High dilution effect reported in NMR study


A new study in the Journal of Molecular Liquids by Jean-Louis Demangeat at the Nuclear Medicine Department of the General Hospital in Haguenau, France reports physical modifications in the solvent of ultrahigh aqueous dilutions of histamine.


20-MHz R1 and R2 water proton NMR relaxation rates were measured in ultrahigh dilutions (range 5.43·10^-8 - 5.43·10^-48) of histamine in water (Hist-W) and in saline (Hist-Sal), prepared by iterative centesimal dilutions under vigorous agitation in controlled atmospheric conditions. Water and saline were similarly and simultaneously treated, as controls. The samples were immediately sealed in the NMR tubes after preparation, and then code-labelled. Six independent series of preparations were performed, representing about 7000 blind measurements. R2 exhibited a very broad scatter of values in both native histamine dilutions and solvents. No variation in R1 and R2 was observed in the solvents submitted to the iterative dilution/agitation process. By contrast, histamine dilutions exhibited slightly higher R1 values than solvents at low dilution, followed by a slow progressive return to the values of the solvents at high dilution.

Unexpectedly, histamine dilutions remained distinguishable from solvents up to ultrahigh levels of dilution (beyond 10^-20 in Hist-Sal). A significant increase in R2 with increased R2/R1 was observed in Hist-W. R1 and R2 were linearly correlated in solvents, but uncorrelated in histamine dilutions. After a 10-min heating/cooling cycle of the samples in their sealed NMR tubes (preventing any modification of the chemical composition and gas content), all of the relaxation variations observed as a function of dilution vanished, the R2/R1 ratio and the scatter of the R2 values dropped in all solutions and solvents, and the correlation between R1 and R2 reappeared in the Hist-W samples.

All these results pointed to a more organized state of water in the unheated samples, more pronounced in histamine solutions than in solvents, dependent on the level of dilution. It was suggested that stable supramolecular structures, involving nanobubbles of atmospheric gases and highly ordered water around them, were generated during the vigorous mechanical agitation step of the preparation, and destroyed after heating. Histamine molecules might act as nucleation centres, amplifying the phenomenon which was thus detected at high dilution levels.


Reference:
Demangeat J-L (2009) NMR water proton relaxation in unheated and heated ultrahigh aqueous dilutions of histamine: Evidence for an air-dependent supramolecular organization of water. Journal of Molecular Liquids, 144:32-39
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Efecto de la alta dilución reportado en el estudio de RMN

Un nuevo estudio publicado en la revista Journal of Molecular de Líquidos por Jean-Louis Demangeat en el Departamento de Medicina Nuclear del Hospital General en Haguenau, Francia informa de las modificaciones físicas en el disolvente de las diluciones ultra acuosa de la histamina.

20 MHz R1 y R2 del agua de protones velocidades de relajación de RMN se mide en diluciones ultra alta (rango de 5,43 · 10 ^ -8 a 5,43 · 10 ^ -48) de la histamina en el agua (Hist-W) y en solución salina (Hist-Sal), preparado por diluciones centesimales iterativo bajo agitación vigorosa en condiciones atmosféricas controladas. Agua y solución salina similar y al mismo tiempo tratar, como controles. Las muestras fueron selladas inmediatamente en los tubos de RMN después de su preparación, y luego el código de etiqueta. Seis series independientes de los preparativos se llevaron a cabo, lo que representa alrededor de 7000 medidas de ciego. R2 mostraron una dispersión muy amplia de valores, tanto en las diluciones de histamina nativos y los solventes. No hay variación en R1 y R2 se observó en los disolventes presentado a la iterativo de dilución / agitación proceso. Por el contrario, las diluciones de histamina mostraron ligeramente más altos valores de R1 que los solventes en una dilución baja, seguido por un lento retorno progresivo a los valores de los disolventes a alta dilución.

Inesperadamente, las diluciones de histamina siendo distinguible de disolventes hasta los niveles de ultra alta dilución (más allá de 10 ^ -20 en Hist-Sal). Un aumento significativo en R2 con un aumento de R2/R1 se observó en Hist-W. R1 y R2 se correlacionaron en forma lineal en disolventes, pero no correlacionadas en diluciones de histamina. Después de un niño de 10 min de calefacción / refrigeración del ciclo de las muestras en los tubos de RMN cerrados (evitando cualquier modificación de la composición química y contenido de gas), todas las variaciones de la relajación observada en función de la dilución se desvaneció, la relación R2/R1 y el dispersión de los valores de R2 cayó en todas las soluciones y solventes, y la correlación entre R1 y R2 reapareció en las muestras de Hist-W.

Todos estos resultados apuntan a un estado más organizado de agua en las muestras sin calentar, más pronunciada en las soluciones de histamina que en disolventes, dependiendo del nivel de dilución. Se sugirió que la estabilidad de estructuras supramoleculares, con la participación nanoburbujas de los gases atmosféricos y el agua altamente ordenadas alrededor de ellos, se generaron durante la etapa de agitación vigorosa mecánica de la preparación, y destruido después del calentamiento. Moléculas de histamina puede actuar como centros de nucleación, amplificando el fenómeno que se ha detectado tanto en los niveles de alta dilución.



Reference:
Demangeat J-L (2009) NMR water proton relaxation in unheated and heated ultrahigh aqueous dilutions of histamine: Evidence for an air-dependent supramolecular organization of water. Journal of Molecular Liquids, 144:32-39
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