Алмазы позволяют повысить точность классического МРТ и ЯМР
 Визуализация эксперимента первой научной группы в атомарном масштабе: дефект под поверхностью алмаза позволяет фиксировать магнитное поле от образца, размещенного на его поверхности. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Классическая магнитно-резонансная томография (МРТ) и связанные с ней методики диагностики с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР) – весьма полезные инструменты, поскольку они могут использоваться для неинвазивного исследования образцов (в том числе – живых тканей). Однако, с уменьшением размеров исследуемого образца (к примеру, до нескольких микрон), техника приближается к порогу своей чувствительности, что не позволяет проводить исследования с должной точностью. Связано это с конструктивной особенностью аппарата – магнитной индукционной катушкой, которая фиксирует магнитное поле от исследуемого образца. Эта конструкция не может быть уменьшена до менее чем нескольких микрон в диаметре, соответственно, прибор не может принимать сигнал от крошечных объектов. Для отображения меньших структур были разработаны альтернативные методики, к примеру, магнитно-резонансная силовая микроскопия. К сожалению, эти техники работают только при сверхнизких температурах, таким образом, они не могут быть использованы за пределами лабораторий.
Две независимые научные группы: из University of Stuttgart (Германия) и IBM Research Division (США), похоже, предложили технику, позволяющую решить обозначенную проблему. Новый метод использует дефекты в кристаллах алмаза, возникающие, когда два соседних атома углерода в кристалле заменяются атомом азота и вакансией. Подобные дефекты способны обнаруживать очень слабые колебательные магнитные поля, источником которых являются спины протонов в образце.
Исследователи из University of Stuttgart (Германия) использовали описанные дефекты для записи спектров ЯМР различных материалов (как твердых, так и жидких), которые они располагали на поверхности алмаза. При этом сам дефект был размещен на расстоянии 7 нм от поверхности. Колебания протона в образце обнаруживались при помощи фотодиода или камеры, наблюдавшей за флуоресценцией дефекта под действием минимального магнитного поля. Огромным преимуществом представленной методики является возможность ее работы при комнатной температуре.
К сожалению, методика ученых пока не подразумевает перемещения объекта, расположенного на поверхности алмаза, так что с ее помощью на данный момент нельзя построить полноценное трехмерное изображение на наноуровне. Развивая технику, группа ученых разрабатывает на ее основе разновидность атомно-силового микроскопа, который можно будет использовать в качестве сканирующего инструмента для построения полноценной 3D-картинки. В будущем также будет создано несколько устройств для низкотемпературных исследований для наблюдения, к примеру, белков, которые беспорядочно двигаются при комнатной температуре, т.е. для их более точной съемки необходимо замораживание.
Группа ученых из IBM Research Division (США) использовала примерно ту же схему эксперимента, правда, размещала исследуемый объект не на поверхности алмаза, а рядом с ней. Группа сосредоточилась на исследовании органического полимера, которым можно было манипулировать сторонними методами. Команда считает, что в их методике разрешение может быть увеличено до размера одного протона.
Также по теме:
- Наноалмазы помогут лечить рак генотерапией
- Улучшенная ячейка с алмазными наковальнями позволяет создавать еще большее давление
- Карбид кремния открывает новые возможности для квантовых вычислений
- изики открыли новые грани подобия механического повреждения поверхностей
- Алмазо-подобные кристаллы углерода дают графену новый тип подложки
Источники: