Detecció de l’espín d’un sol protó per magnetometria de diamant

Fa uns dies parlàvem de com les tècniques de microscopia de fluorescència de molt alta resolució arribaven a poder fer un seguiment in vivo de molècules concretes. Millorar la resolució especial i dur-la a l’escala atòmica ha estat també una aspiració dels qui treballen en una altra tècnica d’imatge, la basada en la resonància magnètica. En un report a la revista Science, el grup de recerca de Christian L. Degen, professor en el Laboratori de Física de l’Estat Sòlid, de l’ETH de Zuric, ens expliquen un mètode amb el qual han arribat a detectar l’espín d’un únic protó.

El magnetòmetre de diamant emprat pel Departament de Física de l’ETH Zuric

La detecció de l’espín d’un protó

M. Loretz, T. Rosskopf i J. M. Boss són membres del grup de recerca de C. L. Degen. També signen el report S. Pezzagna i J. Meijer, de l’Institut de Física Experimental de la Universitat de Leipzig. El magnetòmetre emprat és a l’ETH Zuric. Consta d’un xip de diamant, recobert per una sal inorgànica. Amb aquest aparell han arribat a mesurar l’espín de protons (H+) individuals. Els canvis en el sensor de diamant eren seguits pels investigadors a través d’un microscopi òptic de fluorescència.

En el centre del diamant hi ha unes impureses, consistent en la manca de dos àtoms de carboni en la xarxa cristal·lina del diamant (que, recordem-ho, és un dels al·lòtrops del carboni elemental). Una de les dues posicions és ocupada per un àtom de nitrogen, per la qual cosa aquesta impuresa rep el nom de “vacant de nitrogen” (nitrogen-vacancy, NV en l’acrònim anglès). La NV és detectable per la seva fluorescència i pel seu magnetisme. En la preparació del diamant artificial, d’un 2×2 mil·límetres, els investigadors treballaren en condicions que fan que hi hagi centres NV a tan sols un pocs nanòmetres de la superfície.

En els centres NV hi ha espai suficient per a diversos protons. A través de propietats de mecànica quàntica, però, els investigadors poden diferenciar entre l’acció magnètic d’un protó de la de diversos protons. Alhora, poden identificar la posició relativa del protó respecte del centre NV, amb una resolució de 0,1 nm.

Les perspectives de la resonància magnètica de molt alta resolució

La resolució actual dels aparells d’imatge per resonància magnètica, com els que s’utilitzen en la pràctica clínica, és de l’ordre de 100 micres, és a dir comparable amb l’agudesa visual humana. D’altres tècniques arriben a l’escala microscòpica, però l’aspiració darrera és arribar a l’escala atòmica. L’objectiu d’arribar-hi el mapatge directe de les posicions individuals dels àtoms d’una molécula.

Parlaríem, doncs, de nano-MRI. De fet, la intenció de Degen és construir un dispositiu de nano-MRI. Si reïxen, hom podrà determinar l’estructura tridimensional de molècules. Tenen en ment, en particular, les aplicacions en bioquímica de proteïnes. Les tècniques clàssiques es basen en l’estudi dels patrons de difracció de cristalls de proteïnes purificades, però no són sempre aplicables.

Aquesta entrada ha esta publicada en 6. La Civilització. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari

L'adreça electrònica no es publicarà. Els camps necessaris estan marcats amb *

Aquest lloc utilitza Akismet per reduir el correu brossa. Aprendre com la informació del vostre comentari és processada