5.2.1.1 核磁系统建设目标
蛋白质核磁共振系统包括样品准备、核磁共振分析测定、数据分析与结构计算三大模块。要建立一个先进、高效和方便的核磁共振分析系统，开展高水平的蛋白质科学基础与应用研究，为国内和国际的蛋白质科学研究提供先进技术平台。同时，还要培养和造就应用先进核磁共振技术进行蛋白质科学研究的专业人才。
5.2.1.2 核磁系统初步设计方案
建立核磁共振系统，需要建造相对独立的场所和购置先进的仪器设备，并且有效地链接系统中各模块、各仪器之间的功能，发挥它们的整体效率。模块组成的总体方案见图5-1。
图5-1 核磁系统初步设计的模块组成
1.蛋白质纯化及样品制备模块
有关蛋白质表达、标记、纯化、表征和制备方面，将采用“规模化蛋白质制备系统”所提供的实验室空间和仪器设备（参见19—56页第2章）。
2.核磁共振分析测定模块
初步设计方案计划共有5台核磁共振谱仪，由4台液体核磁谱仪和1台固体宽腔核磁谱仪组成。液体谱仪包括1台850 MHz、1台700 MHz和2台600 MHz；固体谱仪是1台700 MHz宽腔谱仪。850 MHz和700 MHz这2台高场核磁共振谱仪，还都配备超低温探头，用于研究分子量大于30 kDa的蛋白质及其复合物的三维结构和动力学特性。2台600 MHz核磁共振谱仪中，1台配备超低温探头，另1台配备常温探头，用于常规三共振图谱收集、分子量小于30 kDa的蛋白质三维结构和动力学特性研究。700 MHz高场固体宽腔核磁共振谱仪，用于进行固体膜蛋白和淀粉样纤维蛋白的三维结构和动力学分析。此外，该分析模块除了进行常规的蛋白质核磁共振结构信息收集和动力学分析之外，还预设相关接口，可以偶联其他系统的仪器设备（如液相色谱／质谱仪），用于对蛋白质配体进行快速的结构测定，对常规蛋白质进行相互作用分析，开展基于核磁共振方法的代谢产物研究及药物分析。
3.数据分析与结构计算模块
每台仪器有计算机控制系统和系统操作软件，配备核磁共振图谱分析处理和蛋白质结构计算的专用软件，以及相关的数据库。数据存储和大型计算部分采用上海设施“数据库与计算分析系统”的大型服务器模块。本系统内配置10台小型服务器、30套终端微处理机和10台图形处理器。该模块中配备蛋白质核磁共振图谱分析处理软件、蛋白质及其复合物的三维结构计算软件、动力学分析软件、蛋白质分子模拟软件，以及小分子化合物和代谢物的分析软件、小分子化合物化学位移数据库及代谢物数据库等相关的软件和数据库。
4.核磁系统的主要场所建筑
①核磁仪器间：建造约470 m2、净高6 m的独立单间建筑，为5台核磁谱仪提供场所，并预留1台高场谱仪的场所备用。
②样品准备室：毗邻核磁仪器间，类似普通实验室，供核磁共振样品的配置或准备之用。
③分析计算室：类似常规计算机房和办公室，供核磁数据分析和结构计算之用。
5.2.1.3 核磁系统的性能指标
①系统5台核磁谱仪每年能够测试4 800套（4 500+300[2]）二维谱数据、700套（600+100*）三维谱数据。
②系统达到一定规模的蛋白质样品分析和结构解析能力。每年能够分析的样品量大于100个蛋白质及其复合物；解析20～30个蛋白质的溶液三维结构，其中蛋白质复合物、膜蛋白或分子量大于30 kDa的蛋白质10个。
③在皮秒、纳秒、毫秒、秒、千秒的不同时间尺度内，实现对蛋白质及其复合物的动力学分析。每年能够对20～30个蛋白质进行动力学分析研究。
④实现对蛋白质与配体作用过程的精确测定，包括确定其结合部位、结合强度和变构等，在残基水平甚至原子水平上获取蛋白质结构和相互作用的动态信息。每年能够进行蛋白质-配体相互作用分析研究的样品达到300～400个。
⑤实现用固体核磁共振技术测定膜蛋白和淀粉样纤维蛋白之三维空间结构的能力，以及分析局部侧链运动性和配体结合性质的能力，开展生物固体核磁共振的方法学研究。每年能够进行8～10个固体蛋白质样品的分析研究，获得2～3个蛋白质或多肽的固体结构，并进行动力学分析。
5.2.1.4 核磁系统验收指标及术语说明
关于核磁系统一些具体验收指标的说明和术语，定义如下。
图谱数据量：这是关于系统运行通量的指标。括弧内数字（如上文的4 500+300）指液体或固体图谱数据的数量，指用核磁共振仪器采集的图谱数据，有二维和三维图谱，供蛋白质结构、动力学、相互作用和功能等的分析[1，2，4]。采集图谱数据的量与蛋白质样品和仪器的运行状态有关。一般二维图谱的采集时间平均为30 min，三维图谱的采集时间平均为36～48 h。系统验收前，须完成测试几十种不同类型二维和三维图谱的采集，如HSQC、核磁滴定、异核相关、NOESY谱、动力学数据图谱等。验收期间（按1个月计）要完成各种类型图谱的数据采集量，即400套二维谱、58套三维谱。
NMR样品：指15 N／13 C／2 H标记的蛋白质样品，用于进行溶液结构、结构变化、动力学、相互作用、酶作用机理、药物筛选等结构与功能的分析。样品可以来自本设施的规模化蛋白质制备系统，也可以是由设施外部提供的。
蛋白质溶液结构：用NMR方法解析的蛋白质三维结构，以具备存放PDB库的结构坐标数据为准[5，6]。4台液体核磁仪具备完成指标所定的结构解析通量。系统验收前，测试几个不同分子量的标准蛋白质的图谱，以解析蛋白质的三维结构；应用先进技术如TROSY、RDC、氘代样品、四维谱和分子间NOE，测试和解析分子量大于30 kDa的蛋白质或复合物。验收期间（按第一季度计），完成6个蛋白质样品的核磁数据采集与溶液结构解析。
动力学：指蛋白质在溶液中的运动性（motion）或柔性（flexibility）。包括化学键的振动、侧链基团的旋转、主链的摆动、结构域的蠕动、整体结构的翻转、蛋白质-配体的瞬时作用、蛋白质复合物和膜蛋白的运动等[7，8]。蛋白质动力学与其生物功能紧密相关。系统验收前，测试T1／T2和NOE（皮秒-纳秒）、RDC（纳秒微秒）、CPMG[3]（微秒-毫秒）、H／D交换[4]（秒-千秒）等技术。系统建成后，具备研究各种时间尺度的动力学核磁技术。验收期间（按第一季度计），完成6个蛋白质样品的动力学数据采集和动力学分析。
蛋白质配体相互作用：包括蛋白质与蛋白质、多肽、核酸、多糖、化合物以及药物相互作用的分子机制。系统验收前，测试几十个蛋白质与蛋白质、多肽或化合物相互作用的核磁滴定，包括结合部位、结合强度和构象变化等[9]。验收期间（按1个月计），要求能够完成30个蛋白质配体相互作用的核磁滴定的数据采集和分析工作。
由于固体样品的分子运动慢及各向异性，因此与液体谱相比，固体图谱的分辨率（resolution）较低。系统验收前，应用魔角旋转等技术，测试标准样品的固体高分辨率图谱，实现测定膜蛋白和淀粉样纤维蛋白的三维空间结构，分析局部侧链运动性及配体结合性质的能力[1，2]。由于固体研究方法也在不断发展中，需要测试多种固体研究技术，并进行固体方法学的研究。验收期间（按1个月计），对应用固体核磁共振技术的能力进行考核。
5.2.2 核磁系统的构成与设备升级变更
核磁系统的主要工艺布局见图5-2。系统中的3个模块实体（场所）和作用（功能）相互连接，但又相对独立。系统运行的对象（蛋白质样品）来源于上海设施规模化蛋白质制备系统中的相关模块（参见19页“2.1 规模化蛋白质制备系统概述”），以及国内相关实验室的项目课题。而运行过程中所形成的大量数据，将存储在数据库与计算分析系统的大型服务器模块中。
图5-2 核磁系统初步设计的主要工艺布局
5.2.2.1 蛋白质纯化及样品制备模块
有关蛋白质表达、标记、纯化、表征和制备方面，可以采用规模化蛋白质制备系统所提供的实验室空间和仪器设备来完成（参见22—56页2.3—2.7节的有关内容）。此外，核磁系统内部还配置有样品准备室，供核磁共振样品的预处理、样品准备和滴定实验所用。
5.2.2.2 核磁共振分析测定模块的设备升级变更
蛋白质核磁共振分析系统（核磁系统）是整个设施中的重要组成部分。目标是建立一个先进、高效和方便的核磁共振分析系统，开展高水平的蛋白质科学基础与应用研究，为国内和国际的蛋白质科学研究提供先进技术平台。同时，培养一批应用前沿核磁共振技术来进行蛋白质科学研究的专业人才。系统的初步设计和变更，分别由初期的3位主任设计师胡红雨、许琛琦和周界文完成。性能指标和设计变更方案，经过专家组审核评定，报设施经理部批准后执行。
蛋白质核磁共振分析系统的初步设计理念是：在经费不变的条件下，尽量配置高场谱仪，以体现其先进性，并考虑固体核磁用户。根据这一理念所提出的采购计划为5台核磁共振仪器，包括1台850 MHz液体核磁共振谱仪、1台700 MHz液体核磁共振谱仪、2台600 MHz液体核磁共振谱仪、1台700 MHz宽腔固体核磁共振谱仪。根据当前核磁共振技术发展的趋势以及前阶段国内外调研的结果，认为对初步设计的采购方案可作进一步完善，争取在该系统原有经费预算不变的前提下，根据核磁场强梯度系列的设计理念，形成一个合理的场强梯度的核磁谱仪系列配置，以满足各类用户的技术需求。
1.变更理由
目前国际上蛋白质科学研究的主要热点之一，是解析大型蛋白质复合物的三维结构，因此对核磁谱仪的高场强要求也更为迫切。目前国际上最高场强的谱仪为1 G谱仪，已经在法国投入使用；而国际上950 MHz、900 MHz的谱仪也日益增多[9]。因此，原计划中的850 MHz谱仪已经不能满足快速发展的学科需求，计划将原初步设计中850 MHz液体核磁共振谱仪升级为900 MHz液体核磁共振谱仪。根据梯度系列的设计理念，建立900 MHz、800 MHz、700 MHz、600 MHz场强的液体核磁共振谱仪这样一个合理梯度，以满足各类用户的技术需求。在该系统原有经费预算不变的前提下，力争将700 MHz液体核磁共振谱仪升级为800 MHz液体核磁共振谱仪。此外，根据前期调研的结果，窄腔固体谱仪基本能够满足生物核磁的技术要求，价格上较宽腔固体谱仪要节省150万～200万元人民币。因此，申请将700 MHz宽腔固体核磁共振谱仪，变更为700 MHz固／液窄腔核磁共振谱仪，所节省的预算经费可用于支持本系统内其他核磁共振谱仪的升级。总体上，该项变更在保持设计指标和经费不变的前提下，通过优化仪器配置，大大提升系统的技术水平。
2.变更内容
原采购计划为5台核磁共振仪器，包括1台850 MHz液体核磁共振谱仪、1台700 MHz液体核磁共振谱仪、2台600 MHz液体核磁共振谱仪、1台700 MHz宽腔固体核磁共振谱仪。现申请进行如下变更：在原设计指标和经费不变的前提下，计划购买5台核磁共振仪器，包括1台900 MHz液体核磁共振谱仪、1台800 MHz液体核磁共振谱仪、1台700 MHz窄腔固／液核磁共振谱仪、2台600 MHz液体核磁共振谱仪。
此外，核磁分析系统初步设计总预算经费未发生变更，核磁分析系统具体验收指标未变更。总之，这一变更在兼顾初步设计的功能指标全部得到满足的同时，明显提升了核磁共振分析系统的硬件实力。900 MHz谱仪成为当时国内最高场强的核磁设备，也是目前国内唯一的一台900 MHz谱仪。该变更申请征求了同行专家意见，由设施经理部和领导小组批准同意。
5.2.3 核磁设备、器件与部件
5.2.3.1 技术性能指标与设备图
围绕核磁系统的设计任务及科学指标，结合国内外核磁共振系统建设的技术水平，进行各关键设备的选型和组合优化，充分满足系统设计任务及科学指标所需容量对仪器的最低要求。考虑到系统内各模块的相互关系和内在平衡，以及它们在整个系统建设中的重要性，合理并且高效地分配和使用资金，鼓励技术的开发和软件的更新与编制，优化各相关设备的科学组合，使它们优势互补，互相配合，同时还考虑到仪器设备在正常检修和维护期间的系统运行需求。核磁系统按模块、设备和部件，分别设计如下。
1.蛋白质纯化及样品制备模块
核磁共振样品的准备，在样品准备室中进行，通常包括蛋白质样品的溶解、离心，以及加少量重水（供锁场）、装核磁管、滴定等。
由于核磁仪器间不可以有供水系统，故需要单独的样品准备间和必要的生化仪器设备。样品准备间供核磁共振测试样品的预处理、样品的准备和滴定所用，同时用于测试前和测试后样品的保存，其中有如下的生化仪器设备。
②冰箱（4℃、-20℃）4台：预留相应空间，供储存核磁样品用。
④精密pH计2台：其中1台配备细长型pH探头（供检测5 mm核磁管样品用）。
⑤普通天平和精密分析天平各1台：供称量试剂和蛋白质干粉所用。
⑥小型防潮柜：供某些试剂和样品的防潮保存用。
⑦小型台式高速离心机2台：适用Eppendorf管[5]的离心操作。
⑧涡旋混合器2台：其中1台适合5 mm核磁管样品的混合。
⑨搅拌器：供配制试剂所用。
⑩各种优质核磁管。
2.核磁共振的分析测定模块
该模块位于核磁仪器间内，主要由系列核磁共振谱仪组成。每台谱仪之间相对独立，相互合理配置使用，共同完成一个蛋白质样品的核磁数据采集。1台仪器通常主要由4个部分组成，如图5-3，包括超导磁体、接收系统、电脑操作台和常规或超低温探头等。
（1）900 MHz高分辨液体NMR谱仪（配置超低温探头）（1台，见图5-4）
主要配置如下：
①Bruker 21.14T超导傅里叶核磁共振磁体（窄腔54 mm）；
②35组室温匀场线圈；
③Bruker AVANCEⅢHD四通道的射频发生系统；
④x YZ轴脉冲梯度场附件；
⑤超低温探头：5 mm 1 H／13 C／15 N TCI Triple Resonance Cold Probe探头；
⑥常温探头：5 mm 1 H／13 C／15 N TXI Inverse Triple Resonance RT Probe探头[6]（1 H S／N[7]＝2 262﹕1；分辨率＝0.62 Hz）；
⑦变温控制单元：0～80℃；
⑧Red Hat操作系统，TopSpin 3.2软件包。
其主要功能是：对分子量大于30 kDa的常规蛋白质的图谱，以及对低溶解度、难纯化的大蛋白质和膜蛋白的图谱，进行采集和结构解析。
图5-3 核磁共振谱仪在磁体大厅里的空间布局图
图5-4 900 MHz高分辨液体NMR谱仪（彩图见图版第17页）
（2）800 MHz高分辨液体NMR谱仪（配置超低温探头）（1台，见图5-5）
主要配置如下：
①Agilent 18.78T超导傅里叶核磁共振磁体（窄腔54 mm）；
图5-5 800 MHz高分辨液体NMR谱仪
②35组室温匀场线圈；
③Agilent DD2四通道的射频发生系统；
④Z轴脉冲梯度场附件；
⑤超低温探头：1 H{13 C／15 N}5 mm PFG Triple Resonance 13C Enhanced Cold Probe，VT，800 NB探头；
⑥常温探头：5 mm 1 H{13 C／15 N}PFG Triple Resonance Probe[8]，VT，800 NB探头；
⑦变温控制单元：-20～80℃；
⑧Red Hat操作系统，Vnmr J4.0软件包；
⑨超低温探头的制冷系统及辅助设备。
其主要功能是：对分子量大于20 kDa的常规蛋白质的图谱以及对低溶解度、难纯化的大蛋白质和膜蛋白的图谱，进行采集和结构解析。
（3）600 MHz液体NMR谱仪（配置超低温探头）（1台，见图5-6）
主要配置如下：
①Bruker 14.14T超导傅里叶核磁共振磁体（窄腔54 mm）；
②35组室温匀场线圈；
③Bruker AVANCEⅢHD四通道的射频发生系统；
④x YZ轴脉冲梯度场附件；
图5-6 600 MHz液体NMR谱仪（配超低温探头）
⑤超低温探头：5 mm 1 H／13 C／15 N TCI Triple Resonance Cold Probe探头；（1 H S／N＝7 667﹕1，分辨率＝0.47 Hz）；
⑥常温探头：5 mm Broadband Probehead“Smart Probe”[9]探头；（1 H S／N＝929﹕1，分辨率＝0.58 Hz）；
⑦变温控制单元：0～2 000℃；
⑧Red Hat操作系统，TopSpin 3.2软件包。
其主要功能是：对常规蛋白质的三共振图谱进行采集；对低溶解度、难纯化的蛋白质和膜蛋白的图谱，进行采集和结构解析。
（4）常规600 MHz液体NMR谱仪（1台，见图5-7）
主要配置如下：
①Agilent 14.14T超导傅里叶核磁共振磁体（窄腔54 mm）；
②35组室温匀场线圈；
③Agilent DD2四通道的射频发生系统；
④Z轴脉冲梯度场附件；
⑤超低温探头：1 H{13 C／15 N}5 mm PFG Triple Resonance 13C Enhanced Cold Probe，VT，600 NB探头；（1 H S／N＝6 105﹕1；分辨率＝0.58 Hz）；
⑥常温探头：1 H{13 C／15 N／31 P}5 mm PFG Penta Probe（多通道探头），VT，600 NB探头；（1 H S／N＝1 102﹕1；分辨率＝0.50 Hz）；
⑦变温控制单元：-75～100℃；
图5-7 常规600 MHz液体NMR谱仪
⑧Red Hat操作系统，Vnmr J4.0软件包。
其主要功能是：对常规蛋白质的核磁共振图谱，进行采集和结构分析；对基于蛋白质靶点的化学小分子和药物进行分析，进行代谢产物的分析检测。
（5）700 MHz固体液体两用／混用高分辨NMR谱仪（1台，见图5-8）
图5-8 700 MHz固体液体两用／混用高分辨NMR谱仪
主要配置如下：
①Agilent 16.4T超导傅里叶核磁共振磁体（窄腔54 mm）；
②35组室温匀场线圈；
③Agilent DD2四通道的射频发生系统；(www.xing528.com)
④x YZ轴脉冲梯度场附件；
⑤固体探头：3.2 mm HXY Bio MAS探头（3.5～25 k Hz）；（13 C S／N＝115﹕1；分辨率＝9.6 Hz）；
⑥液体常温探头：5 mm 1 H{13 C／15 N}x YZ PFG Triple Resonance Probe，VT，700 NB探头；（1 H S／N＝1 600﹕1；分辨率＝0.64 Hz）；
⑦变温控制单元：-75～100℃；
⑧Red Hat操作系统，Vnmr J4.0软件包。
其主要功能是：对固体膜蛋白和淀粉样纤维蛋白进行结构和动力学解析，对固体蛋白质样品进行理论和应用研究。
（6）核磁共振谱仪配套（1套）
需要独立的空压机房建筑，通过管道为每台核磁仪器提供压缩空气。空压机房内的空压机组由3台空压机组成，其中1台备用。通过2台空压机建立2套独立的纯净空气供应系统及管道分布，分别送到5台谱仪。初步确定为中间走廊两边仪器各自安排1套空压机系统，分别为（参考图5-9）：A套（走廊东边）供带超低温探头的900 MHz、800 MHz、600 MHz谱仪，B套（走廊西边）供固液混用700 MHz和常规600 MHz谱仪。
图5-9 空压机布局图[10]（详见下载图5-9，下载网址见31页脚注）
主要配置如下：
①无油空气压缩机组（2台）；
②干燥空气净化和储备系统（2套）：包括管道排布；
③专用不间断电源（UPS）：位于附室内，为该系统提供不间断电源，起保护作用；
④气体供应管道系统：位于附室气体房内，为低温探头冷却系统、固体核磁仪提供氮气（N 2）或氦气（He）；
⑥其他小型附件。
3.数据处理与计算分析模块
分析计算室分别由计算机房、计算室和办公室构成。核磁系统与电镜系统合用一个计算机房，其中核磁部分约占10 m2。机房内另备有散热降温设备。
图5-10 数据处理与计算分析模块配置示意图
KVM：kernel-based virtual machine（基于内核的虚拟机系统）。
主要配置如下：
①10台小型服务器：位于计算机房；
②30套终端微处理机：网络线接口不少于50个；
③10台图形处理器；
④2台彩色打印机和5台网络打印机；
⑤NMR结构计算软件。
其主要功能是：用于核磁图谱的分析处理和蛋白质溶液结构的计算及动力学模拟。核磁共振数据分析处理和结构计算的工作量大，须投入较多的人员。类似于一般的计算生物学平台（图5-10），该模块需要具备40人同时进行计算机处理和结构解析的容量与能力。
5.2.3.2 核磁系统设计和实施的科学性分析
蛋白质是高度复杂的高聚物。与化学小分子相比，对蛋白质测量仪器也要求更精密，因此需要高场强的核磁共振谱仪。目前国际上950 MHz谱仪已经有所应用，1 G谱仪也已投入使用。然而，根据性价比推断，选用900 MHz谱仪较为适合，能够满足未来若干年内的科研需求，因此选择900 MHz谱仪，既能满足蛋白质研究的尖端先进性，又可以使费用支出比950 MHz谱仪低很多。对于大规模的蛋白质结构分析，核磁共振的采样耗时较长，结构解析所需要的采样时间较多，故需要多台不同场强的核磁谱仪同时应用。为满足国内科学家对高场强液体谱仪的需求，再选择购置700 MHz的液体谱仪。600 MHz液体核磁共振仪，是目前国际上装备最多的谱仪，被需要的机时也较多，因此购置2台，其中1台可配备其他系统的相关设备（如液相色谱、质谱）与之相偶联，进一步满足代谢物和药物分析上的需要。由于核磁共振本身是一种灵敏度相对低的方法，且一般蛋白质样品的溶解度较低，或者样品的量较少，因此在900 MHz、800 MHz和1台600 MHz谱仪上配备超低温探头，以获得较高的灵敏度，节约采样耗时和提高仪器的利用率。
同时又考虑到固体核磁共振技术的发展及潜在应用，选取1台700 MHz固液混用谱仪。这应是一种比较前瞻的配备。欧美国家和日本等均投入大量的资源，开展这方面的理论和应用研究，并取得长足的进展。目前，应用固体核磁共振方法，已成功地解析了多个淀粉样纤维蛋白和膜蛋白的三维结构。由于应用固体核磁共振方法，样品不受相关时间的影响，因而所研究的蛋白质样品受蛋白质分子量的约束较小。同时，通过固体核磁共振，能够直接研究装在磷脂双分子层中的膜蛋白。这就使得固体核磁共振方法成为获得较高分辨率、较高稳定性的膜蛋白三维结构的方法。因此，固体核磁共振方法在较大或超大分子量的蛋白质和膜蛋白的三维结构和动力学分析方面，具有不可比拟的优势。同时，由于固体核磁共振方法不受样品弛豫过程影响，它在准确分析蛋白质不同位点之间的距离和取向信息方面，在研究蛋白质不同状态下的动力学方面，均优于X射线晶体衍射和液体核磁共振的方法。
中国在固体核磁共振研究方面起步较早，中科院武汉物理与数学研究所和华东师范大学在固体核磁共振研究方面曾具有较大国际影响力。但是，国内在固体核磁共振方面的研究，主要集中于物理、化学和材料方面。在生物方面，特别是蛋白质三维结构方面的研究，也从国外引进了优秀人才（如华东师范大学、复旦大学、武汉物理与数学研究所、中国科技大学等单位）。但是，国内在固体核磁共振谱仪方面的投入，远远落后于液体核磁共振谱仪。因此，非常有必要添加高场固体核磁谱仪，为相关研究人员提供必要的技术平台，以提升我国在大分子量蛋白质和膜蛋白的三维结构和动力学及其相关功能机制方面的研究水平。固液混用的700 MHz磁谱仪，完全可以满足常规生物样品的所有固体核磁实验需求，同时兼顾液体谱仪用户需求量较大的特点，故比单独购买固体宽腔磁体谱仪更合理与实用。
因此，蛋白质核磁共振分析系统的核心是5台核磁共振谱仪，以及相应的样品制备模块和数据处理与计算分析模块。系统建成后，可满足中国南方地区科研人员对高场强核磁共振仪器的需求，并且与国内（北京、武汉）已有的高场强谱仪一起，辐射全国，提高我国在生物磁共振特别在蛋白质科学领域的整体水平。
本系统三大模块所设计的仪器设备，具有国际先进性。虽然没有选取国际上目前最高场强的磁体（如1 000 MHz），但所有谱仪的组合与配置都是比较合理的，具有发挥综合实力的效果。在以后的二期建设中，可以再考虑购置国际最先进的1 000 MHz谱仪。核磁谱仪可从国外进口，其他小型仪器可在国内直接购买。在核磁仪器间的建筑施工和防振、防电磁问题上，也能够满足基本要求。国际、国内也有类似的实验室建设，可供参考借鉴。
①核磁仪器间：5台核磁谱仪是本系统的核心设备。其中3台配置超低温探头，以提高仪器灵敏度。国内没有同类产品，需要进口。德国布鲁克（Bruker）和美国安捷伦（Agilent）两家核磁仪器公司，提供性能和价格相似的同类产品。
②空压机房：包括单独的空压机房、3台无油空气压缩机、空气净化系统以及管道。采用国产设备。诸如阿耐斯特岩田产业机械（上海）有限公司、阿特拉斯公司和山东淄博宏润工贸有限公司，以及其他的国内公司，均有类似的产品供应。空压机及管道系统由生产销售方负责建设（按照合同约定）。
③样品准备室：类似于常规实验室，所需的一些小型设备在国内购置。
④中央空调设备：采用国产设备，能够满足基本要求。
⑤分析计算室：是核磁数据分析和结构计算模块所必需的设备，包括多核计算机、普通微机、图形显示器、打印机等。需要通过政府采购形式购买。
综上所述，核磁系统的场地建设和设备购置均是可行的，各模块的协调方案也是合理的，基本接近最佳方案。
5.2.3.3 包装运输
所有仪器设备（包括国内和国外）的包装和运输，在采购合同中注明（见表5-1），由供应商负责提供解决，采购方负责验收是否符合合同要求。
国外设备的运输，根据外贸合同条款的规定。一般贸易由外商或代理商负责把货物运输到买方城市港口。港口至最终用户由外贸公司办理报关和进行市内运输。特殊物品的运输和要求，可以在外贸合同签定时，签署备忘录。
在货物交接中如发现外包装有破损，由运输方出具破损单，以便与有关部门交涉。如果拿不出破损单，则拒收货物。
表5-1 核磁仪器的基本外观数据
5.2.4 土建与配套建设的设计方案
5.2.4.1 核磁共振系统的基本建筑要求
所有核磁共振仪器，要求安置在单独的平房内。平房建筑面积约470 m 2。样品准备室、数据分析与结构计算室在其他楼层。
5.2.4.2 样品准备室
总面积约60 m2。样品准备室在主楼底层，类似于一般标准实验室，面积约40 m2。样品准备室与核磁间的磁体毗邻，但分室隔开，成独立的实验室。样品准备室设有水槽和实验台。另在附近配置20 m2的办公室。办公室须放置基本的办公用具，有书架供放置仪器操作手册。有多个网线接口（手提电脑）和至少2台台式电脑，用于核磁数据的快速预览。电源为380 V和220 V。
5.2.4.3 核磁仪器间
建筑物为单独平房，面积为470 m2，其中供核磁谱仪摆放的场所为400 m 2，按设计可放置6台核磁仪器。2间辅助室为70 m2，用于气体房、UPS配电房、液氮输罐房和小办公室。平房高度7.0 m，净高不小于6.0 m。要求能够承重和防振。建议核磁仪器间采用单独地基，选用水泥地面。地面要求夯实，没有任何架空的部分，满足900 MHz仪器的承重要求（仪器重约6 000 kg）。
1.防电磁干扰
电磁强度干扰的峰值应小于5×10-3 Gs[11]。
①远离磁悬浮（＞500 m）、轻轨、地铁、电车（＞250 m）。
②远离主要公路干道（＞50 m，如果可能最好达到100 m）。
④远离磁场可突变式质谱仪（＞30 m）。
2.防地面振动
实验室地面振动加速度应小于1 mm／s2。
①建议实验室选用水泥地面，地基要厚实，没有任何架空的部分。
③磁体位置地面须安装减振装置。
④磁体位置的地下和周围避免有暗沟及各种管线。
3.实验室地面承重
900 MHz／54 mm超屏蔽约6 000 kg（满），磁体直径1 688 mm。
4.净高
平房层高应在7.0 m以上，净高不小于6.0 m。900 MHz仪器高度为3.865 m。须考虑三脚架和升场棒的高度，最小高度为5.3 m。空调通风口设在天花板上，避开正对磁体。
5.室门和安装运输门
①物料进出口门能够适合磁体的运输。大型卡车能够到达物料进出口，方便加液氦。
②为方便磁体的运输和安装，需较大的门宽和门高（或临时门）。一般宽度以运输磁体的小车为准，高度以小车高度加上磁体高度为准。
③谱仪包装箱（900 MHz）大小为220 cm×240 cm×300（高）cm。
④磁体安装运输门：要求宽3 m×高4 m以上，可在安装测试完成后封闭。
⑤液氦运输罐门：要求门高＞2.2 m，门宽为2×1.5 m（3.0 m）。
⑥采取大门套小门的方式。平时只用液氦运输罐门（小门），而磁体安装运输门（大门）仅在仪器安装或特殊时期使用。
6.温度和湿度要求
①温度：17～25℃，-1℃／h＜波动＜+1℃／h；一般常温为20±1℃（空调调节）。
②湿度：55%～65%，须配备除湿机，配置几个小型功率的除湿机，避免对磁头的干扰。
③须安装独立的中央空调，出风口在天花板上，不要正对着磁体。
7.电源要求
①须按6台核磁仪器的要求配置，预留1台谱仪的电源配套。每台谱仪配置至少3个单相和1个三相插座。核磁谱仪为单相电源，超低温探头设备需要1个三相电源。
②核磁共振谱仪：单相（220 V），＞5 kW；插座（3个）：三相，1个额定电流＞25 A，另2个为16或10 A；计算机：单相（220 V），2 kW。
③UPS电源：功率不小于谱仪，为谱仪系统和计算机系统服务。
8.核磁共振谱仪专用地线
①接地电阻＜1Ω。
②专用地线和楼房及其他地线分开，由专业地线公司施工。
9.制冷系统户外机
三台超低温探头的制冷系统需要外置户外机，在仪器相应的墙外留置3台户外机的位置。
10.无供水系统
谱仪工作无需水源，放置谱仪的房间不要有各种自来水及废水管道，以免管道漏水对谱仪造成损害。
11.气体供应
固体核磁谱仪和超低温探头设备需要有气体（N 2、He）供应。可以在气体房内放置备用气体钢瓶，通过临时管道通到工作场地。由于固体核磁仪用气体的机会多，考虑将固体核磁仪放在最靠近气体房的位置。
12.排风口
包括可关闭的定期排风口和排气泵、氮气（N 2）排出口，以及氦气（He）固定排风口（位置可在磁体的顶端）。须安置氧气（O2）压力表，并带有报警装置。
13.铁磁性物体
5高斯磁场线内没有铁磁性物体，1高斯磁场线内没有大（250 kg）的铁磁性物体。
14.超低温探头电源
①850 MHz、700 MHz和600 MHz谱仪各配置1个超低温探头。
②氦压缩机（分子泵）：380 V（三相），8 kW。
③冷水机组和室外机：三相，5 kW，冷水机组可放在空压机房内。
④专用UPS电源：三相，保证停电时的低温探头氦压缩机供电，能够运转4 h。
15.液氦和液氮
①液氦：国外进口，直接购买。
②液氮：需要液氮储备罐装置和运输罐，建议园区配备液氮储备罐装置。
16.通信与网络接通
17.固体核磁仪的特殊要求
要求固体核磁仪摆放在辅助室（气体房）附近。须增添FTS冷却系统、液氮冷却系统、压缩空气系统和自压式液氮罐等。需要N 2供应，可用N 2钢瓶。
18.园区动力需求
建议园区配置备用发电机，建立24 h停电预警与报警系统。
5.2.4.4 空压机房
为避免空压机的振动影响谱仪工作，须单独设置空压机房，并且安排独立的地基。空压机房面积约20 m2。须有备用空压机。空压机房要安装空调用于降温，以增加内部设备的使用时间。
①无油空压机组：出气量＞200 L／min。需要干燥器和过滤器。过滤后含油量＜0.005 ppm[12]。
②电源：2个16 A单相插座（空压机）、2个10 A单相插座（干燥器），可视空压机的类型而定。
5.2.4.5 数据分析和结构计算室
总面积约200 m2，由计算室、机房和办公室组成，其中机房与电镜系统合用。位于核磁电镜楼的主楼2楼，与核磁仪器间分开，但须有网络通信连接。要有中央空调，机房内须有降温散热装置（如另加立式空调）；计算室要求为一般的计算机室，有办公物品和网络通信。网线接口不少于50个，单相电源插座不少于50个。
5.2.4.6 核磁共振系统场所的用房设计
核磁系统基本用房情况如表5-2。
表5-2 核磁共振系统的基本用房情况
（续表）
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