A Molecular Close-up - Plato AiStream V2.1

Ponovno objavil Platon

Spremljevalci: 0

18. februarja 2023 (Nanowerk novice) Predstavljajte si, da greste na magnetno resonanco svojega kolena. To skeniranje meri gostoto vodnih molekul, prisotnih v vašem kolenu, z ločljivostjo približno enega kubičnega milimetra – kar je odlično za ugotavljanje, ali je na primer meniskus v kolenu strgan. Kaj pa, če morate raziskati strukturne podatke ene same molekule, ki je velika pet kubičnih nanometrov ali približno deset bilijonov krat manjša od tiste, ki jo zmorejo dosedanji MRI skenerji z najboljšo ločljivostjo? To je cilj dr. Amita Finklerja z oddelka za kemijsko in biološko fiziko Weizmannovega inštituta znanosti. V nedavni študiji (Uporabljen fizični pregled, "Mapiranje posameznih elektronskih vrtljajev z magnetno tomografijo"), Finkler, doktorski študent Dan Yudilevich in njihovi sodelavci z Univerze v Stuttgartu v Nemčiji, so uspeli narediti velik korak v tej smeri in prikazati novo metodo za slikanje posameznih elektronov. Metoda, ki je zdaj v začetnih fazah, bi se lahko nekega dne uporabila za slikanje različnih vrst molekul, kar bi lahko revolucioniralo razvoj farmacevtskih izdelkov in karakterizacijo kvantnih materialov.

Eksperimentalna postavitev: 30 mikronov debela diamantna membrana z enim senzorjem v povprečju na vrhu vsakega stolpca, povečanim 2,640-krat (zgoraj) in 32,650-krat (spodaj) Trenutne tehnike slikanja z magnetno resonanco (MRI) so bile že desetletja ključnega pomena pri diagnosticiranju širokega nabora bolezni, a čeprav je tehnologija prelomna že nešteto življenj, obstaja nekaj temeljnih težav, ki jih je treba še rešiti. Učinkovitost odčitavanja MRI je na primer zelo nizka, zato je za delovanje potrebna velikost vzorca na stotine milijard vodnih molekul – če ne več. Stranski učinek te neučinkovitosti je, da je rezultat povprečen. Za večino diagnostičnih postopkov je povprečje optimalno, toda ko izračunate povprečje toliko različnih komponent, se nekatere podrobnosti izgubijo – morda prikrijejo pomembne procese, ki se dogajajo v manjšem obsegu. Ali je to težava ali ne, je odvisno od vprašanja, ki ga postavljate: na primer, obstaja veliko informacij, ki bi jih lahko zaznali iz fotografije množice na polnem nogometnem stadionu, vendar fotografija verjetno ne bi bila najboljše orodje uporabimo, če želimo izvedeti več o madežu na licu osebe, ki sedi na tretjem sedežu v štirinajsti vrsti. Če bi želeli zbrati več podatkov o krtu, bi bilo približevanje verjetno prava pot. Finkler in njegovi sodelavci v bistvu predlagajo molekularni posnetek od blizu. Uporaba takšnega orodja bi lahko raziskovalcem omogočila, da natančno pregledajo strukturo pomembnih molekul in morda pripeljejo do novih odkritij. Poleg tega obstaja nekaj primerov, v katerih bi bilo majhno "platno" bistvenega pomena za samo delo - na primer v predhodnih fazah farmacevtskega razvoja. Kako lahko torej dosežemo natančnejši ekvivalent MRI, ki lahko deluje na majhnih vzorcih – vse do posamezne molekule? Finkler, Yudilevich in stuttgartski dr. Rainer Stöhr in Andrej Denisenko sta razvila metodo, ki lahko natančno določi lokacijo elektrona. Temelji na rotacijskem magnetnem polju, ki je v bližini središča dušikovih praznin – napake v velikosti atoma v posebnem sintetičnem diamantu, ki se uporablja kot kvantni senzor. Zaradi svoje atomske velikosti je ta senzor še posebej občutljiv na spremembe v bližini; zaradi svoje kvantne narave lahko razlikuje, ali je prisoten en sam elektron ali več, zaradi česar je posebej primeren za merjenje lokacije posameznega elektrona z neverjetno natančnostjo. "To novo metodo," pravi Finkler, "bi lahko izkoristili za zagotavljanje dopolnilnega vidika obstoječim metodam, da bi bolje razumeli sveto molekularno trojico strukture, funkcije in dinamike." Za Finklerja in njegove vrstnike je ta raziskava ključni korak na poti do natančnega nanoslikanja in predvidevajo prihodnost, v kateri bomo to tehniko lahko uporabili za slikanje raznolikega razreda molekul, ki bo, upajmo, pripravljen za njihov bližnji plan.