En studie av gruppen Quantum Technologies for Information Science (QUTIS) vid UPV/EHU:s institution för fysikalisk kemi, har tagit fram en serie protokoll för kvantsensorer som kan göra det möjligt att ta bilder med hjälp av kärnmagnetisk resonans hos enstaka biomolekyler med en minimal mängd strålning. Resultaten har publicerats i Fysiska granskningsbrev .

Kärnmagnetisk resonans (NMR) har en mängd olika tillämpningar, såsom medicinsk bildbehandling, neurovetenskap och upptäckt av droger och sprängämnen. Med hjälp av kvantsensorer, NMR har anpassats för att fungera i nanoskala, där det har potential att påverka discipliner som biovetenskap, biologi och medicin, och att tillhandahålla mätningar av ojämförlig precision och känslighet.

"Vi förväntar oss att kombinationen av kvantsensorer och dynamiska avkopplingstekniker tillåter NMR-avbildning av enskilda biomolekyler, " skriver författarna Dr. Jorge Casanova och Ikerbaskiska professor Enrique Solano. Denna kvantförstärkta NMR "kommer att kunna lösa kemiska förändringar i små pikoliterprover, producera biosensorer med oöverträffad känslighet och ge nya insikter i strukturen, dynamik, och funktionen hos biomolekyler och biologiska processer."

Ett grundläggande verktyg för att förbättra känsligheten hos NMR-uppställningar är att applicera stora magnetfält "som polariserar våra prover, förbättra signalen och öka koherensen, " skriver de. Denna strategi används, till exempel, vid MRI, där människokroppen utsätts för stora magnetfält som genereras av supraledande spolar. Dock, de noterar, det finns problem när man ansluter dessa prover med kvantsensorer, "eftersom våra prover kan svänga mycket snabbare än vad vår sensor kan följa."

I verket publicerat i Fysiska granskningsbrev , författarna utvecklade ett protokoll för att tillåta en kvantsensor att mäta nukleära och elektroniska snurr i godtyckliga prover, även när de sker i stora magnetfält. Dessa metoder använder en mikrovågsstrålning med låg effekt för att överbrygga energiskillnaden mellan deras sensor och provet.

"Protokollet är robust och kräver mindre energi än tidigare tekniker. Detta utökar inte bara sensorns driftregime till starkare magnetfält, men förhindrar också uppvärmningen av biologiska prover som skulle uppstå vid användning av konventionella protokoll och mikrovågseffekter. Som en konsekvens, detta arbete öppnar en ny forskningslinje och banar väg för säker användning av nanoskala NMR i studier av biologiska prover och stora biomolekyler, " skriver författarna.