Un primer plano molecular

18 de febrero de 2023 (Noticias de Nanowerk) Imagínese ir a hacerse una resonancia magnética de la rodilla. Este escaneo mide la densidad de las moléculas de agua presentes en su rodilla, con una resolución de aproximadamente un milímetro cúbico, lo cual es excelente para determinar si, por ejemplo, se ha desgarrado un menisco en la rodilla. Pero, ¿qué sucede si necesita investigar los datos estructurales de una sola molécula que tiene cinco nanómetros cúbicos, o aproximadamente diez billones de veces más pequeña que la mejor resolución que los escáneres de resonancia magnética actuales son capaces de producir? Ese es el objetivo del Dr. Amit Finkler del Departamento de Física Química y Biológica del Instituto Weizmann de Ciencias. En un estudio reciente (Revisión física aplicada, “Mapeo de espines de un solo electrón con tomografía magnética”), Finkler, el estudiante de doctorado Dan Yudilevich y sus colaboradores de la Universidad de Stuttgart, Alemania, han logrado dar un paso de gigante en esa dirección, demostrando un método novedoso para obtener imágenes de electrones individuales. El método, ahora en sus etapas iniciales, algún día podría ser aplicable para obtener imágenes de varios tipos de moléculas, lo que podría revolucionar el desarrollo de productos farmacéuticos y la caracterización de materiales cuánticos. La configuración experimental: una membrana de diamante de 30 micras de espesor con un sensor, en promedio, en la parte superior de cada columna, ampliada 2,640 veces (arriba) y 32,650 veces (abajo) Las técnicas actuales de imágenes por resonancia magnética (IRM) han sido instrumental en el diagnóstico de una amplia gama de enfermedades durante décadas, pero si bien la tecnología ha sido innovadora para innumerables vidas, hay algunos problemas subyacentes que quedan por resolver. Por ejemplo, la eficiencia de lectura de la resonancia magnética es muy baja y requiere un tamaño de muestra de cientos de miles de millones de moléculas de agua, si no más, para funcionar. El efecto secundario de esa ineficiencia es que luego se promedia la salida. Para la mayoría de los procedimientos de diagnóstico, el promedio es óptimo, pero cuando se promedian tantos componentes diferentes, se pierden algunos detalles, lo que posiblemente oculta procesos importantes que ocurren en una escala más pequeña. Si eso es un problema o no, depende de la pregunta que esté haciendo: por ejemplo, hay mucha información que podría detectarse a partir de una fotografía de una multitud en un estadio de fútbol repleto, pero una foto probablemente no sería la mejor herramienta. para usar si queremos saber más sobre el lunar en la mejilla de la persona sentada en el tercer asiento de la decimocuarta fila. Si quisiéramos recopilar más datos sobre el topo, acercarse probablemente sería el camino a seguir. Finkler y sus colaboradores están sugiriendo esencialmente un primer plano molecular. El empleo de una herramienta de este tipo podría otorgar a los investigadores la capacidad de inspeccionar de cerca la estructura de moléculas importantes y quizás abrir el camino a nuevos descubrimientos. Además, hay algunos casos en los que un pequeño “lienzo” sería esencial para el trabajo en sí mismo, como en las etapas preliminares del desarrollo farmacéutico. Entonces, ¿cómo se puede lograr un equivalente de resonancia magnética más preciso que pueda funcionar en muestras pequeñas, hasta la molécula individual? Finkler, Yudilevich y los Dres. de Stuttgart. Rainer Stöhr y Andrej Denisenko han desarrollado un método que puede señalar la ubicación precisa de un electrón. Se basa en un campo magnético giratorio que se encuentra en las proximidades de un centro vacante de nitrógeno, un defecto del tamaño de un átomo en un diamante sintético especial, que se utiliza como sensor cuántico. Debido a su tamaño atómico, este sensor es particularmente sensible a cambios cercanos; debido a su naturaleza cuántica, puede diferenciar si hay un solo electrón presente o más, lo que lo hace especialmente adecuado para medir la ubicación de un electrón individual con una precisión increíble. "Este nuevo método", dice Finkler, "podría aprovecharse para proporcionar un punto de vista complementario a los métodos existentes, en un esfuerzo por comprender mejor la sagrada trinidad molecular de estructura, función y dinámica". Para Finkler y sus colegas, esta investigación es un paso fundamental en el camino hacia la nanoimagen precisa, y visualizan un futuro en el que podríamos usar esta técnica para obtener imágenes de una clase diversa de moléculas que, con suerte, estarán listas para su primer plano.

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• Fuente: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62405.php