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類型分類:
科普知識
數(shù)據(jù)分類:
顯微鏡

Nature:科學(xué)家用鉆石打造磁共振影像顯微鏡

發(fā)布日期:2022-10-09 點擊率:73


基于鉆石的成像系統(tǒng),可利用電子的磁共振探測帶電原子,以及實時觀察化學(xué)反應(yīng)過程。

通過鉆石打造的探頭,量子顯微鏡可以協(xié)助科研人員研究納米尺度微觀世界的奧秘,諸如DNA如何在細(xì)胞內(nèi)折疊、藥物如何作用、細(xì)菌如何代謝金屬等。至關(guān)重要的是,量子顯微鏡可以給溶液中的離子單獨成像,揭示正在發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng),而不干涉反應(yīng)過程。2月14日,研究這種系統(tǒng)的一個團(tuán)隊在ArXiv服務(wù)器上發(fā)布預(yù)印本闡述了他們的研究成果。

如同醫(yī)用磁共振成像(MRI)設(shè)備可以揭示人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)而不造成傷害一般,可以用于分子結(jié)構(gòu)的類似成像系統(tǒng)一直是科研人員的向往。利用電子自旋形成量子級成像的量子磁共振成像技術(shù)的目標(biāo),正是為化學(xué)反應(yīng)、包括含金屬離子的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成像。現(xiàn)有的磁共振成像技術(shù)只能展示10微米或以上的結(jié)構(gòu)。如果要探測細(xì)胞中的金屬離子,唯一的方法是加入可與之反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì),或者冷凍細(xì)胞以便可以在高倍顯微鏡下進(jìn)行成像——這些過程都將殺死細(xì)胞。

Nature:科學(xué)家用鉆石打造磁共振影像顯微鏡

該新型顯微鏡,能夠提供銅離子的量子磁共振影像。David Simpson/University of Melbourne

醫(yī)用磁共振設(shè)備的原理是:將病人置于磁場中,人體內(nèi)原子的質(zhì)子會與設(shè)備內(nèi)磁場的磁力線對齊;然后設(shè)備向人體待成像區(qū)域發(fā)射射頻脈沖,使得質(zhì)子脫離對齊狀態(tài);當(dāng)脈沖結(jié)束時,質(zhì)子重新對齊并釋放特定頻率的電磁波;如果人體組織釋放的電磁波頻率與設(shè)備中探測器的頻率合拍,兩個頻率會產(chǎn)生共振,就像調(diào)至同一音調(diào)的吉他琴弦一樣;此類設(shè)備利用這一共振重構(gòu)人體影像。

在澳大利亞墨爾本大學(xué),由物理學(xué)家Lloyd Hollenberg和David Simpson帶領(lǐng)的團(tuán)隊希望通過這個技術(shù)探測細(xì)胞內(nèi)的金屬離子。某些金屬離子對細(xì)胞有害,而另一些則為生物化學(xué)反應(yīng)所需,比如參與新陳代謝的金屬離子。問題是,核磁共振探頭需要與待成像物體大致為同等尺寸。而對于觀測單一原子,這個要求目前還無法滿足。

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