สู่โลกใบใหม่. : โพรบไครโอเจนิคการพัฒนาโพรบ “UltraCOOL” & “SuperCOOL”

ในปี 2013 JEOL RESONANCE ได้เปิดตัวระบบโพรบ NMR แบบไครโอเจนิกส์ "UltraCOOL" และ "SuperCOOL" มอบความไวที่เหนือกว่าหัววัดอุณหภูมิห้องแบบทั่วไป ควบคู่ไปกับความสะดวกในการใช้งานที่เหนือกว่าหัววัดที่ระบายความร้อนก่อนหน้านี้ เช่น การเปลี่ยนหัววัดขณะระบายความร้อน และความสามารถในการวัดอุณหภูมิแบบแปรผัน ผลิตภัณฑ์ได้รับการตอบรับเชิงบวกมากมาย อย่างไรก็ตาม เรื่องราวที่น่าทึ่งมากมายอยู่เบื้องหลังการกำเนิดของผลิตภัณฑ์เหล่านี้

ประวัติการปรับปรุงความไว

ประวัติของ NMR คือประวัติของการปรับปรุงความไว
การใช้ความถี่วิทยุพลังงานต่ำเท่านั้น NMR มีความไวต่ำมากเมื่อเปรียบเทียบกับเทคนิคทางสเปกโตรสโกปีอื่นๆ อย่างไรก็ตาม เนื่องจาก NMR นำเสนอข้อมูลที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับโครงสร้างโมเลกุล มันจึงกลายเป็นวิธีทางเลือกสำหรับการวิเคราะห์โครงสร้างของสารประกอบอินทรีย์อย่างรวดเร็ว ดังนั้น นับตั้งแต่ NMR เชิงพาณิชย์ครั้งแรกในปี 1950 ตลาดต้องการความไวที่สูงขึ้นเสมอ
ดังนั้นจึงน่าแปลกใจที่โพรบทำงานที่อุณหภูมิต่ำมาก ซึ่งปรับปรุงความไวขึ้นสองถึงห้าเท่าได้ปรากฏขึ้น
สัญญาณอ่อนซึ่งอยู่ต่ำกว่าระดับของสัญญาณรบกวนจากความร้อน แสดงให้เห็นอย่างชัดเจน และเวลาที่จำเป็นสำหรับการวัดลดลงเหลือหนึ่งในสี่เหลือหนึ่งใน-25
ในปี 2001 เมื่อ Katsuo Asakura ผู้ใช้ NMR เมื่อตอนที่เขาเป็นนักศึกษามหาวิทยาลัย (ปัจจุบันคือ Assistant Manager, Solution Marketing, JEOL RESONANCE) เข้าร่วมกับ JEOL Ltd. ซึ่งเป็นบริษัทแม่ของ JEOL RESONANCE ในปีเดียวกันนั้นเองที่คู่แข่งของ JEOL ได้วางโพรบวัดอุณหภูมิต่ำเครื่องแรกออกสู่ตลาด

เพื่อพิสูจน์ว่าคู่ควรกับความไว้วางใจของผู้ใช้

10 ปีต่อมา ในการเป็นผู้จัดการโครงการพัฒนาโพรบแช่แข็ง ภารกิจของอาซาคุระคือการพัฒนาโพรบใหม่สองประเภท:-

• หนึ่งที่จะทำงานที่ −250 ℃สำหรับ 800 MHz

• หนึ่งที่จะทำงานที่ −200 ℃

งานแรกเต็มไปด้วยความท้าทายและความยากลำบาก
ในขณะที่อาซาคุระได้รับจดหมายแต่งตั้ง บริษัทได้หารือเกี่ยวกับการจัดหาโพรบไครโอเจนิกส์เครื่องแรกอยู่แล้ว
บริษัทได้ติดตั้งระบบ NMR 800MHz ด้วยความเข้าใจว่าโพรบไครโอเจนิกส์ ซึ่งสามารถบรรลุความไวตามที่ต้องการ ควรจัดส่งภายในวันที่ตกลงกันไว้

“เนื่องจากลูกค้าไว้วางใจเราและเลือกเราในการแข่งขันกับคู่แข่ง เราไม่สามารถผิดสัญญาได้ ทำมันฉันพูดกับตัวเอง”

แน่นอนว่ามีสัญญาณเชิงบวกอยู่แล้ว ในช่วงเวลาแห่งความเข้าใจ ทีมเทคนิคได้ประสบความสำเร็จในการทดลองพื้นฐานที่ความเร็ว 600MHz จากผลการทดลอง ลูกค้าตระหนักถึงความน่าจะเป็นของความสำเร็จที่ 800MHz อย่างไรก็ตาม ที่ 800 MHz คอยล์และตัวตรวจจับต้องมีการออกแบบที่แตกต่างกันมาก
และการทำงานหนักหลายวันก็เริ่มขึ้น Asakura กระตุ้นทีมเทคนิคที่ตอบสนองได้ดี ดังนั้นการพัฒนาจึงรวบรวมโมเมนตัมอย่างรวดเร็ว วันหยุดประจำชาติและฤดูร้อนมาและไปโดยไม่มีใครสังเกตเห็น
ก่อนถึงวันครบกำหนดของสัญญา ความพยายามของทีมพัฒนาได้ออกผล โพรบแช่แข็ง JEOL RESONANCE ตัวแรก “โพรบ UltraCOOL” ถูกส่งไปยังลูกค้าและติดตั้ง
ขณะที่หน่วยทำความเย็นส่งเสียงฟี้อย่างต่ำ ตัวอย่างถูกโหลดเข้าไปในโพรบเป็นครั้งแรก
ผลที่ได้คือส่าย; ความไวมาตรฐานของ 13C มากกว่า 3600:1 สิ่งนี้ทำให้การทดลองที่ไม่เหมาะสม (การสังเกตพันธะคาร์บอน-คาร์บอนโดยตรง) ทำได้โดยใช้ตัวอย่างยาเพียง 10 มก. (น้ำหนักโมเลกุล 480) ในเวลาเพียง 43 ชั่วโมง
การวัดแบบเดียวกันกับหัววัดอุณหภูมิห้องแบบธรรมดาจะใช้เวลา 45 วัน นานกว่าประมาณ 25 เท่า
อาซากุระและทีมของเขาโล่งใจมากกลับไปที่แผนกวิจัยและพัฒนา พวกเขายังมีงานต้องทำอีกมาก

ความพ่ายแพ้ทั้งหมด

อยู่มาวันหนึ่ง คำถามเกี่ยวกับ "โพรบ UltraCOOL" มาถึงอาซากุระ
ในขณะที่โพรบ SuperCOOL ที่ 600MHz กำลังจะเปิดตัว เขาถูกขอให้มีส่วนร่วมในการสาธิตการแข่งขัน หัววัด UltraCOOL ที่ 600MHz มีวางจำหน่ายแล้วในรูปแบบผลิตภัณฑ์ แม้กระทั่งในระหว่างการพัฒนารุ่น 800MHz ผลงานออกมาดีและมั่นใจในราคา อาซาคุระยินดีที่จะตกลง อย่างไรก็ตาม ผลที่ได้กลับทรยศต่อความคาดหวังของพวกเขาโดยสิ้นเชิง

“มันเป็นความพ่ายแพ้ทั้งหมด ฉันเชื่อว่าประสิทธิภาพของเราไม่ได้ด้อยไปกว่ากัน แต่กลับกลายเป็นว่าโพรบของพวกเขามีความไวของโพรบวัดอุณหภูมิห้องถึงสิบเท่า ในขณะที่โพรบของเรามีประมาณ 5 เท่า ฉันขอให้พวกเราพยายามต่อไป แม้ว่าจะมีความแตกต่างกันมากก็ตาม”

อย่างไรก็ตาม ความพ่ายแพ้ครั้งนี้ทำให้เกิดจิตวิญญาณการต่อสู้ของทีม
เป็นผลมาจากการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องในวันและคืนที่ตามมา โดยการปรับแต่งและปรับแต่งแต่ละส่วนอย่างระมัดระวัง พวกเขาประสบความสำเร็จในการปรับปรุงประสิทธิภาพเพื่อให้ตรงกับและเกินประสิทธิภาพของคู่แข่งภายในหนึ่งเดือน

“หนึ่งในร้อยในแง่ของเวลาในการวัด โลกที่แตกต่าง”

อาซาคุระพูดพร้อมกับหรี่ตาลง

สร้างความแตกต่าง

“ในขณะที่เราอยู่เบื้องหลัง ฉันต้องการสร้างความแตกต่างในเชิงบวก มันเป็นความคิดเมื่อทุกคนอยู่ในเซสชั่นระดมสมอง ผู้ใช้พอใจมากกับเครื่องมือ 'Probe Lifter'”

และมีความแตกต่างกันมากขึ้น JEOL RESONANCE เชี่ยวชาญในการควบคุมอุณหภูมิของตัวอย่างอยู่เสมอ และหัววัด UltraCOOL ช่วยให้สามารถควบคุมได้อย่างแม่นยำในช่วง -40 ℃ ถึง +150 ℃ แม้ว่าจะเป็นหัววัดอุณหภูมิแบบแช่แข็งก็ตาม นี่เป็นคุณลักษณะเชิงบวกอย่างยิ่งโดยเฉพาะสำหรับการสังเกตโพลีเมอร์ ฯลฯ

มุ่งสู่ตลาดใหม่

ในปี 2013 ทีมงานได้เปิดตัวระบบโพรบวัดอุณหภูมิต่ำ “SuperCOOL” ซึ่งทำงานที่อุณหภูมิ −200℃ ซึ่งเป็นส่วนที่สองของภารกิจของ Asakura
ผลิตภัณฑ์ของคู่แข่งของเราถูกทำให้เย็นโดยไนโตรเจนเหลว รุ่น JEOL Resonance ถูกทำให้เย็นโดยเครื่องทำความเย็น เห็นได้ชัดว่าปลอดภัยกว่าการจัดการของเหลวที่เกิดจากการเดือดซึ่งสามารถลดระดับออกซิเจนในท้องถิ่นได้

“สำหรับรุ่นระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว ต้องเติมถังจ่ายไนโตรเจนเหลวทุกสัปดาห์ ในขณะที่ประเภทหน่วยทำความเย็นจะไม่มีปัญหา อุปกรณ์นี้ยังได้รับการตอบรับอย่างดีจากผู้ใช้จำนวนมาก “

Asakura กระตือรือร้นที่จะเสนอการกำหนดค่าโพรบแบบอื่นและสำรวจขอบเขตใหม่ๆ

“หากสามารถลดระยะเวลาในการวัดลงเหลือเพียงหนึ่งในร้อย ก็สามารถคาดหวังการใช้ NMR ในสาขาที่ไม่เคยคิดมาก่อนได้ อาจเป็นไปได้ว่าในการตรวจสุขภาพที่ศูนย์การแพทย์ การตรวจเมแทบอไลต์ในปัสสาวะและเลือดอย่างละเอียดนั้นทำได้โดย NMR และความเสี่ยงต่อโรคจะลดลง”

ความท้าทายของอาซากุระและคนอื่นๆ ยังคงดำเนินต่อไปในวันนี้