Kvantesensorer giver magnetisk resonans med hidtil uset følsomhed

En undersøgelse foretaget af gruppen Quantum Technologies for Information Science (QUTIS) fra UPV/EHUs afdeling for fysisk kemi, har produceret en række protokoller til kvantesensorer, der kunne gøre det muligt at få billeder ved hjælp af atommagnetisk resonans af enkelte biomolekyler ved hjælp af en minimal mængde stråling. Resultaterne er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Kernemagnetisk resonans (NMR) har en række forskellige anvendelser, såsom medicinsk billeddannelse, neurovidenskab og påvisning af stoffer og sprængstoffer. Ved hjælp af kvantesensorer, NMR er blevet tilpasset til at fungere i nanoskala -regimet, hvor det har potentiale til at påvirke discipliner som biovidenskab, biologi og medicin, og til at levere målinger af uforlignelig præcision og følsomhed.

"Vi forventer, at kombinationen af ​​kvantesensorer og dynamiske afkoblingsteknikker tillader NMR -billeddannelse af enkelte biomolekyler, "skriver forfatterne Dr. Jorge Casanova og Ikerbasque Professor Enrique Solano. Denne kvanteforbedrede NMR" vil være i stand til at løse kemiske ændringer i små picoliter-prøver, at producere biosensorer med en følsomhed uden sidestykke og give ny indsigt i strukturen, dynamik, og funktion af biomolekyler og biologiske processer. "

Et grundlæggende værktøj til at forbedre følsomheden af ​​NMR -opsætninger er at anvende store magnetfelter ", der polariserer vores prøver, forbedre signalet og øge sammenhængen, "skriver de. Denne strategi bruges, for eksempel, i MR, hvor menneskekroppen udsættes for store magnetiske felter genereret af superledende spoler. Imidlertid, de bemærker, der er problemer, når disse prøver samles med kvantesensorer, "fordi vores prøver kan svinge meget hurtigere, end vores sensor kan følge."

I det arbejde, der blev offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve , forfatterne udviklede en protokol til at give en kvantesensor mulighed for at måle de nukleare og elektroniske spins i vilkårlige prøver, selv når de sker i store magnetfelter. Disse metoder bruger en lav effekt mikrobølgestråling til at bygge bro over energiforskellen mellem deres sensor og prøven.

"Protokollen er robust og kræver mindre energi end tidligere teknikker. Dette udvider ikke kun sensorens driftsregime til stærkere magnetfelter, men forhindrer også opvarmning af biologiske prøver, der ville opstå ved brug af konventionelle protokoller og mikrobølgeeffekter. Som en konsekvens, dette arbejde åbner en ny forskningslinje og baner vejen for sikker brug af nanoskala NMR i undersøgelsen af ​​biologiske prøver og store biomolekyler, "skriver forfatterne.