Forskare vid ICFO har utvecklat en ny teknik för att mäta mycket svaga krafter på molekylär skala. Tack vare användningen av kolnanorör, de har uppnått den högsta känslighetsnivån hittills. Dessa resultat publiceras i Naturnanoteknik öppna dörren för magnetisk resonansavbildning av enskilda molekyler.
Mer motståndskraftig än stål, kolnanorör är ett av de starkaste och hårdaste materialen som är kända. Deras imponerande elektriska och termiska egenskaper gör dem till ett extremt mångsidigt material. Ihålig på insidan och bara en atom tjock, de lämpar sig för en mängd olika användningsområden, från tennisracketar och skottsäkra västar, till elektroniska komponenter och energilagringsenheter. Ny forskning visar att de också har potential att revolutionera medicinsk forskning med magnetisk resonansavbildning av enskilda molekyler.
Forskare från ICFO- Institute of Photonic Science, i samarbete med forskare från Catalan Institute of Nanotechnology (ICN2) och University of Michigan, har kunnat mäta svaga krafter med känslighet 50 gånger högre än vad som har uppnåtts hittills. Denna betydande förbättring representerar en vändpunkt för att mäta mycket svaga krafter och öppnar dörren för magnetisk resonansavbildning i molekylskala. Dr Adrian Bachtold, som började denna forskning vid Catalan Institute of Nanotechnology innan han överförde sin forskargrupp till ICFO, förklarar i en artikel publicerad i Naturnanoteknik att de kunde förbereda kolnanorören för att fungera som prober som vibrerar med en intensitet proportionell mot en elektrostatisk kraft. Med hjälp av ultraljudljudelektronik, gruppen som leds av Bachtold kunde mäta amplituden för vibrationerna i dessa nanorör och därmed anta intensiteten hos den elektrostatiska kraften.
"Kolnanorör liknar gitarrsträngar som vibrerar som svar på den kraft som appliceras. Men när det gäller vårt experiment, krafterna som orsakar vibrationerna är extremt små, liknande gravitationskraften skapad mellan två personer 4500 km från varandra ", förklarar Bachtold. Under de senaste tio åren har forskare endast gjort måttliga förbättringar av känsligheten för mätning av mycket svaga krafter. Denna nya upptäckt markerar ett före och efter och pekar på att kolnanorör spelar en viktig roll i framtida teknik för MRI av enskilda molekyler.
Konventionell magnetisk resonansavbildning registrerar centrifugeringen av atomkärnor i våra kroppar som tidigare har upphetsats av ett externt elektromagnetiskt fält. Baserat på det globala svaret på alla atomer, det är möjligt att övervaka och diagnostisera utvecklingen av vissa sjukdomar. Dock, denna konventionella diagnostiska teknik har en upplösning på några millimeter. Mindre objekt har ett otillräckligt totalt antal atomer för att möjliggöra observation av svarsignalerna.
"De presenterade resultaten är mycket lovande för att mäta den kraft som skapas av varje enskild atom och följaktligen dess snurr. I framtiden kan denna teknik revolutionera medicinsk bildbehandling" avslutar Bachtold.
