Nota editorului: Studiul descris în acest articol a fost retras în 9 ianuarie 2015 Ştiinţă. Fizicianul IBM Daniel Rugar spune că atunci când el și echipa sa au încercat să reproducă experimentul, au realizat că semnalul pentru un anumit atom din diamant, carbon-13, ar putea fi confundat cu cel al unui proton. Pe baza acestei constatări, autorii studiului au concluzionat că nu au suficiente dovezi pentru a pretinde detectarea unui singur proton.
Un mic dispozitiv asemănător RMN, făcut din diamant, a efectuat o scanare a unui singur proton, o realizare care reprezintă un pas mare către utilizarea imaginilor magnetice pentru a analiza în profunzime viruși, proteine și alte obiecte biologice nanodimensionate.
Titluri Știri științifice, în căsuța dvs. de e-mail
Titluri și rezumate ale celor mai recente articole Știri științifice, livrate în căsuța dvs. de e-mail în fiecare joi.
multumim pentru inregistrare!
A apărut o problemă la înregistrarea dvs.
„Este o etapă foarte frumoasă”, spune Daniel Rugar, fizician la Centrul de Cercetare IBM Almaden din San Jose, California.
Noul dispozitiv funcționează pe același principiu ca și aparatele monstruoase de imagistică prin rezonanță magnetică din spitale: câmpurile magnetice puternice orientează spin-urile nucleelor de hidrogen, fiecare dintre ele constând dintr-un singur proton. Apoi aparatul emite unde radio. Nucleele de hidrogen absorb radiația radio și o reemit la o frecvență diferită, pe care scanerul o poate detecta și utiliza pentru a identifica locația hidrogenului.
RMN-urile funcționează deoarece țesuturile umane includ trilioane și trilioane de molecule de apă și, prin urmare, nuclee de hidrogen. În plus, răspunsul nucleelor de hidrogen la un câmp magnetic variază ușor în funcție de mediul înconjurător, permițând tehnicienilor să facă distincția între os, grăsime și țesut.
Abonați-vă la Știri științifice
Primiți jurnalism științific excelent, de la cea mai de încredere sursă, livrat la ușa dumneavoastră.
În ultimele două decenii, fizicienii au lucrat pentru a micșora RMN-ul pentru a vizualiza scara nanometrică. „Vrem să aplicăm trucuri RMN pentru a studia viruși, celule și molecule individuale”, spune Christian Degen, fizician în starea solidă la ETH Zurich. În 2009, a făcut parte dintr-o echipă care a folosit un senzor magnetic pentru a vizualiza un virus format din, printre alte componente, aproximativ 10.000 de atomi de hidrogen.
Pentru a mări și mai mult, Degen și echipa sa au construit un dispozitiv realizat din diamant. Diamantul pur este o rețea rigidă de atomi de carbon. Cercetătorii au extras doi atomi de carbon adiacenți lângă suprafața diamantului și l-au înlocuit pe unul cu un atom de azot. Atunci când cercetătorii îi luminează verde, această impuritate simplă, numită centru de azot liber, emite lumină roșie.
Lumina roșie servește ca o lanternă de dimensiuni nanometrice a cărei luminozitate depinde de câmpul magnetic din jur. „Este într-adevăr un senzor de câmp magnetic de dimensiune atomică”, spune Rugar. „Încă descoperim toate lucrurile care se pot face cu el.”
Apoi, cercetătorii au plasat o peliculă subțire dintr-un material numit hexafluorofosfat de amoniu deasupra diamantului, care a depus nuclee de hidrogen chiar deasupra suprafeței diamantului. Ușoare modificări ale luminozității luminii emise din centrul de vacanta de azot au indicat prezența unui singur proton la mai puțin de un nanometru distanță, relatează echipa lui Degen pe 16 octombrie în Ştiinţă.
Rezultatul este un progres important în utilizarea scanării magnetice pentru a investiga complexitățile structurale ale moleculelor biologice individuale, spune Jörg Wrachtrup, fizician cuantic la Universitatea din Stuttgart din Germania. Oamenii de știință folosesc cristalografia cu raze X și spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară în acest scop, dar aceste tehnici oferă informații despre un compozit de multe, multe molecule. Un detector cu sensibilitatea dispozitivului lui Degen ar fi capabil să cerceteze moleculele una câte una, poate ajutând oamenii de știință să înțeleagă mai bine proteinele exotice, cum ar fi prionii, spune Wrachtrup.
Construirea unui detector de scanare a proteinelor este încă un obiectiv ambițios. Dispozitivul lui Degen are o rază de detectare de aproximativ un nanometru, dar proteinele au diametre de aproximativ 10 nanometri. Cercetătorii vor trebui să găsească o modalitate de a sonda molecule de această dimensiune fără a sacrifica sensibilitatea. „Acolo este nevoie de multă muncă”, spune Wrachtrup. „Dar sunt încrezător că acest lucru este realizabil.”