Öffnet die Tür für Nanoskalige MRI

Magnetresonanztomographie ( MRI ) Zeigt Details von lebendem Gewebe , erkrankte Organe und Tumoren im Körper ohne Röntgenstrahlen oder Operation. Was ist, wenn die gleiche Technologie konnte bis auf die Ebene der Atome Peer ? Ärzte konnten visuelle Diagnose von Molekülen einer Person zu machen - Prüfung Schäden auf einem DNA-Strang , beobachtete Moleküle misfold oder Identifizieren einer Krebszelle durch die Proteine ​​auf ihrer Oberfläche .

Jetzt Dr. Carlos Meriles , Associate Professor für Physik an der City College of New York und ein internationales Team von Forschern an der Universität Stuttgart und anderswo haben die Tür für nanoskalige MRT eröffnet. Sie verwendeten winzige Mängel in Diamanten , die Magnet-Resonanz von Molekülen zu messen. Sie berichteten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift Wissenschaft .

"Es bringt MRI auf ein Niveau vergleichbar mit einem Rasterkraftmikroskop ", sagte Professor Meriles , die sich auf dem Gerät, das die Konturen der Atome oder Schlepper Spuren auf ein Molekül , um seine Stärke zu messen. Eine nanoskalige MRI könnte zeigen, wie ein Molekül, ohne es zu berühren bewegt .

"Standard -MRT in der Regel wird mit einer Auflösung von 100 Mikrometer ", um die Breite eines menschlichen Haares , sagte Professor Meriles . "Mit außergewöhnliche Anstrengung ", sagte er, " es kann uns an die etwa 10 Mikrometer " - die Breite von ein paar Blutzellen. Nanoskalige MRI würde eine Auflösung haben 1.000 bis 10.000 mal besser .

Um zu versuchen, auf einen so geringen Umfang abholen Magnetresonanz, nahm das Team Vorteil der Spin von Protonen in einem Atom , eine Eigenschaft, in der Regel verwendet , um Quantencomputer zu untersuchen. Insbesondere verwendet sie Minute Unvollkommenheiten in Diamanten.

Diamanten sind Kristalle fast ausschließlich aus Kohlenstoffatomen. Wenn ein Stickstoffatom Lodges neben einer Stelle, an der ein Kohlenstoffatom fehlt allerdings , erstellt es einen Defekt als Stickstoff - Vakanz (NV) Zentrum bekannt.

" Diese Mängel herausstellen , einen Spin haben - wie ein kleiner Kompass - und haben einige bemerkenswerte Eigenschaften ", bemerkte Professor Meriles . In den letzten Jahren , erkannte die Forscher , dass die NV Zentren könnten als sehr empfindliche Sensoren dienen . Sie können in einer Zelle holen die Magnet-Resonanz- nahe benachbarter Atome , zum Beispiel. Aber anders als die Atome in einer Zelle , die NVs leuchten , wenn ein Licht auf sie gerichtet , Signalisierung , was ihre Spin ist . Wenn Sie es mit grünem Licht leuchten sie rot blinkt wieder .

" Es ist eine Form der so genannten optisch erfasst Magnet-Resonanz ", sagte er . Wie ein Wanderer blinkMorseAlphabetauf einem Hügel , der Sensor " sendet Blitze zu sagen, es ist lebendig und gut . "

" Die NV können auch von einer atomaren Magneten gedacht werden . Sie können die Spin dieser atomaren Magneten wie Sie mit der MRT zu tun , indem eine Hochfrequenz oder Radiopulse bearbeiten ", erklärt Professor Meriles . Die NV reagiert . Shine a grünes Licht an , wenn der Spin nach oben zeigt , und es wird mit helleren roten Licht reagieren . Ein nach unten Spin gibt einen Dimmer rotes Licht.

Professor Mireles hat sich auf die theoretischen Grundlagen der Arbeit geschrieben und vorgeschlagen, die das Projekt an das Team von Professor Jörg Wrachtrup geführt - ein Physiker an der Universität Stuttgart in Deutschland - mit Unterstützung der Postdoc-Forscher Friedemann Reinhard und Mitarbeiter der Universität Bochum und der University of Science and Technology of China . Professor Wrachtrup leitet eine Spitzengruppe Studium solcher Mängel .

Im Labor Doktorand Tobias Staudacher - der erste Autor in dieser Arbeit - verwendet NVs , die knapp unterhalb der Oberfläche des Diamanten durch Beschuss mit Stickstoffatomen geschaffen worden war . Das Team detektierten magnetischen Resonanz in einem Film aus organischem Material auf die Oberfläche aufgebracht , genauso wie man einen dünnen Film aus Zellen oder Gewebe zu untersuchen.

"Letztendlich ", so Professor Meriles " Man wird eine stickstoff Vakanz an der Spitze eines Rasterkraftmikroskops montiert verwenden - oder eine Reihe von Netzwerkvariablen auf der Diamantoberfläche verteilt - , ein Rasteransicht einer Zelle zu ermöglichen, beispielsweise Sonde Kernspins mit einer Auflösung von bis zu einem Nanometer oder sogar besser. "