A Molecular Close-up - Plato AiStream V2.1

Julkaissut Platon

seuraajia: 0

18. helmikuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Kuvittele meneväsi polvisi MRI-kuvaukseen. Tämä skannaus mittaa polvessasi olevien vesimolekyylien tiheyden noin yhden kuutiomillimetrin tarkkuudella – mikä on loistava tapa määrittää, onko esimerkiksi polven meniski repeytynyt. Mutta entä jos sinun on tutkittava rakennetietoja yksittäisestä molekyylistä, joka on viisi kuutiometriä nanometriä tai noin kymmenen biljoonaa kertaa pienempi kuin parhaat nykyiset MRI-skannerit pystyvät tuottamaan? Se on Weizmann Institute of Sciencen kemiallisen ja biologisen fysiikan osaston tri. Amit Finklerin tavoite. Tuoreessa tutkimuksessa (Fyysinen arvostelu sovellettu, "Yksittäisen elektronin pyörien kartoitus magneettitomografialla"), Finkler, tohtoriopiskelija Dan Yudilevich ja heidän työtoverinsa Stuttgartin yliopistosta, Saksasta, ovat onnistuneet ottamaan jättiaskeleen tähän suuntaan ja osoittaneet uudenlaisen menetelmän yksittäisten elektronien kuvaamiseen. Nyt alkuvaiheessa olevaa menetelmää voidaan jonakin päivänä soveltaa erilaisten molekyylien kuvantamiseen, mikä voi mullistaa lääkkeiden kehityksen ja kvanttimateriaalien karakterisoinnin.

Kokeellinen kokoonpano: 30 mikronia paksu timanttikalvo, jossa on keskimäärin yksi anturi kunkin sarakkeen yläosassa, suurennettu 2,640 32,650 kertaa (ylhäällä) ja XNUMX XNUMX kertaa (alhaalla) Nykyiset magneettikuvaustekniikat (MRI) on avainasemassa lukuisten sairauksien diagnosoinnissa vuosikymmeniä, mutta vaikka tekniikka on ollut uraauurtava lukemattomien ihmishenkien ajan, on olemassa joitakin taustalla olevia ongelmia, jotka on vielä ratkaistava. Esimerkiksi MRI-lukeman tehokkuus on erittäin alhainen, ja se vaatii satojen miljardien vesimolekyylien näytteen – ellei enemmänkin – toimiakseen. Tämän tehottomuuden sivuvaikutus on, että tuotosta lasketaan sitten keskiarvo. Useimmissa diagnostisissa toimenpiteissä keskiarvo on optimaalinen, mutta kun lasket niin monen eri komponentin keskiarvon, jotkut yksityiskohdat menetetään – mahdollisesti piilotettaessa tärkeitä prosesseja, jotka tapahtuvat pienemmässä mittakaavassa. Onko tämä ongelma vai ei, riippuu kysymästäsi kysymyksestä: Esimerkiksi valokuvasta, jossa on väkijoukko täynnä jalkapallostadionilla, voidaan havaita paljon tietoa, mutta valokuva ei luultavasti olisi paras työkalu. käyttää, jos haluamme tietää enemmän luorasta neljäntoista rivin kolmannella istuimella istuvan poskessa. Jos haluaisimme kerätä lisää tietoa myyrästä, lähentyminen olisi luultavasti oikea tapa edetä. Finkler ja hänen työtoverinsa ehdottavat lähinnä molekyylistä lähikuvaa. Tällaisen työkalun käyttö voisi antaa tutkijoille mahdollisuuden tarkastaa tarkasti tärkeiden molekyylien rakennetta ja ehkä johtaa tietä uusiin löytöihin. Lisäksi on joitain tapauksia, joissa pieni ”kangas” olisi välttämätön itse teokselle – kuten lääkekehityksen alkuvaiheessa. Joten kuinka voidaan saavuttaa tarkempi MRI-vastaava, joka voi toimia pienissä näytteissä – aina yksittäiseen molekyyliin asti? Finkler, Yudilevich ja Stuttgartin Drs. Rainer Stöhr ja Andrej Denisenko ovat kehittäneet menetelmän, jolla voidaan määrittää elektronin tarkka sijainti. Se perustuu pyörivään magneettikenttään, joka on typpivakanssikeskuksen läheisyydessä – atomin kokoinen vika erityisessä synteettisessä timantissa, jota käytetään kvanttisensorina. Atomikokonsa vuoksi tämä anturi on erityisen herkkä lähellä oleville muutoksille; kvanttiluonteensa vuoksi se pystyy erottamaan, onko läsnä yksi elektroni vai useampi, mikä tekee siitä erityisen sopivan yksittäisen elektronin sijainnin mittaamiseen uskomattomalla tarkkuudella. "Tätä uutta menetelmää", sanoo Finkler, "voidaan valjastaa tarjoamaan täydentävä näkökulma olemassa oleviin menetelmiin, jotta voitaisiin paremmin ymmärtää rakenteen, toiminnan ja dynamiikan pyhää molekyylikolminaisuutta." Finklerille ja hänen kollegoilleen tämä tutkimus on keskeinen askel tiellä kohti tarkkaa nanokuvausta, ja he näkevät tulevaisuuden, jossa voisimme käyttää tätä tekniikkaa erilaisten molekyylien kuvaamiseen, jotka toivottavasti ovat valmiita heidän lähikuvansa.