پروفسور «امیر یعقوبی»، فیزیکدان دانشگاه‌های هاروارد و واترلو، با همکاری فیزیکدانان دانشگاه بازل و موسسه علوم نانوی سوییس، برای نخستین بار نشان داده‌اند اسپین‌های هسته‌ای مولکول‌های منفرد را می‌توان با کمک ذرات مغناطیسی در دمای اتاق شناسایی کرد.

به گزارش سرویس علمی ایسنا، دانشمندان تشکیلات آزمایشگاهی جدیدی ارائه داده‌اند که با استفاده از آن‌ها، میدان‌های مغناطیسی بسیار کوچک اسپین‌های هسته‌ای مولکول‌های زیستی منفرد را می‌توان برای اولین بار ثبت کرد. این موفقیت تا پیش از این به دست نیامده بود.

این پیشرفت قابل‌توجه، تشخیص‌های پزشکی و همچنین تحلیل نمونه‌های شیمیایی و زیستی را یک گام به جلو خواهد برد.

اندازه‌گیری اسپین‌های هسته‌ای، در حال حاضر در تشخیص پزشکی (ام‌آر‌آی) معمول هستند، اما ابزار موجود به میلیاردها اتم برای تحلیل نیاز دارند و برای بسیاری از کاربردهای در مقیاس کوچک کارآمد نیستند. دانشمندان سراسر دنیا دهه‌هاست به دنبال ارائه روش‌های جایگزینی هستند که حساسیت تکنیک‌های اندازه‌گیری را ارتقا دهند.

با کمک انواع مختلف حسگرها و همچنین میکروسکوپ‌های نیروی روزنانس مغناطیسی، امکان شناسایی اسپین‌های الکترون‌های منفرد و دستیابی به تفکیک‌پذیری ساختاری در مقیاس نانو فراهم شده، با این حال، امکان شناسایی اسپین‌های هسته‌ای منفرد مولکول‌های زیستی پیچیده تا پیش از این مهیا نشده بود.

پروفسور امیر یعقوبی و همکارانش کاربرد حسگرهای ساخته‌شده از الماس را بررسی کردند که دارای نارسایی‌های کوچکی در ساختار بلورینشان هستند. در یک شبکه بلوری الماس، یک اتم کربن توسط یک اتم نیتروژن جایگزین می‌شود و فضایی خالی در کنار آن وجود دارد. این مراکز خالی از نیتروژن (nitrogen-vacancy)، اسپین‌ها را خلق می‌کنند که برای شناسایی میدان‌های مغناطیسی ایده‌آل هستند.

محققان پیش‌تر در دمای اتاق، در بسیاری از آزمایشگاه‌ها نشان داده‌اند که با چنین مراکزی، تفکیک‌پذیری مولکول‌های منفرد ممکن است با این حال، این موضوع، فواصل اتمی نزدیک بین نمونه‌موردی و حسگر را می‌طلبد که برای ماده زیستی چنین موضوعی ممکن نیست.

تیم علمی حاضر در این مطالعه دریافت یک ذره فرومغناطیسی ریز که بین مرکز و نمونه‌موردی قرار گیرد، می‌تواند این مشکل را حل کند. در واقع، چنانچه اسپین هسته‌ای نمونه‌موردی، در فرکانس روزنانس خاصی حرکت کند، روزنانس ذره تغییر می‌کند. دانشمندان می‌توانند با کمک یک مرکز Nitrogen-Vacancy که به میدان مغناطیسی نزدیک باشد، این روزنانس تغییریافته را شناسایی کنند.

تحلیل پروفسور یعقوبی و همکارانش نشان داده استفاده از چنین ذرات فرومغناطیسی می‌تواند به تقویت یک 10 هزارم برابر میدان مغناطیسی اسپین‌های هسته‌ای بیانجامد.

دانشمندان ایمان دارند دستاورد آن‌ها‌ به زودی در سیستم‌های واقعی قابل‌کاربرد خواهد بود.

یعقوبی در این زمینه گفت: نتایج بدست‌آمده در اندازه‌گیری علائم میدان‌های مغناطیسی ضعیف بسیار کارآمد خواهد بود و می‌تواند به تصویربرداری بهتر رزونانس مغناطیسی هسته‌ای (NMR) در مقیاس نانو بر روی ماده زیستی در محیط‌های دارای نویز بیانجامد.

جزئیات این دستاورد مهم علمی در مجله Nature Nanotechnology ارائه شد.

انتهای پیام