Design af diamanter til medicinsk billeddannelsesteknologi

Japanske forskere har optimeret designet af laboratoriedyrket, syntetiske diamanter. Dette bringer den nye teknologi et skridt tættere på at forbedre biosensningsapplikationer, såsom magnetisk hjernebilleddannelse. Fordelene ved denne lagdelte, sandwichlignende, diamantstruktur er beskrevet i et nyligt nummer af Anvendt fysik bogstaver .

Kemiske processer bruges til at skabe store diamantplader til industrielle applikationer. Kunstige diamanter kan dyrkes på forskellige overflader for at øge hårdheden og reducere slid på værktøjer, eller at udnytte diamantens høje varmeledningsevne som køleplade til elektronik. Forskere kan manipulere egenskaberne ved kunstige diamanter ved at ændre deres kemiske sammensætning. Denne kemiske manipulation kaldes doping. Disse "dopede" diamanter viser sig at være et billigt alternativt materiale til en række teknologier - fra kvanteinformation til biosensering - der ellers ville have været uoverkommeligt dyre at udvikle.

Diamanter designet med nitrogen-vacancecentre (NV) -centre, der kan registrere ændringer i magnetfelter, er et stærkt værktøj til biosensingsteknologier og bruges til medicinsk påvisning og diagnose af sygdom. For eksempel, magnetoencefalografi (MEG) er en neuroimaging teknik, der bruges til at kortlægge hjerneaktivitet og spore patologiske abnormiteter, såsom epileptisk væv.

"MEG er kommercielt tilgængeligt og bruges på nogle hospitaler, men er meget dyrt, så der bruges ikke mange MEG'er, "sagde Norikazu Mizuochi, en forfatter på papiret. Mizuochi forklarede, at brug af diamanter med NV -centre ville reducere udstyrsomkostningerne ved MEG -diagnoser.

Imidlertid, disse biosensingsteknologier kræver lysaktivering, hvilket fremkalder ladningsskift i NV -centre. Neutrale NV -centre er ikke i stand til nøjagtigt at registrere magnetiske felter, så introduktionen af ​​switch er fortsat en udfordring for diamantudnyttelse. "Kun minus [negativ] ladningen kan bruges til sådanne registreringsapplikationer, derfor er stabilisering af [NV] centre vigtig for driften, "Sagde Mizuochi.

Forskerne havde tidligere dopet en simpel diamantstruktur med fosfor for at stabilisere NV -centrene. Fosfordoping skubbede over 90 procent af NV -centre til den negative ladningstilstand, muliggør detektering af magnetfelt. Imidlertid, fosforet introducerede støj til aflæsningen, negerer det positive resultat.

I dette studie, teamet tilpassede diamantdesignet for at bevare stabiliseringen af ​​negative NV -centre, men fjernede den fosforinducerede støj. De brugte en lagdelt struktur, som en sandwich, med fosfordoteret diamant som brød, og lukkede en 10μm tyk NV-center diamantfyldning. Dette stabiliserede 70-80 procent af NV-centre i tilstanden negativ ladning, samtidig reducere den støj, der tidligere er set i systemet.

"I øjeblikket, vi har netop demonstreret stabilisering, men vi forventer, at det også forbedrer følsomheden, "Sagde Mizuochi. Hans team tester i øjeblikket det nye designs følsomhed over for ændringer i magnetfelter, og håber på, at denne struktur kunne bruges til biosensningsapplikationer såsom MEG.