Timanttianturi tunnistaa solutason ilmiöitä

Harvardin yliopiston tutkijoiden kehittämän uuden mittausmenetelmän ansiosta NMR-spektroskopian spektristä resoluutiota on kasvatettu satakertaisesti. Läpimurto mahdollistaa ensimmäistä kertaa kemiallisen NMR-analyysin yksittäisten biologisten solujen mittakaavassa.

Ronald Walsworthin ja työtovereiden käyttämät kvanttianturit ovat typpivakanssien (NV) värikeskittymiä timantissa. Ne toimivat kuin pienet kvanttimagneetit, jotka ovat eristetty ympäristöstään ja niitä voidaan manipuloida laserimpulsseilla. Ne ovat ihanteellisia biologisia koettimia, koska ne ovat myrkyttömiä.

NV-keskukset pystyvät havaitsemaan hyvin heikot magneettikentät yksittäisestä solusta, molekyylistä tai organismista, kun niiden emittoiman valon intensiteetti muuttuu paikallisen magneettikentän myötä. Niitä voidaan siten käyttää erittäin herkkinä magneettisina koettimina, jotka voivat seurata paikallisia spinien muutoksia mikroskooppisilla ulottuvuuksilla.

Tähän mennessä NMR-mittausten spektriviivojen leveydet ovat olleet tyypillisesti yli 100 hertsiä. Tällaisten järjestelmien spektrinen erotuskyky ei kuitenkaan riitä purkamaan molekyylirakenteen yksityiskohtia Nyt kehitetty tekniikka tuottaa noin 1 hertsin NMR-spektriresoluution tyypillisen solun (noin 10 biljoonasosa litraa) näytetilavuudesta, mikä mahdollistaa kemiallisten analyysien kannalta keskeisten spektriominaisuuksien havainnoinnin.

Tämä toteutettiin käyttämällä NV-keskuksia yhdistettynä näytteen termisen spinpolarisaation ja kapeakaistaisen synkronoidun lukemamittauksen kanssa, jotka voivat havaita NMR-signaaleja 10 ³ sekunnin ajan.

Tutkijoiden mukaan herkkyyden parantuessa se saattaa jopa mahdollistaa pienten molekyylien ja proteiinien NMR-spektroskopian yksittäisen solun tasolla.

Samaan aikaan Imperial College Lontoon tutkijat ovat kehittäneet rakenteen, joka ympäröi biologista solua keinotekoisen solun sisällä. Tällaisen keinotekoisen solurakenteen avulla tutkijat voivat hyödynää biologisten solujen luonnollista kykyä käsitellä kemikaaleja ja suojata niitä ympäristöltä.

Kehitetty järjestelmä voisi johtaa sellaisiin sovelluksiin, kuten solujen "akkuihin", jotka toimivat fotosynteesillä, lääkkeiden synteesiin kehossa ja biologisiin antureihin, jotka kestävät rankkoja olosuhteita.

Aiheesta aiemmin:

Lämpötilamittauksia spinillä

Monipuolista timanttihilavian hallintaa