Carbon nanorør til molekylære magnetiske resonanser

Forskere ved ICFO har udviklet en ny teknik til at måle meget svage kræfter på molekylær skala. Takket være brugen af ​​kulstof nanorør, de har opnået det højeste niveau af følsomhed til dato. Disse resultater er offentliggjort i Natur nanoteknologi åbne døren for magnetisk resonansbilleddannelse af individuelle molekyler.

Mere modstandsdygtig end stål, kulstof nanorør er et af de stærkeste og hårdeste materialer, man kender. Deres imponerende elektriske og termiske egenskaber gør dem til et ekstremt alsidigt materiale. Hul på indersiden og kun et atom tyk, de egner sig til en lang række potentielle anvendelser, fra tennisketchere og skudsikre veste, til elektroniske komponenter og energilagringsenheder. Ny forskning viser, at de også kan rumme potentialet til at revolutionere medicinsk forskning med magnetisk resonansbilleddannelse af individuelle molekyler.

Forskere fra ICFO- Institute of Photonic Science, i samarbejde med forskere fra Catalan Institute of Nanotechnology (ICN2) og University of Michigan, har været i stand til at måle svage kræfter med følsomhed 50 gange højere end hvad der er opnået til dato. Denne betydelige forbedring repræsenterer et vendepunkt i måling af meget svage kræfter og åbner døren for magnetisk resonansbilleddannelse på molekylær skala. Dr. Adrian Bachtold, som begyndte denne forskning ved det catalanske institut for nanoteknologi, før han overførte sin forskningsgruppe til ICFO, forklarer i en artikel offentliggjort i Natur nanoteknologi at de var i stand til at forberede kulstofnanorørene til at fungere som sonder, der vibrerer med en intensitet, der er proportional med en elektrostatisk kraft. Med brug af ultra-støjsvag elektronik, gruppen ledet af Bachtold var i stand til at måle amplituden af ​​disse nanorørs vibrationer og dermed formode intensiteten af ​​den elektrostatiske kraft.

"Carbon nanorør ligner guitarstrenge, der vibrerer som reaktion på den påførte kraft. i tilfælde af vores eksperiment, kræfterne, der forårsager vibrationerne, er ekstremt små, svarende til tyngdekraften skabt mellem to mennesker 4500 km fra hinanden", forklarer Bachtold. I de sidste ti år har videnskabsmænd kun foretaget beskedne forbedringer i følsomheden ved måling af meget svage kræfter. Denne nye opdagelse markerer et før og efter og peger på, at kulstofnanorør spiller en vigtig rolle i fremtidige teknologier til MRI'er af individuelle molekyler.

Konventionel magnetisk resonansbilleddannelse registrerer spin af atomkerner i hele vores kroppe, som tidligere er blevet exciteret af et eksternt elektromagnetisk felt. Baseret på den globale reaktion fra alle atomer, det er muligt at overvåge og diagnosticere udviklingen af ​​visse sygdomme. Imidlertid, denne konventionelle diagnostiske teknik har en opløsning på få millimeter. Mindre objekter har et utilstrækkeligt samlet antal atomer til at tillade observation af responssignalerne.

"De præsenterede resultater er meget lovende til at måle den kraft, der skabes af hvert enkelt atom og dermed dets spin. I fremtiden kan denne teknik revolutionere medicinsk billeddannelse," slutter Bachtold.