Et molekylært nærbillede

18. februar 2023 (Nanowerk nyheder) Forestil dig at gå til en MR-scanning af dit knæ. Denne scanning måler tætheden af ​​vandmolekyler, der er til stede i dit knæ, med en opløsning på omkring en kubikmillimeter - hvilket er fantastisk til at afgøre, om for eksempel en menisk i knæet er revet i stykker. Men hvad hvis du har brug for at undersøge de strukturelle data for et enkelt molekyle, der er fem kubik nanometer, eller omkring ti billioner gange mindre end den bedste opløsning, nuværende MRI-scannere er i stand til at producere? Det er målet for Dr. Amit Finkler fra Weizmann Institute of Sciences afdeling for kemisk og biologisk fysik. I en nylig undersøgelse (Fysisk gennemgang anvendt, "Kortlægning af enkelte elektronspin med magnetisk tomografi"), Finkler, ph.d.-studerende Dan Yudilevich og deres samarbejdspartnere fra universitetet i Stuttgart, Tyskland, har formået at tage et kæmpe skridt i den retning og demonstrere en ny metode til billeddannelse af individuelle elektroner. Metoden, der nu er i sin indledende fase, kan en dag være anvendelig til billeddannelse af forskellige slags molekyler, hvilket kan revolutionere udviklingen af ​​lægemidler og karakteriseringen af ​​kvantematerialer. Forsøgsopstillingen: En 30 mikron tyk diamantmembran med en sensor i gennemsnit i toppen af ​​hver søjle, forstørret 2,640 gange (øverst) og 32,650 gange (nederst) Nuværende magnetisk resonansbilleddannelse (MRI) teknikker er blevet medvirkende til at diagnosticere en bred vifte af sygdomme i årtier, men selvom teknologien har været banebrydende i utallige liv, er der nogle underliggende problemer, der mangler at blive løst. For eksempel er MR-udlæsningseffektiviteten meget lav, hvilket kræver en prøvestørrelse på hundredvis af milliarder af vandmolekyler - hvis ikke mere - for at fungere. Bivirkningen af ​​denne ineffektivitet er, at outputtet derefter beregnes som gennemsnit. For de fleste diagnostiske procedurer er gennemsnitsberegningen optimal, men når man udligner så mange forskellige komponenter, går nogle detaljer tabt – hvilket muligvis skjuler vigtige processer, der sker i mindre skala. Hvorvidt det er et problem eller ej, afhænger af det spørgsmål, du stiller: For eksempel er der en masse information, der kunne detekteres fra et fotografi af en menneskemængde på et fyldt fodboldstadion, men et billede ville nok ikke være det bedste værktøj at bruge, hvis vi ønsker at vide mere om muldvarpen på kinden på den person, der sidder på tredje sæde på fjortende række. Hvis vi ville samle flere data om muldvarpen, ville det nok være vejen at gå tættere på. Finkler og hans samarbejdspartnere foreslår i det væsentlige et molekylært nærbillede. Anvendelse af et sådant værktøj kunne give forskerne muligheden for nøje at inspicere strukturen af ​​vigtige molekyler og måske lede vejen til nye opdagelser. Desuden er der nogle tilfælde, hvor et lille "lærred" ville være essentielt for selve arbejdet - såsom i de indledende stadier af farmaceutisk udvikling. Så hvordan kan man opnå en mere præcis MR-ækvivalent, der kan fungere på små prøver – helt ned til det enkelte molekyle? Finkler, Yudilevich og Stuttgarts Dr. Rainer Stöhr og Andrej Denisenko har udviklet en metode, der kan udpege den præcise placering af en elektron. Den er baseret på et roterende magnetfelt, der er i nærheden af ​​et nitrogen-tomgangscenter – en atom-størrelse defekt i en speciel syntetisk diamant, som bruges som kvantesensor. På grund af sin atomare størrelse er denne sensor særligt følsom over for nærliggende ændringer; på grund af dens kvantenatur kan den differentiere, om en enkelt elektron er til stede eller mere, hvilket gør den særligt velegnet til at måle placeringen af ​​en individuel elektron med en utrolig nøjagtighed. "Denne nye metode," siger Finkler, "kunne udnyttes til at give et komplementært synspunkt til eksisterende metoder i et forsøg på bedre at forstå den hellige molekylære treenighed af struktur, funktion og dynamik." For Finkler og hans jævnaldrende er denne forskning et afgørende skridt på vejen mod præcis nanobilleddannelse, og de forestiller sig en fremtid, hvor vi ville være i stand til at bruge denne teknik til at afbilde en forskelligartet klasse af molekyler, som forhåbentlig vil være klar til deres nærbillede.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62405.php