Наноразмерный зонд позволит биологам обнаруживать единичные атомы
 Схематическое изображение азот-вакансии в алмазе. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Азот-вакансия (NV) возникает в алмазе, когда два соседних атома углерода его кристаллической решетки заменяются на атом азота и соседствующий с ним пустой узел. Дефекты NV в наноалмазах являются идеальными инструментами в качестве биологических датчиков, поскольку они не токсичны для живых организмов и не разрушаются под воздействием света. Более того, подобные датчики способны обнаруживать очень слабые магнитные поля, источником которых являются электронные или ядерные спины в образце. В отличие от обычной применяемой в биологии магнитно-резонансной томографии, в которой для получения измеряемого сигнала необходимы спины миллиона атомов, при использовании азот-вакансии в наноалмазе можно обнаружить даже отдельный спин целевого атома.
Опираясь на эту идею, совместная группа ученых из University of Melbourne (Австралия), Japan Atomic Energy Agency (Япония) и University of Stuttgart (Германия) предложила методику, позволяющую обнаружить специальные «спиновые метки» гадолиния, присоединенные к частям молекул, образующих липидный биослой в искусственной клеточной мембране. Стоит отметить, что гадолиний представляет собой распространенный контрастный агент, применяемый в методе магнитно-резонансной томографии. Электроны в атоме этого вещества дают относительно большой суммарный спин (7/2), выполняющий роль источника магнитного поля. Применяемый для измерения датчик с зондом из наноалмаза с азот-вакансией очень чувствителен к подобным пульсирующим магнитным полям.
По мнению исследователей, применявшаяся ими техника может найти самое широкое применение, в частности, в биологии. Как отмечают сами ученые, в этой отрасли есть много ситуаций, когда крайне важно иметь технологию для обнаружения свободных радикалов или ионных каналов в режиме реального времени прямо на исследуемом объекте (а не на взятом в качестве пробы небольшом образце).
В данный момент группа ученых продолжает работу над усовершенствованием методики. В будущем они хотят сократить объем используемых наноалмазов, сделав свои датчики еще более компактными и чувствительными к колебаниям магнитного поля. Это, по мнению исследователей, поможет выявить фундаментальные спины в различных биологических системах.
Подробные результаты работы ученых опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Также по теме:
- Твердость обычного и гексагонального алмаза больше не будет эталоном
- Алмазы позволяют повысить точность классического МРТ и ЯМР
- Улучшенная ячейка с алмазными наковальнями позволяет создавать еще большее давление
- Алмазо-подобные кристаллы углерода дают графену новый тип подложки
- Наноалмазы помогут лечить рак генотерапией
Источники: