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:
- В Россию могут вернуться вытрезвители: инициативы сенаторов и депутатов
- Вызов нарколога на дом в чем преимущество услуги?
- Почему нельзя сочетать грейпфрут с симвастатином?
- Лечение сахарного диабета гликлазидом
- Как определить дозировку цетиризина?
- Что такое эпидуральная анестезия?
- Как лечатся гнойные пробки на миндалинах?
- Что такое пируват?
- Что такое сульфаниламидные препараты?
- Как определить нужный размер катетера?
- Как контролировать повышенное слюноотделение?
- Чего ожидать после операции по удалению желчного пузыря?
- Развитие резистентности к антибиотикам
- Низкий уровень сахара полезен для головного мозга
- Как распознать воспаление лимфатических узлов
- Клетки ротовой полости противостоят инфекциям, вызываемым грибком Candida
- Ученые на пороге изобретения искусственной кожи высокой чувствительности
