Полезные нанодефекты
В будущем это позволит обнаруживать и получать изображения отдельных молекул (белков, например) при комнатных температурах и нормальном давлении. До сих пор подобное было возможно лишь при сверхнизких температурах и давлении.
МРТ выявляет слабые электромагнитные поля, производимые ядрами атомов, в частности, водорода внутри исследуемых молекул, и коллективный резонанс этих полей. До сих пор, однако, МРТ позволяла изучать химические соединения самое меньшее на микрометровом уровне. О нанометровом речи не шло.
Две команды ученых опубликовали в Science результаты своих исследований, в которых они предлагают использовать для наноскопической магнитно-резонансной томографии азото-замещённые вакансии в алмазе (также известные как NV-центры).
«Идеальные» алмазы (в кристаллической решётке которых присутствуют только атомы углерода) в силу своего строения являются диэлектриками по причине отсутствия свободных электронов. NV-центры возникают, когда в решётке отсутствует атом углерода, а образовавшаяся вакансия оказывается связана с атомом азота. В этом случае свободный электрон присутствует, вследствие чего NV-центр обладает определёнными электромагнитными свойствами. Именно их исследователи и предлагают эксплуатировать.
Команда ученых из Исследовательского центра Алмаден в Сан-Хосе, США, использовала NV-центры для выявления слабых магнитных полей в материалах на поверхности алмазов: синтезировав исключительной чистоты искусственный алмаз с NV-центрами вблизи поверхности, исследователи нанесли на кристалл полимерную плёнку толщиной 60 нанометров. Затем эта «конструкция» была помещена в осциллирующее
магнитное поле.
Как пояснил руководитель исследовательской группы доктор Дэниел Ругар, при освещении кристалла зелёным светом NV-центры начинают флюоресцировать красным, причём яркость красного свечения зависит от состояния их магнитного поля. Наведённые магнитные поля могут воздействовать на спин электрона в NV-центре, что, в свою очередь, и сказывается на яркости красного свечения.
Вторая команда, состоящая из научных работников Университета Штуттгарта, также использовала NV-центры в синтетическом алмазе, но задействовала их для того, чтобы зафиксировать диапазоны ядерного магнитного резонанса нескольких химических соединений, помещённых на поверхность кристалла. По словам руководителя исследований доктора Фридеманна Райнхарда, метод его команды более пассивен, нежели метод Ругара, однако его легче применять на практике.
Так или иначе, оба предложенных метода важны скорее концептуально, нежели практически, и до реального применения МРТ на наноуровне потребуются многочисленные дополнительные исследования.
По сообщению Phys.org