Molekuláris közelkép

Újra kiadta Platón

Követő: 0

18. február 2023. (Nanowerk News) Képzelje el, hogy elmegy MRI-vizsgálatra a térdéről. Ez a szkennelés méri a térdében lévő vízmolekulák sűrűségét, körülbelül egy köbmilliméteres felbontással – ami kiválóan alkalmas annak meghatározására, hogy például a térdben lévő meniszkusz elszakadt-e. De mi van akkor, ha egyetlen molekula szerkezeti adatait kell megvizsgálnia, amely öt köb nanométer, vagy körülbelül tíz billiószor kisebb, mint amennyire a legjobb felbontású jelenlegi MRI-szkennerek képesek? Ez a célja Dr. Amit Finklernek, a Weizmann Tudományos Intézet Kémiai és Biológiai Fizikai Osztályának munkatársa. Egy friss tanulmányban (Fizikai felülvizsgálat alkalmazva, „Egyetlen elektronpörgések feltérképezése mágneses tomográfiával”), Finkler, Dan Yudilevich doktorandusz és munkatársaik a Stuttgarti Egyetemről (Németország) óriási lépést tettek ebbe az irányba, bemutatva egy új módszert az egyes elektronok leképezésére. A most kezdeti stádiumban lévő módszer egy napon alkalmazható lehet különféle molekulák képalkotására, ami forradalmasíthatja a gyógyszerfejlesztést és a kvantumanyagok jellemzését.

A kísérleti összeállítás: Egy 30 mikron vastag gyémánt membrán átlagosan minden oszlop tetején egy érzékelővel, 2,640-szeresre (fent) és 32,650-szeresére (alul) nagyítva. A jelenlegi mágneses rezonancia képalkotási (MRI) technikákat Évtizedek óta jelentős szerepet játszott számos betegség diagnosztizálásában, de bár a technológia számtalan életen át áttörő volt, van néhány mögöttes probléma, amelyet még meg kell oldani. Például az MRI kiolvasási hatékonysága nagyon alacsony, és több száz milliárd vízmolekulából álló mintára van szükség – ha nem többre – a működéséhez. Ennek a hatástalanságnak az a mellékhatása, hogy a kimenetet ezután átlagolják. A legtöbb diagnosztikai eljárásnál az átlagolás optimális, de amikor ennyi különböző összetevőt átlagolunk, akkor néhány részlet elveszik – esetleg elrejti a kisebb léptékű fontos folyamatokat. Az, hogy ez probléma-e vagy sem, az Ön által feltett kérdéstől függ: például egy zsúfolásig megtelt futballstadionban lévő tömegről készült fényképen sok információ észlelhető, de egy fénykép valószínűleg nem lenne a legjobb eszköz. használni, ha többet szeretnénk megtudni a tizennegyedik sor harmadik ülésén ülő személy arcán lévő anyajegyről. Ha több adatot akarunk gyűjteni a vakondról, valószínűleg a közeledés lenne a megfelelő út. Finkler és munkatársai lényegében egy molekuláris közeli felvételt javasolnak. Egy ilyen eszköz alkalmazása lehetővé tenné a kutatók számára, hogy alaposan megvizsgálják a fontos molekulák szerkezetét, és talán új felfedezésekhez vezethetnek. Továbbá vannak olyan esetek, amikor egy kis „vászon” elengedhetetlen lenne magának a műnek – például a gyógyszerfejlesztés kezdeti szakaszában. Hogyan lehet tehát pontosabb MRI-egyenértéket elérni, amely képes működni kis mintákon – egészen az egyes molekulákig? Finkler, Yudilevich és a stuttgarti Dr. Rainer Stöhr és Andrej Denisenko olyan módszert fejlesztettek ki, amely képes meghatározni egy elektron pontos helyét. Az alapja egy forgó mágneses mező, amely egy nitrogén-üresedési központ közelében van – atomméretű hiba egy speciális szintetikus gyémántban, amelyet kvantumérzékelőként használnak. Atommérete miatt ez az érzékelő különösen érzékeny a közeli változásokra; kvantumtermészete miatt meg tudja különböztetni, hogy egyetlen elektron van-e jelen, vagy több, így különösen alkalmas az egyes elektronok helyének hihetetlen pontosságú mérésére. „Ezt az új módszert – mondja Finkler – ki lehetne használni, hogy a meglévő módszereket kiegészítő nézőponttal szolgálhasson, hogy jobban megértsük a szerkezet, a funkció és a dinamika szent molekuláris hármasát. Finkler és társai számára ez a kutatás kulcsfontosságú lépés a precíz nanoképalkotás felé vezető úton, és olyan jövőt képzelnek el, amelyben ezt a technikát felhasználhatjuk molekulák sokféle osztályának leképezésére, amelyek remélhetőleg készen állnak majd közelképük.