Chemical Science 是涵盖化学科学各领域的跨学科综合性期刊,也是英国皇家化学会的旗舰期刊。所发表的论文不仅要在相应的领域内具有重大意义,而且还应能引起化学科学其它领域的读者的广泛兴趣。所发表的论文应包含重大进展、概念上的创新与进步或者是对领域发展的真知灼见。发文范围包括但不限于有机化学、无机化学、物理化学、材料科学、纳米科学、催化、化学生物学、分析化学、超分子化学、理论化学、计算化学、绿色化学、能源与环境化学等。作为一本钻石开放获取的期刊,读者可以免费获取所发表论文的全文,同时从该刊的论文版面费由英国皇家化学会承担,论文作者无需付费。

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  • Andrei Yudin
    🇨🇦 多伦多大学

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

 CiteScore 2023 by Elsevier

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