Κβαντικοί αισθητήρες ξεκλειδώνουν έναν ολοκαίνουργιο τύπο μικροσκοπίας

Ερευνητές του Τεχνικού Πανεπιστημίου του Μονάχου (TUM) ανακάλυψαν έναν εντελώς νέο τομέα της μικροσκοπίας, τη μικροσκοπία πυρηνικού σπιν. Η ομάδα μπορεί να απεικονίσει τα μαγνητικά σήματα του πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού με ένα μικροσκόπιο. Κβαντικοί αισθητήρες μετατρέπουν τα σήματα σε φως, επιτρέποντας την οπτική απεικόνιση εξαιρετικά υψηλής ανάλυσης.

Οι σαρωτές απεικόνισης μαγνητικού συντονισμού (MRI) είναι γνωστοί για την ικανότητά τους να βλέπουν βαθιά μέσα στο ανθρώπινο σώμα και να δημιουργούν εικόνες οργάνων και ιστών. Η νέα μέθοδος, που δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Communications, επεκτείνει την τεχνική αυτή στο πεδίο της μικροσκοπικής λεπτομέρειας.

«Οι κβαντικοί αισθητήρες που χρησιμοποιούνται καθιστούν δυνατή τη μετατροπή των σημάτων μαγνητικού συντονισμού σε οπτικά σήματα. Τα σήματα αυτά συλλαμβάνονται από μια κάμερα και εμφανίζονται ως εικόνες», εξηγεί ο Dominik Bucher, καθηγητής και ερευνητής στο Cluster of Excellence Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST).

Η ανάλυση του νέου μικροσκοπίου μαγνητικής τομογραφίας φτάνει τα δέκα εκατομμυριοστά του μέτρου – δηλαδή είναι τόσο λεπτή που ακόμη και οι δομές μεμονωμένων κυττάρων μπορούν να γίνουν ορατές στο μέλλον.

Στην καρδιά του νέου μικροσκοπίου βρίσκεται ένα μικροσκοπικό τσιπ από διαμάντι. Αυτό το διαμάντι, ειδικά προετοιμασμένο σε ατομικό επίπεδο, χρησιμεύει ως ένας εξαιρετικά ευαίσθητος κβαντικός αισθητήρας για τα μαγνητικά πεδία της μαγνητικής τομογραφίας. Όταν ακτινοβολείται με φως laser, παράγει ένα φθορίζον σήμα που περιέχει τις πληροφορίες του σήματος της μαγνητικής τομογραφίας. Το σήμα αυτό καταγράφεται με μια κάμερα υψηλής ταχύτητας και επιτρέπει εικόνες με σημαντικά υψηλότερη ανάλυση μέχρι το μικροσκοπικό επίπεδο.

Οι πιθανές εφαρμογές της μικροσκοπίας μαγνητικού συντονισμού είναι ανερχόμενες: Στην έρευνα για τον καρκίνο, θα μπορούσαν να εξεταστούν λεπτομερώς μεμονωμένα κύτταρα για να αποκτηθούν νέες γνώσεις σχετικά με την ανάπτυξη και την εξάπλωση του όγκου.

Στη φαρμακευτική έρευνα, η τεχνολογία θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τον αποτελεσματικό έλεγχο και τη βελτιστοποίηση των δραστικών συστατικών σε μοριακό επίπεδο. Προσφέρει επίσης εξαιρετικές δυνατότητες στην επιστήμη των υλικών, όπως η ανάλυση της χημικής σύνθεσης υλικών λεπτών υμενίων ή καταλυτών.

Η ομάδα έχει υποβάλει αίτηση για κατοχύρωση πατέντας για το έργο της και σχεδιάζει ήδη να αναπτύξει περαιτέρω την τεχνολογία, ώστε να την καταστήσει ακόμη πιο γρήγορη και ακριβή. Μακροπρόθεσμα, θα μπορούσε να γίνει ένα τυπικό εργαλείο στην ιατρική διάγνωση και την έρευνα. «Η συγχώνευση της κβαντικής φυσικής και της απεικόνισης ανοίγει εντελώς νέες δυνατότητες για την κατανόηση του κόσμου σε μοριακό επίπεδο», τονίζει ο πρώτος συγγραφέας Karl D. Briegel.

*Η κεντρική εικόνα αποτελεί δημιουργία του Imagen 3 για το Techgear.gr

[via]