From Tiny Magnets to Clinical Biomarkers: The Future of NMR

SCIENCE • INTERVIEW • ANALYTICAL CHEMISTRY

Inside the UCL School of Pharmacy’s NMR facility, Haider Hussain explains how nuclear spins reveal molecular behaviour—and what must happen before NMR-based metabolomics becomes part of routine clinical care.

By Dr Pınar Şengül | London | August 2026

Dr Pınar Şengül and Dr Haider Hussain examining an NMR sample at the UCL School of Pharmacy NMR Facility.
Neuroscientist and science writer Dr Pınar Şengül examines an NMR sample with Dr Haider Hussain, NMR Facility Manager at the UCL School of Pharmacy, during a visit to the facility in London. Photograph courtesy of Pınar Şengül.

In a laboratory at the UCL School of Pharmacy, a slim glass tube can become a window onto molecular behaviour. The sample itself may appear unremarkable. Inside a nuclear magnetic resonance spectrometer, however, atomic nuclei respond to an intense magnetic field and radiofrequency energy, producing signals that can reveal structure, interactions and motion. The resulting spectrum is not simply a molecular inventory. Read carefully, it is a record of what molecules are doing.

That distinction matters to Haider Hussain, the facility’s NMR Facility Manager. For him, nuclear magnetic resonance is compelling precisely because it refuses to fit into a single scientific box. It brings together physics, mathematics, computing, chemistry, hands-on instrumentation and applications capable of improving human health.

A scientific language built from spin

Hussain entered the field through pharmaceutical sciences. After an MPharm at the University of East Anglia, his master’s research used solid-state NMR to characterise cellulose hydrogels and hemicellulose composites. His doctoral work then focused on developing chemical-shift imaging methods to study molecular interactions relevant to drug delivery and biomaterials. Managing an NMR facility became a natural way to remain involved in the full breadth of the discipline.

To explain the underlying physics, Hussain begins with spin. Many atomic nuclei possess this quantum property and behave, in a simplified analogy, like tiny magnets. In a strong magnetic field, slightly more nuclei align with the field than against it. A radiofrequency pulse provides energy and pushes some nuclei into a higher-energy state. As they relax, they emit signals whose frequencies depend on both the nucleus and its local chemical environment.

“Rather than simply asking what molecules are present, NMR helps us understand what those molecules are actually doing.”

Haider Hussain

Because chemically distinct environments generate distinguishable signals, researchers can build detailed pictures of molecular structure and behaviour. NMR is non-destructive, is not limited by crystal-lattice constraints and can probe processes across broad timescales. In biomedical research, those characteristics support metabolite identification and quantification, structural studies, protein-interaction analysis, drug-binding experiments and investigations of molecular dynamics.

One instrument, many scientific questions

The projects moving through the UCL facility reflect this range. Hussain and his colleagues support researchers developing pharmaceuticals, studying protein–ligand interactions, analysing natural products, investigating metabolic pathways and characterising polymers and biomaterials. The facility also works with industry and provides analytical services to external organisations.

Dr Haider Hussain and Dr Pınar Şengül handling an NMR sample during a UCL facility visit.
Dr Haider Hussain and Dr Pınar Şengül handle an NMR sample during the facility visit. The choice of experiment, acquisition parameters and processing steps can substantially shape the resulting data. Photograph courtesy of Dr Pınar Şengül.

Yet access to sophisticated hardware can create a misleading sense of simplicity. Even a routine spectrum is produced through an adjustable chain of experimental parameters, pulse sequences, acquisition choices and processing operations. Hussain sees incomplete awareness of this chain as one of the field’s persistent problems. A standard protocol may be appropriate in one context and inadequate in another; the experimental design must follow the scientific question.

This is why his central lesson for young researchers is conceptual rather than procedural: NMR is not a single technique but a family of techniques united by the use of nuclear spins and their interaction with an external magnetic field. Once a researcher defines what they need to learn from a sample, the appropriate NMR experiment becomes much easier to select.

NMR or mass spectrometry? The wrong question

In metabolomics, discussions often frame NMR and mass spectrometry as competitors. Hussain rejects that binary. Mass spectrometry offers extraordinary sensitivity and can detect compounds at extremely low concentrations, making it a powerful starting point when the aim is broad metabolite discovery. NMR offers a different set of strengths: highly reproducible quantitative measurements, minimal sample preparation, rich structural information and the ability to study intact samples and molecular interactions.

The analytical choice therefore depends on purpose. For absolute quantification, structural confirmation, long-term reproducibility or interaction studies, NMR may provide decisive advantages. For maximum coverage of low-abundance metabolites, mass spectrometry is often stronger. The most informative metabolomics programmes increasingly combine them, using orthogonal evidence to compensate for the limitations of either platform alone.

Stronger magnets—and more sustainable laboratories

Several technological developments are expanding what NMR can do. Higher magnetic fields and improved cryoprobes continue to raise sensitivity and resolution. Hyperpolarisation could help address one of NMR’s most familiar limitations by dramatically increasing signal intensity, while pure-shift experiments can simplify crowded spectra and improve resolution. At the other end of the scale, benchtop instruments are making NMR accessible outside specialist high-field facilities.

For a facility manager, progress is not measured only in spectral performance. High-field NMR relies on costly cryogens, and advances in helium and nitrogen recycling can reduce both operating costs and environmental burden. As research facilities grow, Hussain believes this infrastructure will become increasingly important. The future of NMR will be shaped not only by what instruments can detect, but also by whether laboratories can operate them sustainably.

The long road from spectra to clinical decisions

NMR-based metabolomics already produces detailed and reproducible biomedical data. That does not mean it is ready to become an ordinary part of clinical care. Hussain identifies standardisation as the largest remaining barrier: clinical laboratories require harmonised sample preparation, reproducible protocols, consistent instrument calibration and validated analysis pipelines.

The second barrier is interpretability. A complex metabolic pattern becomes clinically useful only when it can support a robust and actionable decision. Physicians need biomarkers that are understandable, validated across appropriate populations and backed by strong clinical evidence. In Hussain’s assessment, the technology is capable; the harder task is building the evidence base, infrastructure and quality systems required for routine adoption.

“The technology is already capable of producing high-quality data. The remaining challenge is building the evidence base and infrastructure needed for routine clinical adoption.”

Haider Hussain

Why artificial intelligence has not transformed NMR—yet

Artificial intelligence is often presented as the inevitable next layer of every analytical workflow. Its effect on NMR, however, has so far been less dramatic than Hussain expected. Some researchers use AI to narrow the range of experiments required when designing fragment-based screens, and automated approaches can assist with processing data from large biomolecules such as proteins. But the field has not yet experienced the sweeping transformation seen elsewhere.

One reason may be data. High-performing AI systems depend on large, well-curated and accessible datasets, while high-quality open NMR data remain comparatively limited. The bottleneck is therefore not simply algorithmic ingenuity. It is also the creation of interoperable datasets, agreed metadata standards and trustworthy reference resources. AI’s eventual contribution to NMR may depend as much on scientific data culture as on computing power.

A career built on questions

Working across research environments has shown Hussain that laboratories can perform ostensibly similar activities through different standard operating procedures and scientific habits. Multiple approaches can be fruitful, he says, provided their value is demonstrated by data. For international researchers hoping to establish themselves in London, his advice is direct: be proactive, bring energy, attend seminars, ask questions and form genuine professional relationships. Just as importantly, choose a line of research that matches both ability and curiosity—and that peers recognise as capable of producing meaningful inquiry.

Technical expertise alone is not enough. Hussain emphasises the courage to attempt unfamiliar work, the discipline to practise and study, the resilience to persist through setbacks and the openness required for teamwork. Looking back at his own doctoral years, he is pleased that he continued asking questions. A PhD, he recalls, can feel like one of the last stages at which asking is clearly expected; later academic roles may make a scientist feel responsible for supplying answers.

His corrective advice to his younger self would concern time. The consequences of delay in academia may not be immediately visible, but they are real. Curiosity and time management, in his account, are not opposing qualities. They are what allow scientific questions to become finished experiments.

Begin with the question

The glass tube in the laboratory is therefore only the beginning. A magnet may be stronger, a probe more sensitive and software more automated, but none of these improvements decides what a researcher truly needs to know. NMR’s power lies in its variety—and that variety creates a responsibility to choose carefully.

From pharmaceutical development and biomaterials to metabolic biomarkers, the field’s future will depend on matching experiments to questions, combining complementary analytical methods and building reproducible systems that can carry molecular information into clinical practice. The tiny magnets supply the signals. Scientists must still decide what those signals are being asked to reveal.

About the interview

Dr Pınar Şengül holding a book in a laboratory.

Pınar Şengül

Dr Pınar Şengül is a neuroscientist, neuropsychologist and science writer who has successfully completed her PhD viva. Her doctoral research uses ¹H-NMR metabolomics to investigate serum and cerebrospinal-fluid variation across oligoclonal-band patterns. Her work focuses on translating complex neuroscience and analytical chemistry into accessible scientific narratives.

This interview was conducted following an in-person visit to the UCL School of Pharmacy NMR Facility in London on 5 August 2026. Haider Hussain subsequently provided written responses to thirteen interview questions. Quotations have been lightly edited for grammar and clarity without changing their meaning.

Sosyal medyada sadakat, dijital sınırlar ve trol davranışı

Bengi Öner Özkan ile söyleşi

Röportaj: Dr. Pınar Şengül

Bengi Öner Özkan, sosyal medyanın yakınlık, güven ve sadakat anlayışını nasıl değiştirdiğini anlatıyor. Söyleşi, çiftlerin dijital sınırlarından trol davranışını besleyen psikolojik ve toplumsal etkenlere uzanıyor.

Orta Doğu Teknik Üniversitesi Psikoloji Bölümünde sosyal psikoloji profesörü olan Bengi Öner Özkan, bu söyleşide romantik ilişkilerde dijital sınırları ve trol davranışının toplumsal dinamiklerini değerlendiriyor.

1. Sosyal medya, romantik ilişkilerde yakınlık, güven ve sadakat anlayışımızı nasıl değiştirdi?

Sosyal medya, ilişkilerde yakınlık kurmayı ve iletişimi önemli ölçüde kolaylaştırdı. Özellikle tanışma ve arkadaşlık platformlarının yaygınlaşması, insanların daha önce hiç tanımadıkları kişilerle çok daha kolay iletişim kurabilmesine olanak sağladı. Ancak bu gelişme, ilişkilerin sınırlarını da giderek karmaşıklaştırdı.

Eskiden daha çok özel alanın parçası olarak değerlendirdiğimiz bazı davranışlar, artık dijital ortamda çok daha görünür biçimde sergilenebiliyor. TikTok ve X gibi platformlar bunun çarpıcı örneklerini sunuyor. Bazen “Bu da olmaz artık” diye düşündüğümüz davranışların bile dikkat çektiğini, beğeni ve etkileşim aldığını görüyoruz. Özel mesaj yoluyla birine doğrudan ulaşabilmek de kişiler arası etkileşimi çok daha kolay ve hızlı hâle getirdi.

Bu nedenle romantik ilişkilerde sadakati yalnızca fiziksel davranışlar üzerinden değerlendirmek yeterli olmayabilir. Dijital ortamda kurulan ilişkiler, mesajlaşmalar, flörtöz etkileşimler ve bazı durumlarda kişinin kendisini sunma biçimi de güven ve sadakat tartışmasının parçası hâline geliyor.

Bir başka mesele de kişinin çevrim içi ortamda kendisini olduğundan farklı sunabilmesi. Gerçeğe aykırı bilgi vermek veya başka biriymiş gibi davranmak, çevrim içi yanıltmanın farklı biçimleri arasında değerlendirilebilir. Dolayısıyla sosyal medya yalnızca iletişim biçimlerimizi değil; yakınlık, güven, mahremiyet ve sadakat anlayışımızı da dönüştürüyor.

2. Sosyal medyada aldatmayı nasıl tanımlamalıyız? Beğeni, özel mesajlaşma, flörtöz etkileşim, eski partneri takip etme veya gizli hesap kullanma hangi noktada sınır ihlaline dönüşür?

Burada tek ve herkes için geçerli bir tanım koymanın doğru olmadığını düşünüyorum. Çünkü çiftlerin sadakat ve sınır anlayışları farklı olabilir. Bir beğeni tek başına aldatma sayılmayabilir; ancak gizli, romantik ya da cinsel anlam taşıyan mesajlaşmalar, partnerden saklanan flörtöz ilişkiler veya duygusal yakınlıklar bir sınır ihlaline dönüşebilir.

Belirleyici olan yalnızca davranışın kendisi değil; niyet, gizlilik ve çiftin üzerinde uzlaştığı sınırlardır. “Partnerim bunu bilse rahatsız olur muydu?” sorusu önemli bir gösterge olabilir.

3. Dijital aldatma ile yüz yüze aldatma arasında psikolojik etkiler bakımından ne tür benzerlikler ve farklılıklar bulunuyor?

Her iki durumda da güven kaybı, kıskançlık, öfke, üzüntü ve ilişkinin geleceğine ilişkin belirsizlik ortaya çıkabilir. Çünkü aldatmanın başlıca psikolojik etkilerinden biri, kişinin partnerine duyduğu güvenin zedelenmesidir.

Dijital aldatmanın farklı yanı, daha kolay başlayabilmesi ve daha uzun süre gizli kalabilmesidir. Sosyal medya üzerinden üçüncü kişiyle sürekli iletişim kurmak mümkün olduğu için bazı durumlarda davranışın tekrarlanması ve sürdürülmesi de kolaylaşabilir.

4. Çiftlerin sosyal medyadaki sınırlar konusunda farklı beklentilere sahip olması ilişkide nasıl çatışmalara yol açıyor? Sağlıklı dijital sınırlar nasıl kurulabilir?

Çiftlerden biri eski sevgiliyi takip etmeyi normal bulurken diğeri bunu bir tehdit olarak görebilir. Biri özel mesajlaşmayı sıradan bir iletişim olarak değerlendirirken diğeri bunu duygusal sadakatsizlik olarak yorumlayabilir.

Dolayısıyla sorun bazen davranışın kendisinden çok, iki kişi tarafından farklı anlamlandırılmasından kaynaklanır. Sınırların kendiliğinden anlaşılacağını varsaymak yerine bunları açıkça konuşmak daha sağlıklıdır. “Hangi davranış seni rahatsız eder?” ve “Neyi özel alan olarak görüyoruz?” gibi sorular, çiftlerin birbirlerinin beklentilerini anlamasına yardımcı olabilir.

5. Kıskançlık, bağlanma biçimleri, benlik sunumu ve sosyal karşılaştırma, sosyal medyada aldatma davranışıyla nasıl ilişkilendirilebilir?

Bu etkenler, insanların olası bir dijital sadakatsizliği nasıl algıladığını ve buna nasıl tepki verdiğini etkileyebilir; ancak basit nedenler olarak görülmemelidir. Sosyal medya, başkalarının hayatlarını sık sık görmemize ve kendimizi onlarla karşılaştırmamıza yol açabiliyor. Özellikle Instagram gibi platformlarda insanlar hayatlarının daha çok olumlu ve mutlu kesitlerini sunma eğiliminde. Bu durum bazı kişilerde yetersizlik, kıskançlık, kendi ilişkisine yönelik doyumsuzluk veya tehdit algısını artırabilir.

Bağlanma biçimleri de önemli olabilir. Örneğin kaygılı bağlanma özellikleri gösteren kişiler, partnerlerinin çevrim içi davranışlarına daha duyarlı olabilir ve daha fazla güvence arayabilir. Ancak bunları kesin neden-sonuç ilişkileri olarak görmemek gerekir. Sosyal medya davranışları, kişilik özellikleri ve ilişkinin niteliği birlikte değerlendirilmelidir.

6. Trol davranışının arkasında hangi bireysel ve sosyal psikolojik süreçler yer alıyor? Anonimlik, grup normları ve çevrim içi görünmezlik bu davranışı nasıl besliyor?

Trol davranışı tek bir nedene indirgenemez. Düşük empati, saldırganlık eğilimi, dürtüsellik ve provokasyondan haz alma gibi bireysel özellikler rol oynayabilir.

Bunun yanında çevrim içi ortamın özellikleri de önemlidir. Anonimlik veya kişinin kendisini daha az görünür ve sorumluluktan uzak hissetmesi, yüz yüze iletişimde sergilemeyeceği davranışları çevrim içi ortamda göstermesini kolaylaştırabilir. İçinde bulunulan grubun normları da belirleyicidir. Bir çevrim içi topluluk saldırganlığı veya alay etmeyi normalleştiriyorsa kişi bu davranışları daha kolay benimseyebilir.

7. Trol davranışı yalnızca hedef alınan kişiyi mi etkiler, yoksa çevrim içi toplulukların güven duygusunu ve ilişki kurma biçimlerini de dönüştürür mü?

Trol davranışı yalnızca hedef alınan kişiyi değil, bütün çevrim içi topluluğu etkileyebilir. Sürekli saldırganlık ve alay içeren bir ortamda insanlar kendilerini daha az güvende hissedebilir ve fikirlerini paylaşmaktan kaçınabilir.

Bu davranışlar zamanla topluluğun güven duygusunu, iletişim biçimini ve grup normlarını değiştirebilir. İnsanlar “Burada düşüncemi söylersem saldırıya uğrar mıyım?” diye düşünmeye başladığında sağlıklı iletişim de zayıflar.

8. Trol davranışı ile sosyal medyada aldatma arasında ortak psikolojik mekanizmalar olabilir mi? Dürtüsellik, empati azalması, çevrim içi ketlenmenin çözülmesi veya davranışın sonuçlarından uzaklaşma hissi nasıl bir rol oynayabilir?

Bazı ortak mekanizmalardan söz edilebilir. Özellikle çevrim içi ketlenmenin azalması, yani kişinin internet ortamında normalden daha rahat ve daha az kontrollü davranması önemli bir etken olabilir.

Kişi, karşısındaki insanın yüzünü ve doğrudan tepkisini görmediğinde empati kurmak ve davranışının sonuçlarını hissetmek daha zor olabilir. Dürtüsellik de bazı durumlarda rol oynayabilir.

Ancak trol davranışı ile dijital aldatmayı aynı davranış kategorisinde değerlendirmemek gerekir. Bazı ortak psikolojik süreçler bulunabilse de bu davranışların motivasyonları ve sonuçları farklıdır.

9. Bu alanlarda yapılacak yeni araştırmaların özellikle hangi sorulara odaklanması gerektiğini düşünüyorsunuz?

Bundan sonraki araştırmalarda yalnızca “Kim aldatıyor?” veya “Kim trollüyor?” sorularına değil, “Bu davranışlar hangi koşullarda ve neden ortaya çıkıyor?” sorusuna odaklanmanın önemli olduğunu düşünüyorum.

Örneğin çiftlerin sosyal medya sınırları konusunda nasıl anlaşmaya vardıkları ve gizlilik ile şeffaflık arasındaki dengeyi nasıl kurdukları araştırılabilir.

Trol davranışı açısından da yalnızca kişinin özelliklerine değil, içinde bulunduğu grubun normlarına ve platformun yapısına bakmak gerekir. Kısacası birey ile dijital ortamı birlikte ele alan araştırmalara ihtiyacımız var.

10. Sosyal medya kullanıcılarına ve çiftlere, dijital ortamda daha güvenli ve sağlıklı ilişkiler kurmaları için vereceğiniz en önemli öneri nedir?

Dijital sınırları kendiliğinden anlaşılacak şeyler olarak görmemek ve bunları açıkça konuşmak önemlidir. Yalnızca “Bunu yapma” demek yerine, kişinin “Bu davranış beni neden rahatsız ediyor?” diye düşünüp duygusunu ben diliyle anlatması daha sağlıklı olabilir. Ardından çiftler, “İkimizin de kendisini güvende hissetmesi için nasıl bir sınır belirleyebiliriz?” sorusunu birlikte ele alabilir.

Sosyal medyada gördüğümüz her şeyi hemen bir tehdit olarak yorumlamamak da gerekir. Sonuçta güven, partnerin ne yaptığını sürekli kontrol ederek değil; açık iletişim, karşılıklı saygı ve üzerinde uzlaşılmış sınırlar oluşturarak gelişir.