Главная / Новости / Открытие «двери» для нано-ЯМР

Открытие «двери» для нано-ЯМР

Открытие «двери» для нано-ЯМР

ЯМР-изображение раскрывает детали живых тканей, патологически измененных органов и опухолей в организме без рентгена или хирургической операции. Что, если та же самая технология может перейти на атомарный уровень? Врачи могли бы ставить диагноз визуально на молекулах человека – исследуя повреждения на нитях ДНК, наблюдая утерянные части молекулы, или идентифицируя раковую клетку, изучив белки на ее поверхности.

На данный момент, доцент физики д-р Карлос Мерайлс из Городского университета Нью-Йорка, и международная команда исследователей из Университета Штутгарта и из других мест открыли двери для нано-ЯМР. Они использовали крошечные дефекты в алмазах, чтобы распознать магнитный резонанс молекул и сообщили о своих результатах в журнале «Наука».

«Это доводит ЯМР до уровня, сопоставимого с атомно-силовым микроскопом», – сообщил профессор Мерайлс, ссылаясь на устройство, которое отслеживает контуры атомов или натяжения на молекуле, измеряя ее прочность. Нано-ЯМР может показать, как движется молекула, не касаясь ее.

«Стандартный ЯМР обычно достигает разрешения в 100 микрон или в ширину человеческого волоса», – сказал профессор Мерайлс. «При исключительных усилиях он может достичь разрешения около 10 микрон – размера нескольких клеток крови. У нано-ЯМР разрешение было бы в 1 000 – 10 000 раз выше». Чтобы попытаться воспроизвести магнитный резонанс в таком мелком масштабе, команда использовала преимущество спина протонов в атоме, свойство, обычно используемое при исследовании квантового вычисления. В частности они использовали мелкие дефекты в алмазах.

Алмазы – кристаллы, почти полностью состоящие из атомов углерода. Однако, когда атом азота располагается рядом с местом, где отсутствует атом углерода, это создает дефект, известный как центр азотного пробела (NV).

«Эти недостатки, оказывается, имеют спин – подобный небольшому компасу – и обладают некоторыми замечательными свойствами», – отметил профессор Мерайлс. В последние несколько лет, исследователи поняли, что эти центры NV могли служить очень чувствительными датчиками. Например, они могут в клетке улавливать магнитный резонанс близлежащих атомов. Но в отличие от атомов в клетке, NV отсвечивают, когда свет направлен на них, сигнализируя о том, каков их спин. Если Вы освещаете его зеленым светом, он отвечает красным.

«Это – форма того, что называют оптически обнаруживаемым магнитным резонансом», – сказал он. Как путешественник, сигнализирующий азбукой Морзе на склоне горы, датчик отсылает вспышки назад, сообщая, что это действует и хорошо работает.

«О NV можно также думать как об атомном магните. Вы можете управлять спином этого атомного магнита точно так же, как Вы проделываете это с ЯМР, применяя высокую частоту или радиоимпульс», – объяснил профессор Мерайлс. NV отвечает. Освещают его зеленым светом, и в том случае, когда спин вращается вверх, отвечает на это более ярким красным светом. В случае вращения спина вниз, он дает более тусклый красный свет.

Профессор Мерайлс написал теоретическую фундаментальную работу и предложил этот проект бригаде ученых, во главе с профессором Йоргом Рэчтрупом – физиком из Университета Штутгарта (Германия), и помогающим ему исследователем – постдокторантом Фридеманн Райнхард и сотрудниками из Университета Бохума (Германия) и Университета Науки и техники (Китай). Профессор Рэчтруп возглавляет ведущую группу, изучающую такие дефекты.

Аспирант лаборатории Тобиас Стодэкэр – первый автор этой работы – использовал NV, которые были созданы под поверхностью алмаза при бомбардировке его атомами азота. Обнаруженный бригадой магнитный резонанс был в пределах слоя органического материала обращенного к поверхности. Таким образом, можно бы было исследовать тонкий слой клеток или ткани.

«В конечном счете, можно будет использовать азотный пробел, установленный на наконечнике атомного-силового микроскопа – или «решетку» NV, распределенную по поверхности алмаза – чтобы достичь сканирования разрешением в клетку. Это, например, можно использовать, чтобы исследовать спин ядра с разрешением до миллимикрона или возможно лучше», – сообщил профессор Мерайлс.


Источник:
medicalnewstoday.com



Смотрите также: