Forskare vid University of Melbourne har visat ett sätt att upptäcka nukleära snurr i molekyler icke-invasivt, tillhandahålla ett nytt verktyg för bioteknik och materialvetenskap.

Viktig forskning inom medicin och biologi bygger på kärnmagnetisk resonans (NMR) spektroskopi, men tills nu, den har begränsats i rymdupplösning och kräver vanligtvis kraftfulla mikrovågsfält. Ett team som leds av professor Lloyd Hollenberg vid University of Melbourne har använt en kvantprob för att utföra mikrovågsfritt NMR på nanoskala. Resultaten publicerades idag i Naturkommunikation .

"Den här kvantproben ger en dramatisk förbättring av NMR -tekniken. Förutom att kunna upptäcka NMR i mycket mindre prover än konventionella maskiner, vår teknik kräver inte tillämpning av mikrovågsfält som kan störa biologiska prover, säger Hollenberg, som är biträdande direktör för Center for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) och Thomas Baker ordförande vid University of Melbourne.

"I NMR är målet att detektera den magnetiska signalen från kärnorna i atomerna som består av molekyler. Men signalen från den kärnkraftiga" snurren "är mycket svag och konventionella NMR -maskiner kräver många miljoner kärnkraftspinn för att detektera vad som helst. Men med hjälp av kvantegenskaperna för en 'defekt' i diamant, vår teknik kan upptäcka mycket mindre volymer ner till bara tusentals snurr. "

Upptäckten kan övervinna betydande begränsningar med konventionella NMR -metoder, som är beroende av maskiner som kan överstiga 10 ton.

"Problemet med de stora NMR -maskinerna som används i stor utsträckning idag är att signalerna vi försöker upptäcka är extremt små, och avståndet från mätanordningen till objektet som mäts är mycket stort, "sa Dr Alastair Stacey, en postdoktor CQC2T.

"Detta skapar två problem:Maskinen kan bara se en större samling molekyler, minska mätningens noggrannhet. Det måste också använda mycket starka mikrovågor och magnetfält för att nå provet, men dessa processer är invasiva och kan påverka känsliga bioprover, precis som mikrovågsugnen i ditt kök, särskilt när man försöker se vätskans molekylstruktur. "

Huvudförfattaren James Wood beskriver tekniken som "en dramatisk förenkling av kärnkraftsdetekteringsprocessen, där vi i huvudsak lyser upp en defekt i atomstorlek i diamant och observerar dess naturliga svar, på en grundläggande kvantnivå, till målet kärnkraftspinn i närheten ".

"En stor fördel med vårt tillvägagångssätt är att vi inte stör provet när vi avbildar det."

Tekniken erbjuder nya möjligheter för forskare.

"Med dessa framsteg inom kvantavkänningsteknik, vi öppnar dörren till en ny värld av vetenskapliga undersökningar som kan leda till att vi får en bättre förståelse för livets minsta byggstenar, sa Hollenberg.