Rezonans magnetyczny o niezwykle wysokiej rozdzielczości

Naukowcom udało się wykryć pojedynczy atom wodoru za pomocą rezonansu magnetycznego. Świadczy to o uzyskaniu ogromnego wzrostu rozdzielczości w tej technologii. W przyszłości będzie można to wykorzystać w badaniu struktur białkowych.

Rezonans magnetyczny o niezwykle wysokiej rozdzielczości

Rys.1 Przykład aparatury korzystającej z obrazowania za pomocą rezonansu magnetycznego

Konwencjonalne obrazowanie rezonansu magnetycznego (MRI), znane z jego zastosowania w szpitalach, stosowane jest w skali jednej dziesiątej milimetra, np. w przekrojowych obrazach ludzkiego ciała. Naukowcy z Uniwersytetu w Lipsku we współpracy z Naukowcami z ETH w Zurichu pracują nad zwiększeniem rozdzielczości  tej techniki, aby obrazowanie było możliwe na poziomie pojedynczych cząsteczek . Wykrycie sygnału z jednego atomu wodoru jest ogromnym osiągnięciem  w badaniach.

Zespół badawczy kierowany przez profesora Christiana Degena (Laboratorium Fizyki Ciała Stałego) opracował bardziej czułą technikę dla sygnałów rezonansu magnetycznego. Obecnie magnetyzację jąder atomowych mierzy się za pomocą cewki elektromagnetycznej. W badaniach sygnał mierzony jest przez diamentowy czujnik, odczyt następuje  zaś w mikroskopie fluorescencyjnym.

Owy czujnik tworzony jest przez zanieczyszczenia w diamencie, znane jako „luka- azot”. W siatce diamentu brakuje dwóch atomów węgla, z czego jeden jest zastąpiony atomem azotu. Centrum  azot-luka jest zarówno fluorescencyjne jak i magnetyczne, dzięki czemu sprawdza się w bardzo precyzyjnych pomiarach pola magnetycznego.

W przeprowadzonym eksperymencie, badacze przygotowali diament o wymiarach 2×2 mm, a centrum azot-luka znajdowało się kilka nanometrów pod powierzchnią. Przez pomiar optyczny namagnesowania, można było potwierdzić obecność jąder atomowych w pobliskim otoczeniu. Według naukowców mechanika kwantowa daje dowody, czy wykryte zostało pojedyncze jądro czy skupisko kilku atomów wodoru. Podczas badania zostały też zlokalizowane jądra wodoru w stosunku do układu azot-luka z dokładnością jednego angstrema.

Naukowcy twierdzą, że to bardzo ważny krok w odwzorowywaniu cząsteczek. Kolejnym krokiem będzie obrazowanie małocząsteczkowe w urządzeniu nano-MRI.

Marzeniem naukowców jest zastosowanie tej technologii w badaniach struktury przestrzennej biomolekuł, takich jak białka. Obecnie używana jest do tego celu krystalografia, wykorzystująca promienie rentgenowskie.  Jednak w tej metodzie, potrzebne są rozwijające się kryształy, składające się z miliardów identycznych cząsteczek. Natomiast uzyskanie krystalizujących białek, czasami jest bardzo trudne, wręcz niemożliwe. Gdyby badacze osiągnęli swój cel, możliwe byłoby określenie struktury za pomocą jednej cząsteczki. Inną zaletą nano-MRI jest to, że cząsteczki mogą być znakowane izotopami, co zapewnia otrzymanie specyficznego kontrastu.

Z pewnością rezonans magnetyczny o wysokiej rozdzielczości pomógłby biologom w badaniach nad funkcjami białek.

  1. M. Loretz, T. Rosskopf, J. M. Boss, S. Pezzagna, J. Meijer, C. L. Degen. Single-proton spin detection by diamond magnetometry. Science, 2014; DOI: 10.1126/science.1259464

Opracowała: Angelika Chudzik

Korekta: Monika Bryczkowska

Bookmark the permalink.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *


*