Mapas quantitativos de ressonância magnética (RM) têm sido propostos para quantificar a concentração in vivo de ferro no cérebro. Contudo, a especificidade destes mapas para outros metais e seus respectivos íons metálicos é pouco conhecida, limitando o diagnóstico radiológico e o estudo de doenças relacionadas com acúmulo de metais no cérebro. Propomos nesta tese avaliar a sensibilidade e a especificidade dos mapas de relaxometria (R2, R2*) e de susceptibilidade (QSM, sigla em inglês de Quantitative Susceptibility Mapping) para diferentes metais e respectivos íons paramagnéticos de encéfalos postmortem sem doença neurológica em duas condições (in situ e ex situ). Adicionalmente procuramos identificar as metaloproteinas associadas aos íons paramagnéticos detectados nos tecidos cerebrais. Por último, avaliamos a sensibilidade destes mapas quantitativos em estudos de biodistribuição de nano partículas superparamagnéticas de oxido de ferro em tecido animal e em objeto simulador. Treze sujeitos postmortem sem doença neurológica, 1 paciente postmortem com doença de Parkinson e 6 camundongos brancos swiss (2 controles e 4 injetados) foram estudados. Um idoso saudável também foi examinado para comparações in vivo e postmortem. Mapas de ressonância magnética de encéfalo de humanos e de corpo inteiro de animais foram adquiridos em um equipamento de 3T e 7T, respectivamente. Amostras de tecido cerebral dos núcleos da base e do lobo parietal de ambos hemisférios foram extraídas dos encéfalos humanos após, em média, 148 dias de fixação em solução de formaldeído 4%. A quantificação de íons paramagnéticos e de metais totais foi realizada por ressonância paramagnética eletrônica (RPE) e espectrometria de massa por plasma indutivamente acoplado (ICP-MS, sigla em inglês de Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), respectivamente. Os espectros de RPE de todas as regiões cerebrais estudadas apresentaram 4 conjunto de picos principais de ressonância de diferentes amplitudes. A simulação para os espectros obtidos de RPE permitiu identificar íons de Fe+3 nucleados e isolados em ferritina (g = 2,0 e g = 4,28, respectivamente) e Cu+2 (g = 2,259 e g = 2,062) em ceruloplasmina desnaturada. Mapas de QSM, R2* e R2 de cérebro controle de postmortem in situ e ex situ foram sensíveis e específicos apenas para a concentração de ferro total e de íons paramagnéticos Fe+3, como nanopartículas nucleadas na forma de ferrihidrita na ferritina. Embora cobre presente em ceruloplasmina tenha sido detectado por RPE e ICP-MS, não foi observada correlação com os mapas quantitativos de ressonância magnética. Nossos resultados postmortem confirmam a hipótese teórica de que os valores dos mapas QSM, R2* e R2, nessa ordem, estão mais fortemente correlacionados com o Fe+3 depositado na proteína ferritina. Os mapas de RM in situ foram mais sensíveis para quantificar metais do que os mapas ex situ, possivelmente pelo efeito do processo de fixação, permitindo uma melhor extrapolação dos resultados in situ para a condição in vivo. Nossos achados sugerem uma heterogeneidade nestas variações de sensibilidade, indicando que as técnicas de RM são dependentes da composição do tecido e devem ser levadas em conta para futuras conclusões. Por último, o mapa de susceptibilidade magnética mostrou ser mais independente da biodistribuição de nano partículas superparamagnéticas de oxido de ferro do que o mapa R2* para tecido animal e objeto simulador. / Quantitative magnetic resonance imaging maps have been proposed to quantify the in vivo concentration of iron in the brain. However, the specificity of these maps for other metals and their respective metal ions is little known, limiting the radiological diagnosis and the study of diseases related to accumulation of metals in the brain. In this work, we propose to evaluate the sensitivity and specificity of the relaxometry (R2 and R2*) and susceptibility maps for different metals and respective paramagnetic ions of postmortem controls in two conditions (in situ and ex situ). In addition, we sought to identify the metalloproteins associated with paramagnetic ions detected in brain tissues. Finally, we evaluated the sensitivity of these quantitative maps in studies of biodistribution of superparamagnetic iron oxide nanoparticles in mice. Thirteen postmortem controls, 1 postmortem patient with Parkinson\'s disease and 6 white swiss mice (2 controls and 4 injected) were studied. One healthy elderly man was also examined for in vivo and postmortem comparisons. Magnetic resonance maps of human brain and whole body animals were acquired in a 3T and 7T scanners, respectively. Brain human tissues samples were extracted from the basal nucleus and parietal lobe of both hemispheres after, in averaging, 148 days of fixation in 4% formaldehyde solution. Paramagnetic ion and total metal quantification were performed by electron paramagnetic resonance and inductively coupled plasma mass spectrometry, respectively. The electron paramagnetic resonance spectra of all brain regions studied showed 4 set of major resonance peaks with different amplitudes. Simulations of the spectra obtained from electron paramagnetic resonance allowed the identification of nucleated Fe3+ ions isolated in ferritin (g = 2.0 and = 4.28, respectively) and Cu2+ (g = 2,259 and g = 2,062) in denatured ceruloplasmin. QSM, R2* and R2 maps of postmortem controls in situ and ex situ were sensitivity and specific only for the concentration of total iron and Fe3+ as nanoparticles nucleated in the form of ferrite inside of ferritin. Although copper present in ceruloplasmin was detected by electron paramagnetic resonance and mass spectrometry, no correlation was observed with the quantitative magnetic resonance maps. Our postmortem results confirm the theoretical hypothesis that the values of the QSM, R2* and R2 maps, in that order, are more strongly correlated with the Fe3+ deposited in the ferritin protein. The in situ magnetic resonance maps were more sensitive to quantify metals than the ex situ maps, allowing a better extrapolation of the in situ results to the in vivo condition. Our findings suggest heterogeneity in these sensitivity variations, indicating that magnetic resonance techniques are dependent on tissue composition and should be taken into account for future conclusions. Finally, the magnetic susceptibility map showed to be more independent of the biodistribution of superparamagnetic iron oxide nanoparticles in animal tissue and in the simulator than the R2* map.

Le ligand PCTA[12], un macrocycle à 12 chaînons intégrant dans sa structure un noyau pyridine intracyclique et trois groupements aminoacide acétique, constitue une alternative intéressante aux ligands traditionnels tels que le DTPA, le NOTA ou le DOTA pour des applications en imagerie biomédicale. Sa potentialité à agir comme agent de contraste pour l'IRM a déjà été reportée, et certains de ses dérivés ont été évalués avec succès pour l'imagerie optique ou nucléaire. En raison de ces résultats encourageants, la synthèse de familles de dérivés du ligand PCTA[12] a été entreprise en vue de l'amélioration des propriétés des différents complexes Ln(III) (Ln = Eu, Gd, Tb) qui leurs sont issus. Dans un premier temps, la synthèse multi-étape du PCTA[12] a été reconsidérée et a permis d'atteindre un rendement global de 64% en ligand contre un rendement maximum de 36% pour les méthodologies classiques. La stratégie développée a, par la suite, été employée à la synthèse de ligands à fonctions mixtes acétate/amide ou acétate/phosphinate, mais également de ligands bifonctionnels chélatants porteurs de fonctions hydroxyle, ester, acide carboxylique, hydroxyméthyle ou amine. L'introduction de groupements chromophores de type carbostyrile et benzimidazole en position para de la pyridine a pu être réalisée et une amélioration des propriétés photophysiques a été observée dans le cas du complexe d'europium à motif benzimidazole ((λex = 322 nm et Փ = 9,2%). La dernière modification a consisté en la substitution du noyau pyridine du ligand PCTA[12] par un noyau phénol. La synthèse du composé désiré conduit à la formation conjointe du dimère correspondant. Une amélioration conséquente des propriétés relaxométriques (r1 = 5,7 s-1.mM-1 et τM = 3,1 ns) et fluorescentes (Փ = 22%) des complexes Gd(III) et Tb(III) de la forme monomère a été mise en évidence. Le complexe de terbium du macrocycle dimère analogue a, quant à lui, permis l'obtention d'un excellent rendement quantique de fluorescence de 43% en milieu aqueux. / The PCTA[12] ligand is a 12-membered macrocycle containing an intracyclic pyridine ring and three amino acid acetic groups in its structure, and is an interesting alternative to traditional ligands such as DTPA, NOTA or DOTA for biomedical imaging applications. Its potential to act as a contrast agent for MRI has already been reported, and some of its derivatives have been successfully evaluated for optical or nuclear imaging. Because of these encouraging results, the synthesis of families of derivatives of the PCTA[12] ligand has been undertaken in order to improve the properties of their derived Ln (III) complexes (Ln = Eu, Gd, Tb). At first, the multi-step synthesis of PCTA[12] was reconsidered and able to reach an overall yield of 64% ligand against a maximum yield of 36% for conventional methodologies. The strategy developed was subsequently used to synthesize acetate/amide or acetate/phosphinate mixed-function ligands, but also chelating bifunctional ligands bearing hydroxyl, ester, carboxylic acid, hydroxymethyl or amine functions. The introduction of carbostyril or benzimidazole chromophores at the para-position of the pyridine moiety has been carried out and an improvement in the photophysical properties was observed in the case of the benzimidazole europium complex ((λex = 322 nm and Փ = 9.2%). The last modification consisted in the substitution of the pyridine moiety of the PCTA[12] ligand by a phenol core. The synthesis of the desired compound leads to the formation of the corresponding dimer. A consequent improvement of the relaxometric (r1 = 5.7 s-1.mM-1 and τM = 3.1 ns) and fluorescence (Փ = 22%) properties of the Gd(III) and Tb(III) complexes of the monomeric form has been demonstrated. The terbium complex of the dimeric macrocycle has, for its part, made it possible to obtain an excellent fluorescence quantum yield of 43% in aqueous medium.

Advances on secondary lithium ion batteries imply the use of solid polymer electrolytes, which represent a promising solution to improve safety issues in high energy density batteries. Through dissolution of lithium salts into a polymeric host, such as poly(ethylene oxide) (PEO), ion conducting polymers are obtained. The Li+ ions will be localized in the proximity of the oxygen atoms in the PEO chains and thus, their motion strongly correlated with the segmental reorientation of the polymer. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, translational diffusion coefficients and transverse relaxation times (T2) contribute to the understanding of the involved structures and the ongoing dynamical processes in ionic conductivity. Nuclei with different motional freedom can present different T2 times. T2xT2 exchange experiments enable studying exchange processes between nuclei from different motional regimes. In this work, three different ion conducting polymers were studied. First, PEG was doped with different amounts of LiClO4. 7Li NMR relaxometry measurements were done to study dynamical behavior of the lithium ions in the amorphous phase. All samples presented two lithium types with clearly differentiated T2 times, indicating the presence of two regions with different dynamics. The mobility and consequently the T2 times, increases with temperature. It was observed, that the doping ratio strongly influences the dynamics of the lithium ions, as the amount of crystalline PEG is reduced while increasing the polarity of the sample. A local maximum of the mobility was observed for y = 8. With the T2xT2 exchange experiments exchange rates between both lithium sites were quantified. Second, the triblock copolymer PS-PEO-PS doped with LiTFSI was studied with high resolution solid state NMR techniques as well as with 7Li relaxometry measurements. T1ρ and spin diffusion measurements gave insight on the influence of the doping and the PS/PEO ratio on the mobility of the different segments and on interdomain distances of the lamellar phases. Third, multiple quantum diffusion measurements were applied on poly(ethylene glycol) distearate (PEGD) doped with LiClO4. Therefore, triple quantum states of the 3/2 nucleus 7Li were excited. After optimizing the experimental procedure, it was possible to obtain reliable diffusion coefficients using triple quantum states. / O avanço da tecnologia em baterias secundárias de íons lítio envolve o uso de polímeros condutores iônicos como eletrólitos, os quais representam uma solução promissora para obter baterias de maior densidade de energia e segurança. Polímeros condutores são formados através da dissolução de sais de lítio em uma matriz polimérica, como o poli(óxido de etileno) (PEO). Os íons de lítio estão localizados próximos aos oxigênios do PEO, de tal forma que seu movimento está correlacionado com a reorientação das cadeias poliméricas. Espectroscopia por Ressonância magnética nuclear (RMN), junto com medidas de difusão translacional e tempos de relaxação transversal (T2) contribuem para elucidar as estruturas e os processos dinâmicos envolvidos na condutividade iônica. Núcleos com diferente liberdade de movimentação podem ter tempos de T2 diferentes. Experimentos de T2xT2 permitem correlacionar sítios de diferentes propriedades dinâmicas. Neste trabalho, três diferentes polímeros condutores iônicos foram estudados. Primeiro, PEG foi dopado com LiClO4. As propriedades dinâmicas dos íons lítio na fase amorfa foram estudadas com medidas de relaxometria por RMN do núcleo 7Li. Todas as razões de dopagem apresentaram dois T2 diferentes, indicando dos tipos de lítio com dinâmica diferente. A mobilidade, e consequentemente os tempos T2 aumentam com aumento da temperatura. Foi identificado que a dopagem fortemente influencia a dinâmica dos íons lítio, devido à redução da fase cristalina PEG e o aumento da polaridade na amostra. Um máximo local da mobilidade foi observado para y = 8. Com o experimento T2xT2 foram quantificadas as rações de troca entre os dois tipos de lítio. Segundo, o copolímero tribloco PS-PEO-PS dopado com LiTFSI foi analisado através de técnicas de RMN de estado sólido de alta resolução assim como através de medidas de relaxação de 7Li. Medidas de T1ρ e difusão de spin mostraram a influência da dopagem e da razão PS/PEO na mobilidade dos diferentes segmentos e nas distâncias interdomínio das fases lamelares. Terceiro, medidas de difusão através de estados de múltiplos quanta foram feitas em diesterato de polietileno glicol (PEGD) dopado com LiClO4. Estados de triplo quantum foram criados no núcleo 7Li, spin 3/2. Após garantir a eficiência das ferramentas desenvolvidas, foi possível obter coeficientes de difusão confiáveis.

Mapas quantitativos de ressonância magnética (RM) têm sido propostos para quantificar a concentração in vivo de ferro no cérebro. Contudo, a especificidade destes mapas para outros metais e seus respectivos íons metálicos é pouco conhecida, limitando o diagnóstico radiológico e o estudo de doenças relacionadas com acúmulo de metais no cérebro. Propomos nesta tese avaliar a sensibilidade e a especificidade dos mapas de relaxometria (R2, R2*) e de susceptibilidade (QSM, sigla em inglês de Quantitative Susceptibility Mapping) para diferentes metais e respectivos íons paramagnéticos de encéfalos postmortem sem doença neurológica em duas condições (in situ e ex situ). Adicionalmente procuramos identificar as metaloproteinas associadas aos íons paramagnéticos detectados nos tecidos cerebrais. Por último, avaliamos a sensibilidade destes mapas quantitativos em estudos de biodistribuição de nano partículas superparamagnéticas de oxido de ferro em tecido animal e em objeto simulador. Treze sujeitos postmortem sem doença neurológica, 1 paciente postmortem com doença de Parkinson e 6 camundongos brancos swiss (2 controles e 4 injetados) foram estudados. Um idoso saudável também foi examinado para comparações in vivo e postmortem. Mapas de ressonância magnética de encéfalo de humanos e de corpo inteiro de animais foram adquiridos em um equipamento de 3T e 7T, respectivamente. Amostras de tecido cerebral dos núcleos da base e do lobo parietal de ambos hemisférios foram extraídas dos encéfalos humanos após, em média, 148 dias de fixação em solução de formaldeído 4%. A quantificação de íons paramagnéticos e de metais totais foi realizada por ressonância paramagnética eletrônica (RPE) e espectrometria de massa por plasma indutivamente acoplado (ICP-MS, sigla em inglês de Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry), respectivamente. Os espectros de RPE de todas as regiões cerebrais estudadas apresentaram 4 conjunto de picos principais de ressonância de diferentes amplitudes. A simulação para os espectros obtidos de RPE permitiu identificar íons de Fe+3 nucleados e isolados em ferritina (g = 2,0 e g = 4,28, respectivamente) e Cu+2 (g = 2,259 e g = 2,062) em ceruloplasmina desnaturada. Mapas de QSM, R2* e R2 de cérebro controle de postmortem in situ e ex situ foram sensíveis e específicos apenas para a concentração de ferro total e de íons paramagnéticos Fe+3, como nanopartículas nucleadas na forma de ferrihidrita na ferritina. Embora cobre presente em ceruloplasmina tenha sido detectado por RPE e ICP-MS, não foi observada correlação com os mapas quantitativos de ressonância magnética. Nossos resultados postmortem confirmam a hipótese teórica de que os valores dos mapas QSM, R2* e R2, nessa ordem, estão mais fortemente correlacionados com o Fe+3 depositado na proteína ferritina. Os mapas de RM in situ foram mais sensíveis para quantificar metais do que os mapas ex situ, possivelmente pelo efeito do processo de fixação, permitindo uma melhor extrapolação dos resultados in situ para a condição in vivo. Nossos achados sugerem uma heterogeneidade nestas variações de sensibilidade, indicando que as técnicas de RM são dependentes da composição do tecido e devem ser levadas em conta para futuras conclusões. Por último, o mapa de susceptibilidade magnética mostrou ser mais independente da biodistribuição de nano partículas superparamagnéticas de oxido de ferro do que o mapa R2* para tecido animal e objeto simulador. / Quantitative magnetic resonance imaging maps have been proposed to quantify the in vivo concentration of iron in the brain. However, the specificity of these maps for other metals and their respective metal ions is little known, limiting the radiological diagnosis and the study of diseases related to accumulation of metals in the brain. In this work, we propose to evaluate the sensitivity and specificity of the relaxometry (R2 and R2*) and susceptibility maps for different metals and respective paramagnetic ions of postmortem controls in two conditions (in situ and ex situ). In addition, we sought to identify the metalloproteins associated with paramagnetic ions detected in brain tissues. Finally, we evaluated the sensitivity of these quantitative maps in studies of biodistribution of superparamagnetic iron oxide nanoparticles in mice. Thirteen postmortem controls, 1 postmortem patient with Parkinson\'s disease and 6 white swiss mice (2 controls and 4 injected) were studied. One healthy elderly man was also examined for in vivo and postmortem comparisons. Magnetic resonance maps of human brain and whole body animals were acquired in a 3T and 7T scanners, respectively. Brain human tissues samples were extracted from the basal nucleus and parietal lobe of both hemispheres after, in averaging, 148 days of fixation in 4% formaldehyde solution. Paramagnetic ion and total metal quantification were performed by electron paramagnetic resonance and inductively coupled plasma mass spectrometry, respectively. The electron paramagnetic resonance spectra of all brain regions studied showed 4 set of major resonance peaks with different amplitudes. Simulations of the spectra obtained from electron paramagnetic resonance allowed the identification of nucleated Fe3+ ions isolated in ferritin (g = 2.0 and = 4.28, respectively) and Cu2+ (g = 2,259 and g = 2,062) in denatured ceruloplasmin. QSM, R2* and R2 maps of postmortem controls in situ and ex situ were sensitivity and specific only for the concentration of total iron and Fe3+ as nanoparticles nucleated in the form of ferrite inside of ferritin. Although copper present in ceruloplasmin was detected by electron paramagnetic resonance and mass spectrometry, no correlation was observed with the quantitative magnetic resonance maps. Our postmortem results confirm the theoretical hypothesis that the values of the QSM, R2* and R2 maps, in that order, are more strongly correlated with the Fe3+ deposited in the ferritin protein. The in situ magnetic resonance maps were more sensitive to quantify metals than the ex situ maps, allowing a better extrapolation of the in situ results to the in vivo condition. Our findings suggest heterogeneity in these sensitivity variations, indicating that magnetic resonance techniques are dependent on tissue composition and should be taken into account for future conclusions. Finally, the magnetic susceptibility map showed to be more independent of the biodistribution of superparamagnetic iron oxide nanoparticles in animal tissue and in the simulator than the R2* map.

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Magnetic Resonance Imaging can now detect cells that are labeled with contrast agents such as superparamagnetic iron oxide (SPIO). Quantitative monitoring, which is desirable for evaluating cellular therapies, remains challenging. In this work, an MRI technique called TurboSPI is implemented for quantitative cellular imaging. TurboSPI acquires maps of the relaxation rate R2', which is directly related to SPIO concentration. Quantification of R2' is demonstrated using micron-sized iron oxide particles and SPIO-labeled cells. To explain experimental results that deviated from predicted behavior, an extended analytical description of MRI signal relaxation near SPIO was developed. This model compares well to Monte Carlo simulations and experimental data, and may allow improved quantification. The slow imaging speed of TurboSPI is overcome using a signal processing technique called compressed sensing to reconstruct undersampled data, enabling in vivo animal imaging with TurboSPI. Such images demonstrate detection of iron with improved specificity and good potential for quantification.

A espectroscopia de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) em baixo campo tem demonstrado ser um método rápido e confiável para se avaliar a qualidade da carne. A predição desta, especialmente a carne de porco, tem sido avaliada usando o tempo de relaxação transversal (T2). As medidas foram feitas com a seqüência de pulsos CPMG (Carr-Purcell-Meibom-Gill) que correlaciona os parâmetros da qualidade da carne de suínos, tais como, a capacidade de retenção de água (CRA), o pH e perda de água por cocção (PPC), com tempo de relaxação T2. Neste trabalho, analisou-se a qualidade da carne bovina pela seqüência de pulsos CPMG, que é dependente do tempo relaxação transversal (T2), e pela técnica de precessão livre de onda continua (CWFP), que depende de T2 e da relaxação longitudinal (T1). Foram analisadas amostras do contra-filé do tipo músculo- longissimus lumborum, retiradas da região da 12ª e da 6ª costela de bovinos, de três grupos genéticos de bovinos; adaptados ou não às condições tropicais, sendo dois deles de 3/4 e um de 9/16 de sangue europeu. Os dados de CPMG foram analisados utilizando-se os processamentos de análise multiexponencial discreta, análise multiexponencial contínua, baseada na transformada inversa de Laplace (ILT) e com métodos quimiométricos como análises de componentes principais (PCA), análises de agrupamentos hierárquicos (HCA) e regressão por mínimos quadrados parciais (PLS). Os dados de CWFP por serem mais complexos do que os do CPMG foram analisados principalmente por métodos quimiométricos. Conclui-se que não há diferença significativa entre o corte realizado na 12ª costela com o da 6ª costela e que a técnica CWFP é mais eficaz na separação entre o sexo e grupo genético dos animais, do que a técnica CPMG / Low resolution Nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) is shown to be a fast and accurate method for evaluating meat quality. The prediction of meat quality, especially in pork, has been performed using transverse relaxation time (T2). The measurements have been made with CPMG (Carr-Purcell-Meibom-Gill) pulse sequence which correlate the pork quality parameters such as water-holdcapacity (WHC), pH, and cooking loss (CL) with T2. In this work, the beef quality has been analyzed evaluated by transverse relaxation time (T2) measured by CPMG pulse sequence and by the T2, and, longitudinal relaxation time (T1), measured by CWFP (Continuous Wave Free Precession) technique The samples were collected from Longissimus lumborium muscle, from the 12th and 6th ribs region. The animals from three genetic groups, (two were ¾ and one was 9/16 european) were used in the experiments. The CPMG data were processed by multiexponential fitting, inverse Laplace transformation and chemometrics methods such as principal component analysis, hierarchic cluster analysis and partial least square regression. The CPMG data were not able to distinguish between the genetic group sex and the meat cut. The CWFP data analyzed by chemometrics methods show difference between Canchin males and females and between Canchin and Angus males. The results show almost no difference between the samples collected from the 12th and 6th rib.

A capacidade do ferro, presente no corpo humano, em aceitar e doar elétrons o torna essencial para homeostase celular e várias reações biológicas. Contudo, o excesso deste metal no cérebro pode gerar efeitos deletérios através da produção de espécies reativas de oxigênio que causam o estresse oxidativo. Este estresse aparece como possível causa de doenças neurodegenerativas, caracterizadas por um aumento significativo da concentração de ferro em certas regiões do cérebro. Detectar e quantificar a deposição de ferro in vivo no cérebro torna-se de extrema relevância para entender diversas doenças neurodegenerativas. Neste estudo avaliamos a sensibilidade e a especificidade das principais técnicas de Ressonância Magnética in vivo para estimar o conteúdo de ferro depositado no cérebro. Foram estudados um grupo de 16 sujeitos saudáveis e outro de 14 pacientes com doença de Parkinson. Mapas de relaxometria (R2 e R2*) e susceptibilidade (QSM) foram estimados a partir de imagens adquiridas numa maquina de RM de 3.0T. Embora todos os mapas tenham apresentado correlação linear (r2 = 0; 7) com o acumulo de ferro reportado in vitro nas regiões do núcleo da base, apenas os mapas R2 e QSM apresentaram estatisticamente aumento significativo (p<0,05) para certas regiões do cérebro parkinsoniano (substância negra, núcleo rubro e globo pálido). O mapa QSM apresentou maior sensibilidade e especificidade para diferenciar pacientes com a doença quando comparados a sujeitos saudáveis por meio da análise da curva ROC. Concluímos que os mapas de relaxometria e susceptibilidade magnética podem estimar de forma indireta o conteúdo de ferro no cérebro, apesar de apresentarem dependências diferentes com a concentração deste metal. Observamos também que os valores de sususceptibilidade magnética obtidos com imagens de baixa resolução (1,0x1,0x2,0mm) não apresentaram mudanças significativas em relação aos obtidos com imagens de alta resolução (0,5x0,5x2,0mm). Logo, sugerimos a aquisição de imagens com baixa resolução para o processamento do mapa QSM. A analise de múltiplos valores de tempo de relaxação T2 determinou apenas um valor para cada região do núcleo da base para ambos os grupos, este resultado foi aparentemente afetado pela relação sinal ruído. / The capacity of the iron present in the human body to accept and donate electrons makes it essential for cellular homeostasis and various biological reactions. However, an excess of the metal in the brain can produce deleterious effects through the production of reactive oxygen species that cause oxidative stress. This stress can be the possible cause of neurodegenerative diseases which present a significant increase in iron concentration in certain brain regions. To detect and quantify iron deposition in the brain in vivo has high potential for understanding neurodegenerative diseases. In this study we evaluated the sensitivity and specificity of the main Magnetic Resonance technique in vivo to estimate the content of iron deposited in the brain. Were studied a group of 16 controls and 14 patient with Parkinson disease. Relaxometry map (R2 and R2*) and magnetic susceptibility map QSM were estimated by images obtained of scanner of Magnetic Resonance of 3T. Although all maps have presented linear correlation (r2=0.7) with the accumulation of iron reported in vitro regions of basal ganglia, only the R2 and QSM maps showed significant increase (p < 0.05) for certain regions of the parkinsonian brain (substantia nigra, red nucleus, and globus pallidus). The QSM map showed higher sensitivity and especificity for differentiate patients with the disease when compared with controls by the analysis of curve ROC. We conclude that magnetic susceptibility and relaxometry maps may estimate indirect the content of brain iron, although having different dependencies with the concentration of this metal. We also observed that the values of magnetic sususceptibility obtained with low resolution images (1,0 x1, 0x2, 0mm) showed no significant change compared to those obtained with high-resolution images (0,5 x0, 5x2,0mm). So, we suggest the acquisition of images with low resolution to process QSM map. The analysis of multiple relaxation time T2 determined just one value for basal ganglia in both groups, these results were apparently affected by rate noise signal.

Advances on secondary lithium ion batteries imply the use of solid polymer electrolytes, which represent a promising solution to improve safety issues in high energy density batteries. Through dissolution of lithium salts into a polymeric host, such as poly(ethylene oxide) (PEO), ion conducting polymers are obtained. The Li+ ions will be localized in the proximity of the oxygen atoms in the PEO chains and thus, their motion strongly correlated with the segmental reorientation of the polymer. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, translational diffusion coefficients and transverse relaxation times (T2) contribute to the understanding of the involved structures and the ongoing dynamical processes in ionic conductivity. Nuclei with different motional freedom can present different T2 times. T2xT2 exchange experiments enable studying exchange processes between nuclei from different motional regimes. In this work, three different ion conducting polymers were studied. First, PEG was doped with different amounts of LiClO4. 7Li NMR relaxometry measurements were done to study dynamical behavior of the lithium ions in the amorphous phase. All samples presented two lithium types with clearly differentiated T2 times, indicating the presence of two regions with different dynamics. The mobility and consequently the T2 times, increases with temperature. It was observed, that the doping ratio strongly influences the dynamics of the lithium ions, as the amount of crystalline PEG is reduced while increasing the polarity of the sample. A local maximum of the mobility was observed for y = 8. With the T2xT2 exchange experiments exchange rates between both lithium sites were quantified. Second, the triblock copolymer PS-PEO-PS doped with LiTFSI was studied with high resolution solid state NMR techniques as well as with 7Li relaxometry measurements. T1&#961; and spin diffusion measurements gave insight on the influence of the doping and the PS/PEO ratio on the mobility of the different segments and on interdomain distances of the lamellar phases. Third, multiple quantum diffusion measurements were applied on poly(ethylene glycol) distearate (PEGD) doped with LiClO4. Therefore, triple quantum states of the 3/2 nucleus 7Li were excited. After optimizing the experimental procedure, it was possible to obtain reliable diffusion coefficients using triple quantum states. / O avanço da tecnologia em baterias secundárias de íons lítio envolve o uso de polímeros condutores iônicos como eletrólitos, os quais representam uma solução promissora para obter baterias de maior densidade de energia e segurança. Polímeros condutores são formados através da dissolução de sais de lítio em uma matriz polimérica, como o poli(óxido de etileno) (PEO). Os íons de lítio estão localizados próximos aos oxigênios do PEO, de tal forma que seu movimento está correlacionado com a reorientação das cadeias poliméricas. Espectroscopia por Ressonância magnética nuclear (RMN), junto com medidas de difusão translacional e tempos de relaxação transversal (T2) contribuem para elucidar as estruturas e os processos dinâmicos envolvidos na condutividade iônica. Núcleos com diferente liberdade de movimentação podem ter tempos de T2 diferentes. Experimentos de T2xT2 permitem correlacionar sítios de diferentes propriedades dinâmicas. Neste trabalho, três diferentes polímeros condutores iônicos foram estudados. Primeiro, PEG foi dopado com LiClO4. As propriedades dinâmicas dos íons lítio na fase amorfa foram estudadas com medidas de relaxometria por RMN do núcleo 7Li. Todas as razões de dopagem apresentaram dois T2 diferentes, indicando dos tipos de lítio com dinâmica diferente. A mobilidade, e consequentemente os tempos T2 aumentam com aumento da temperatura. Foi identificado que a dopagem fortemente influencia a dinâmica dos íons lítio, devido à redução da fase cristalina PEG e o aumento da polaridade na amostra. Um máximo local da mobilidade foi observado para y = 8. Com o experimento T2xT2 foram quantificadas as rações de troca entre os dois tipos de lítio. Segundo, o copolímero tribloco PS-PEO-PS dopado com LiTFSI foi analisado através de técnicas de RMN de estado sólido de alta resolução assim como através de medidas de relaxação de 7Li. Medidas de T1&#961; e difusão de spin mostraram a influência da dopagem e da razão PS/PEO na mobilidade dos diferentes segmentos e nas distâncias interdomínio das fases lamelares. Terceiro, medidas de difusão através de estados de múltiplos quanta foram feitas em diesterato de polietileno glicol (PEGD) dopado com LiClO4. Estados de triplo quantum foram criados no núcleo 7Li, spin 3/2. Após garantir a eficiência das ferramentas desenvolvidas, foi possível obter coeficientes de difusão confiáveis.

L'interprétation des expériences de relaxométrie RMN nécessite une modélisation précise des interactions entre le noyau étudié et son environnement. Pour un noyau quadrupolaire, l'interaction entre le gradient du champ électrique (EFG) émis par l'environnement avec le quadruple électrostatique du noyau est prépondérante. Notre travail a porté sur le développement du calcul des temps de relaxation RMN pour ces noyaux par simulation moléculaire. Nous nous sommes intéressés à la relaxation d'ions mono-atomiques en phase condensée à travers deux systèmes simples et réalistes : des solutions aqueuses d'électrolytes et des verres de silicate de sodium. L'EFG dé aux électrons de l'ion est obtenu en calculant la réponse du nuage électronique grâce à des calculs quantiques combinés à une récente méthode pour reconstruire la contribution des électrons de cœur. L'EFG dû à l'environnement est obtenu à partir d'une simulation moléculaire où les interactions sont décrites par un champ de force polarisable nouvellement développé. Les temps de relaxation obtenus en combinant ces deux contributions reproduisent correctement les résultats expérimentaux. Les simulations moléculaires nous permettent aussi d'extraire les mécanismes microscopiques. Pour les ions dans l'eau à dilution infinie, nous avons étudié les propriétés statistiques et dynamiques des fluctuations de l'EFG. Nous avons montré en particulier le rôle fondamental des fluctuations de densité de l'eau dans la première sphère de solvatation de l'ion. Cette thèse ouvre la voie à une meilleur compréhension des processus de relaxation RMN des ions mono-atomiques quadrupolaires dans des systèmes simples ou complexes. / Interpreting NMR relaxometry experiments requires an accurate modeling of interactions between the nucleus under study and its environment. For a quadrupolar nucleus, the interaction between the electric field gradient (EFG) arising from the environment and the electrostatic quadrupole of the nucleus is preponderant. The present work deals with a new method to compute NMR relaxation times for such nuclei with molecular simulations. We consider the relaxation of monoatomic ions in condensed matter through two simple and realistic systems: aqueous electrolytes and sodosilicate glasses. The EFG due to electrons around the ion is obtained by computing the electronic response with quantum calculation combined with a new method to obtain the contribution of core electrons. The EFG due to the environment is obtained from a molecular simulation where interactions are described using a recently developed polarisable force field. NMR relaxation times obtained by combining both these contributions compare well with experimental data. Molecular simulations allow us to highlight the microscopic mechanisms. For ions in water at infinite dilution, we studied the statistical and dynamical properties of EFG fluctuations. We notably demonstrated the primary role of water density fluctuations in the first solvation shell around the ion. This thesis opens the way for a better understanding of the mechanism behind the NMR relaxation of monoatomic and quadrupolar ions in simple and complex systems.