(Phys.org) – Två oberoende grupper av forskare i USA och Tyskland har reducerat magnetisk resonanstomografi (MRT) ner till nanoskala, vilket kan göra det möjligt för dem i framtiden att oförstörande upptäcka och avbilda små molekyler som proteiner vid rumstemperatur och tryck. Tidigare, nanoskala avbildning var endast möjlig vid extremt låga temperaturer och tryck.

MRT fungerar genom att detektera svaga elektromagnetiska fält som produceras av kärnorna i atomer som väte i molekylerna som studeras, och den kollektiva resonansen av dessa fält. Det kan avbilda strukturer utan att förstöra dem, vilket gör det användbart för att skanna kroppar, men dess relativt låga känslighet har hittills begränsat dess användning i liten skala till kemikalier med volymer mätta i mikrometer i bästa fall.

Två artiklar publicerade i tidskriften Vetenskap beskriv forskningen gjord av de två separata grupperna, som båda använde mörka fläckar, eller kvävevakansdefekter (NV), på ytan av diamanter. Diamant är magnetiskt inert eftersom den helt består av kolatomer bundna kovalent, och det finns inga fria elektroner. Dock, det kan finnas brister som NVs, där ett enda kol är ersatt av en kväveatom, intill en vakans i gittret där en kolatom saknas. NV:erna har en fri elektron, vilket ger den unika magnetiska egenskaper, och det är dessa egenskaper de två forskarteamen utnyttjade.

Det första laget, ledd av Daniel Rugar och John Mamim från Almaden Research Center i San Jose, Kalifornien, använde mörka diamantfläckar för att upptäcka svaga magnetfält i material nära diamantytan. Rugars grupp syntetiserade extremt ren diamant med NV-centrum nära ytan och överlagrade den med en polymer 60 nanometer tjock. De applicerade sedan ett oscillerande magnetfält. Dr Rugar förklarade att när du lyser grönt ljus på de mörka fläckarna fluorescerar de i rött, och ljusstyrkan beror på NV-centrets magnetiska tillstånd. Externa magnetfält i närheten kan påverka spinn av NV-centrumelektronen, vilket i sin tur påverkar ljusstyrkan hos det fluorescerande röda.

Det andra laget, ledd av Friedemann Reinhard vid universitetet i Stuttgart, använde även kvävevakansdefekter på extremt rena prover av syntetiserad diamant, men de använde dem för att registrera NMR-spektra för en rad kemikalier placerade på ytan av diamanten. Dr Reinhard sa att deras metod var mer passiv än de metoder som Rugars team använde, men detta gör det lite lättare att implementera.

Forskningen är viktig eftersom det är svårt att bestämma proteinstrukturer konventionellt, vilket går ut på att uttrycka och rena proteinerna och sedan kristallisera dem. Att kunna ta en MRT-bild skulle förenkla processen och göra det möjligt att utarbeta strukturerna för alla proteiner. För tillfället är forskningen från båda teamen på "proof of principle"-nivå, enligt Rugars team, och mer forskning behövs innan teknikerna kan användas för att avbilda molekyler.

© 2013 Phys.org