دو گروه مستقل از محققان، فناوری تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) را تا مقیاس نانو کوچک کردند؛ بطوریکه اکنون می‌توان نمونه‌های مولکولی به حجم چند نانومتر مکعب را شناسایی و در دمای اتاق از آنها عکسبرداری کرد.
به گزارش سرویس فناوری ایسنا، هر دو گروه برای جستجوی نمونه‌های ریز این چنینی، از جاهای خالی نیتروژن (NV) در الماس بعنوان حسگرهای میدان مغناطیسی استفاده کردند. این تحقیقات می‌تواند اولین گام در رسیدن به تصاویر سه‌بعدی مولکولی کامل MRI و رزونانس مغناطیس هسته‌ای (NMR) باشد.
روش‌های کلاسیک MRI و NMR، ابزارهای مفیدی برای بررسی نمونه‌ها (حتی ارگانیسم‌های زنده به صورت غیرمخرب) است. ولی هنگامی که اندازه‌ی نمونه‌ها از چند میکرون کوچک‌تر می‌شود، این تکنیک‌ها حساسیت لازم برای عملکرد مناسب را ندارد.
این روش جدید از جاهای خالی نیتروژن یا NV بهره می‌برد. نقایص NV زمانی پدید می‌آیند که دو اتم کربن همسایه بوسیله یک اتم نیتروژن و یک جای خالی در شبکه جایگزین شوند. نقایص NV قادر به شناسایی نوسانات ضعیف میدان مغناطیسی که از اسپین پروتون‌ها در نمونه حاصل می‌شود، است.
توبیاس اشتوداچر و فریدمن رینهارد و همکارانشان از دانشگاه اشتوتگارت آلمان، با استفاده از نقایص NV، طیف‌های NMR مواد مختلفی که بر روی سطح الماس قرار داده بودند را ثبت کردند. در ابتدا این پژوهشگران تنها یک نقص NV را در فاصله هفت نانومتر از سطح الماس ایجاد کردند.
رینهارد در این باره توضیح می‌دهد: در سطح کوانتومی، NV به کار برده شده در دو حالت اسپینی (فلورسانس روشن و تیره) قرار دارد. بنابراین با بکارگیری الگوریتم یا پروتکلی ساده، با حس شدن نوسانات پروتون، این اسپین سریعا از حالت روشن به تیره تبدیل می‌شود. این تغییر را می‌توان با استفاده از یک دیود حساس به نور و یا دوربین شناسایی کرد.
این پژوهشگران از این روش برای شناسایی اسپین‌های پروتون در تعدادی از نمونه‌های مایع و جامد که بر روی سطح الماس قرار داده شدند، استفاده کردند.
برای رسیدن به تصویر سه بعدی واقعی در ابعاد نانومتری، نیاز است که نمونه به طریقی بحرکت در آورده شود، اما در روش حاضر با توجه به اینکه نمونه بر روی سطح الماس قرار می‌گیرد، ایجاد حرکت ممکن نیست. برای رفع این نقیصه، رینهارد و گروه همراه، نوک کاوشگر میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را از الماس (با نقص NV) ساخته‌اند و بدین ترتیب می‌توان از آن بعنوان ابزار اسکن برای گرفتن عکس‌های تمام سه بعدی از نمونه استفاده کرد.
گروه دیگر، دن راجر و جان مامین و همکارانشان از بخش تحقیقات IBM در کالیفرنیای آمریکا هستند. این محققان نیز از NVهای گنجانده شده زیر سطح الماس استفاده کردند؛ اما تفاوت کار آنها با گروه قبلی این است که نمونه‌ها در کنار الماس گذاشته شدند (برخلاف حالت قبل که نمونه‌ها بر روی سطح الماس قرار داده شده بود). جنس نمونه از پلیمر آلی است که با بکارگیری انعکاس اسپین الکترون در نقایص NV و همچنین چرخش نمونه با یک میدان فرکانس رادیویی، الکترون‌های اتم‌های هیدروژن موجود در نمونه قابل کنترل خواهند شد. این پژوهشگران معتقدند حساسیت این روش در آینده خواهد توانست برای اندازه‌گیری فرکانس‌های یک تک پروتون نیز بکار گرفته شود.
هر دو گروه، جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Science منتشر کرده‌اند.
به گزارش سرویس فناوری ایسنا، هر دو گروه برای جستجوی نمونه‌های ریز این چنینی، از جاهای خالی نیتروژن (NV) در الماس بعنوان حسگرهای میدان مغناطیسی استفاده کردند. این تحقیقات می‌تواند اولین گام در رسیدن به تصاویر سه‌بعدی مولکولی کامل MRI و رزونانس مغناطیس هسته‌ای (NMR) باشد.
روش‌های کلاسیک MRI و NMR، ابزارهای مفیدی برای بررسی نمونه‌ها (حتی ارگانیسم‌های زنده به صورت غیرمخرب) است. ولی هنگامی که اندازه‌ی نمونه‌ها از چند میکرون کوچک‌تر می‌شود، این تکنیک‌ها حساسیت لازم برای عملکرد مناسب را ندارد.
این روش جدید از جاهای خالی نیتروژن یا NV بهره می‌برد. نقایص NV زمانی پدید می‌آیند که دو اتم کربن همسایه بوسیله یک اتم نیتروژن و یک جای خالی در شبکه جایگزین شوند. نقایص NV قادر به شناسایی نوسانات ضعیف میدان مغناطیسی که از اسپین پروتون‌ها در نمونه حاصل می‌شود، است.
توبیاس اشتوداچر و فریدمن رینهارد و همکارانشان از دانشگاه اشتوتگارت آلمان، با استفاده از نقایص NV، طیف‌های NMR مواد مختلفی که بر روی سطح الماس قرار داده بودند را ثبت کردند. در ابتدا این پژوهشگران تنها یک نقص NV را در فاصله هفت نانومتر از سطح الماس ایجاد کردند.
رینهارد در این باره توضیح می‌دهد: در سطح کوانتومی، NV به کار برده شده در دو حالت اسپینی (فلورسانس روشن و تیره) قرار دارد. بنابراین با بکارگیری الگوریتم یا پروتکلی ساده، با حس شدن نوسانات پروتون، این اسپین سریعا از حالت روشن به تیره تبدیل می‌شود. این تغییر را می‌توان با استفاده از یک دیود حساس به نور و یا دوربین شناسایی کرد.
این پژوهشگران از این روش برای شناسایی اسپین‌های پروتون در تعدادی از نمونه‌های مایع و جامد که بر روی سطح الماس قرار داده شدند، استفاده کردند.
برای رسیدن به تصویر سه بعدی واقعی در ابعاد نانومتری، نیاز است که نمونه به طریقی بحرکت در آورده شود، اما در روش حاضر با توجه به اینکه نمونه بر روی سطح الماس قرار می‌گیرد، ایجاد حرکت ممکن نیست. برای رفع این نقیصه، رینهارد و گروه همراه، نوک کاوشگر میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) را از الماس (با نقص NV) ساخته‌اند و بدین ترتیب می‌توان از آن بعنوان ابزار اسکن برای گرفتن عکس‌های تمام سه بعدی از نمونه استفاده کرد.
گروه دیگر، دن راجر و جان مامین و همکارانشان از بخش تحقیقات IBM در کالیفرنیای آمریکا هستند. این محققان نیز از NVهای گنجانده شده زیر سطح الماس استفاده کردند؛ اما تفاوت کار آنها با گروه قبلی این است که نمونه‌ها در کنار الماس گذاشته شدند (برخلاف حالت قبل که نمونه‌ها بر روی سطح الماس قرار داده شده بود). جنس نمونه از پلیمر آلی است که با بکارگیری انعکاس اسپین الکترون در نقایص NV و همچنین چرخش نمونه با یک میدان فرکانس رادیویی، الکترون‌های اتم‌های هیدروژن موجود در نمونه قابل کنترل خواهند شد. این پژوهشگران معتقدند حساسیت این روش در آینده خواهد توانست برای اندازه‌گیری فرکانس‌های یک تک پروتون نیز بکار گرفته شود.
هر دو گروه، جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Science منتشر کرده‌اند.
