A Molecular Close-up - Plato AiStream V2.1

Opublikowane ponownie przez Plato

Obserwuje: 0

18 lut 2023 (Wiadomości Nanowerk) Wyobraź sobie, że idziesz na rezonans magnetyczny kolana. Ten skan mierzy gęstość cząsteczek wody obecnych w twoim kolanie, z rozdzielczością około jednego milimetra sześciennego - co jest świetne do określenia, czy na przykład łąkotka w kolanie jest rozdarta. Ale co, jeśli musisz zbadać dane strukturalne pojedynczej cząsteczki, która ma pięć nanometrów sześciennych, czyli około dziesięć bilionów razy mniej niż najlepsza rozdzielczość, jaką są w stanie wytworzyć obecne skanery MRI? Taki jest cel dr Amita Finklera z Wydziału Fizyki Chemicznej i Biologicznej Instytutu Nauki Weizmanna. W niedawnym badaniu (Zastosowano przegląd fizyczny, „Mapowanie spinów pojedynczych elektronów za pomocą tomografii magnetycznej”), Finkler, doktorant Dan Yudilevich i ich współpracownicy z Uniwersytetu w Stuttgarcie w Niemczech, zdołali zrobić gigantyczny krok w tym kierunku, demonstrując nowatorską metodę obrazowania pojedynczych elektronów. Metoda, znajdująca się obecnie na początkowym etapie, może pewnego dnia znaleźć zastosowanie do obrazowania różnych rodzajów cząsteczek, co może zrewolucjonizować rozwój farmaceutyków i charakteryzację materiałów kwantowych.

Układ eksperymentalny: Diamentowa membrana o grubości 30 mikronów z jednym czujnikiem na górze każdej kolumny, powiększona 2,640 razy (na górze) i 32,650 razy (na dole). odgrywa kluczową rolę w diagnozowaniu szerokiej gamy chorób od dziesięcioleci, ale chociaż technologia ta była przełomowa dla niezliczonych istnień ludzkich, istnieją pewne podstawowe problemy, które pozostają do rozwiązania. Na przykład wydajność odczytu MRI jest bardzo niska i wymaga próbki o wielkości setek miliardów cząsteczek wody – jeśli nie więcej – aby funkcjonować. Efektem ubocznym tej nieefektywności jest to, że dane wyjściowe są następnie uśredniane. W przypadku większości procedur diagnostycznych uśrednianie jest optymalne, ale gdy uśrednia się tak wiele różnych składników, niektóre szczegóły są tracone – prawdopodobnie ukrywając ważne procesy, które zachodzą na mniejszą skalę. To, czy stanowi to problem, czy nie, zależy od pytania, które zadajesz: na przykład istnieje wiele informacji, które można wykryć na zdjęciu tłumu na zatłoczonym stadionie piłkarskim, ale zdjęcie prawdopodobnie nie byłoby najlepszym narzędziem użyć, jeśli chcemy dowiedzieć się więcej o pieprzyku na policzku osoby siedzącej na trzecim miejscu w czternastym rzędzie. Gdybyśmy chcieli zebrać więcej danych na temat kreta, prawdopodobnie najlepszym rozwiązaniem byłoby zbliżenie się. Finkler i jego współpracownicy zasadniczo sugerują ujęcie molekularne z bliska. Zastosowanie takiego narzędzia mogłoby dać naukowcom możliwość dokładnego zbadania struktury ważnych cząsteczek i być może utorować drogę do nowych odkryć. Ponadto istnieją przypadki, w których małe „płótno” byłoby niezbędne do samej pracy – na przykład na wstępnych etapach rozwoju farmaceutycznego. Jak więc uzyskać bardziej precyzyjny odpowiednik MRI, który może działać na małych próbkach – aż do pojedynczej cząsteczki? Dr Finkler, Judyewicz i Stuttgart. Rainer Stöhr i Andrej Denisenko opracowali metodę, która może precyzyjnie określić położenie elektronu. Opiera się na wirującym polu magnetycznym, które znajduje się w pobliżu centrum luki azotu – defektu wielkości atomu w specjalnym syntetycznym diamentie, który jest używany jako czujnik kwantowy. Ze względu na swój rozmiar atomowy czujnik ten jest szczególnie wrażliwy na pobliskie zmiany; ze względu na swoją kwantową naturę może rozróżnić, czy obecny jest pojedynczy elektron, czy więcej, dzięki czemu szczególnie nadaje się do pomiaru położenia pojedynczego elektronu z niewiarygodną dokładnością. „Ta nowa metoda”, mówi Finkler, „można wykorzystać, aby zapewnić uzupełniający punkt widzenia do istniejących metod, w celu lepszego zrozumienia świętej molekularnej trójcy struktury, funkcji i dynamiki”. Dla Finklera i jego współpracowników badania te są kluczowym krokiem na drodze do precyzyjnego nanoobrazowania i wyobrażają sobie przyszłość, w której będziemy mogli wykorzystać tę technikę do obrazowania różnorodnej klasy cząsteczek, które, miejmy nadzieję, będą gotowe do ich zbliżenie.