Un primo piano molecolare

Un primo piano molecolare

Timestamp: 18 febbraio 2023 5:05
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18 febbraio 2023 (Notizie Nanowerk) Immagina di fare una risonanza magnetica del tuo ginocchio. Questa scansione misura la densità delle molecole d’acqua presenti nel ginocchio, con una risoluzione di circa un millimetro cubo, il che è ottimo per determinare se, ad esempio, un menisco nel ginocchio è rotto. Ma cosa succede se è necessario indagare sui dati strutturali di una singola molecola di cinque nanometri cubi, ovvero circa dieci trilioni di volte più piccola della migliore risoluzione che gli attuali scanner MRI sono in grado di produrre? Questo è l'obiettivo del dottor Amit Finkler del dipartimento di fisica chimica e biologica del Weizmann Institute of Science. In un recente studio (Revisione fisica applicata, “Mappatura degli spin di singoli elettroni con la tomografia magnetica”), Finkler, il dottorando Dan Yudilevich e i loro collaboratori dell'Università di Stoccarda, in Germania, sono riusciti a fare un passo da gigante in quella direzione, dimostrando un nuovo metodo per l'imaging dei singoli elettroni. Il metodo, ora nelle sue fasi iniziali, potrebbe un giorno essere applicabile all’imaging di vari tipi di molecole, il che potrebbe rivoluzionare lo sviluppo di prodotti farmaceutici e la caratterizzazione dei materiali quantistici. testo L'apparato sperimentale: Una membrana diamantata spessa 30 micron con un sensore, in media, nella parte superiore di ciascuna colonna, ingrandita 2,640 volte (in alto) e 32,650 volte (in basso) Le attuali tecniche di risonanza magnetica (MRI) sono state determinante nella diagnosi di una vasta gamma di malattie per decenni, ma sebbene la tecnologia sia stata innovativa per innumerevoli vite, ci sono alcuni problemi di fondo che rimangono da risolvere. Ad esempio, l’efficienza della lettura della risonanza magnetica è molto bassa e richiede una dimensione del campione di centinaia di miliardi di molecole d’acqua – se non di più – per funzionare. L’effetto collaterale di tale inefficienza è che la produzione viene quindi mediata. Per la maggior parte delle procedure diagnostiche, la media è ottimale, ma quando si calcola la media di così tanti componenti diversi, alcuni dettagli vengono persi, probabilmente nascondendo processi importanti che si verificano su scala più piccola. Che questo sia un problema o meno dipende dalla domanda che stai ponendo: ad esempio, ci sono molte informazioni che potrebbero essere rilevate da una fotografia di una folla in uno stadio di calcio gremito, ma una foto probabilmente non sarebbe lo strumento migliore da utilizzare se desideriamo saperne di più sul neo sulla guancia della persona seduta nel terzo posto della quattordicesima fila. Se volessimo raccogliere più dati sulla talpa, avvicinarsi sarebbe probabilmente la strada da percorrere. Finkler e i suoi collaboratori suggeriscono essenzialmente un primo piano molecolare. L'utilizzo di uno strumento del genere potrebbe garantire ai ricercatori la capacità di ispezionare da vicino la struttura di molecole importanti e forse aprire la strada a nuove scoperte. Inoltre, ci sono alcuni casi in cui una piccola “tela” sarebbe essenziale per il lavoro stesso – come nelle fasi preliminari dello sviluppo farmaceutico. Quindi, come si può ottenere un equivalente MRI più preciso che possa funzionare su piccoli campioni, fino alla singola molecola? Finkler, Yudilevich e i dottori di Stoccarda. Rainer Stöhr e Andrej Denisenko hanno sviluppato un metodo in grado di individuare la posizione precisa di un elettrone. Si basa su un campo magnetico rotante che si trova nelle vicinanze di un centro di azoto vacante – un difetto delle dimensioni di un atomo in uno speciale diamante sintetico, che viene utilizzato come sensore quantistico. A causa delle sue dimensioni atomiche, questo sensore è particolarmente sensibile ai cambiamenti vicini; a causa della sua natura quantistica, può differenziare se è presente un singolo elettrone o più, rendendolo particolarmente adatto a misurare la posizione di un singolo elettrone con incredibile precisione. “Questo nuovo metodo”, afferma Finkler, “potrebbe essere sfruttato per fornire un punto di vista complementare ai metodi esistenti, nel tentativo di comprendere meglio la sacra trinità molecolare di struttura, funzione e dinamica”. Per Finkler e i suoi colleghi, questa ricerca è un passo fondamentale verso un nanoimaging preciso e immaginano un futuro in cui saremo in grado di utilizzare questa tecnica per visualizzare una diversa classe di molecole, che, si spera, sarà pronta per il loro primo piano.

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