Μαγνητική τομογραφία σε επίπεδο νανοκλίμακας
 |
Οι δύο καινοτόμες έρευνες χρησιμοποίησαν «σκοτεινά σημεία», ή αλλιώς
ατέλειες «κενών θέσεων αζώτου» (NV), πάνω στην επιφάνεια διαμαντιών.
|
Δύο διαφορετικές επιστημονικές ομάδες από τις Η.Π.Α. και τη Γερμανία κατάφεραν να επιτύχουν μαγνητική τομογραφία σε επίπεδο νανοκλίμακας. Το γεγονός αυτό θα τους δώσει στο μέλλον τη δυνατότητα εντοπισμού και απεικόνισης μικρών μορίων όπως οι πρωτεΐνες, σε θερμοκρασία και πίεση δωματίου, χωρίς να τα καταστρέφουν. Έως σήμερα, αυτό ήταν δυνατό μόνο υπό συνθήκες εξαιρετικά χαμηλών θερμοκρασιών και πίεσης.
Η μαγνητική τομογραφία λειτουργεί ανιχνεύοντας τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από τους πυρήνες των ατόμων όπως το υδρογόνο εντός των εξεταζόμενων μορίων, και μετράει τη συλλογική αντήχηση αυτών των πεδίων.
Διαθέτει τη δυνατότητα απεικόνισης δομών χωρίς να τις καταστρέφει, γεγονός που βρίσκει εφαρμογή στην τομογραφία ασθενών, αλλά η σχετικά χαμηλή ευαισθησία της έχει περιορίσει έως τώρα τη χρήση της σε μικρές κλίμακες.
Οι δύο καινοτόμες έρευνες χρησιμοποίησαν «σκοτεινά σημεία», ή αλλιώς ατέλειες «κενών θέσεων αζώτου» (NV), πάνω στην επιφάνεια διαμαντιών. Τα διαμάντια είναι μαγνητικά ανενεργά καθώς αποτελούνται αποκλειστικά από άτομα άνθρακα συνδεδεμένα ομοιοπολικά, και έτσι δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια.
Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν ατέλειες όπως οι προαναφερθείσες NV, κατά τις οποίες ένα άτομο άνθρακα αντικαθίσταται από ένα άτομο αζώτου, προσκείμενο στην κενή θέση στο πλέγμα όπου λείπει το άτομο του άνθρακα. Οι ατέλειες NV διαθέτουν ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο, το οποίο προσδίδει τις μοναδικές μαγνητικές ιδιότητες που εκμεταλλεύτηκαν οι δύο ερευνητικές ομάδες.
Η πρώτη ομάδα, με επικεφαλής τους Ντάνιελ Ρούγκαρ και Τζον Μαμίμ από το ερευνητικό κέντρο Αλμάντεν στο Σαν Χοσέ της Καλιφόρνια, χρησιμοποίησε τα σκοτεινά σημεία πάνω στην επιφάνεια των διαμαντιών ώστε να εντοπίσει αδύναμα μαγνητικά πεδία σε υλικά κοντά στην επιφάνεια των διαμαντιών.
Η ομάδα του Ρούγκαρ συνέθεσε εξαιρετικά καθαρά διαμάντια με ατέλειες NV κοντά στην επιφάνεια και τα επικάλυψε με πολυμερή πάχους 60 νανομέτρων, ενώ στη συνέχεια εφάρμοσε ένα ταλαντώμενο μαγνητικό πεδίο. Εάν τα διαμάντια φωτιστούν με πράσινο φως, τότε οι ατέλειες αποκτούν ερυθρό χρώμα, του οποίου η φωτεινότητα επηρεάζεται ανάλογα με την παρουσία γειτονικών μαγνητικών πεδίων.
Η δεύτερη ομάδα, υπό τον Φρίντεμαν Ράινχαρτ του Πανεπιστημίου της Στουτγάρδης, χρησιμοποίησε επίσης τις ατέλειες NV σε εξαιρετικά καθαρά συνθετικά διαμάντια, αλλά για να καταγράψει το φάσμα μίας σειράς χημικών στοιχείων που τοποθετήθηκαν πάνω στην επιφάνεια των διαμαντιών. Η μέθοδος αυτή ήταν λιγότερο ενεργητική αλλά πιο εύκολη στην εφαρμογή.
Οι έρευνες αυτές είναι σημαντικές διότι είναι δύσκολο να προσδιοριστούν οι πρωτεϊνικές δομές με συμβατικές μεθόδους όπως η κρυσταλλοποίηση. Η δυνατότητα απεικόνισης μέσω μαγνητικής τομογραφίας θα απλοποιήσει δραματικά την διαδικασία και θα οδηγήσει στην καταγραφή όλων των πρωτεϊνικών δομών.
Η μαγνητική τομογραφία λειτουργεί ανιχνεύοντας τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από τους πυρήνες των ατόμων όπως το υδρογόνο εντός των εξεταζόμενων μορίων, και μετράει τη συλλογική αντήχηση αυτών των πεδίων.
Διαθέτει τη δυνατότητα απεικόνισης δομών χωρίς να τις καταστρέφει, γεγονός που βρίσκει εφαρμογή στην τομογραφία ασθενών, αλλά η σχετικά χαμηλή ευαισθησία της έχει περιορίσει έως τώρα τη χρήση της σε μικρές κλίμακες.
Οι δύο καινοτόμες έρευνες χρησιμοποίησαν «σκοτεινά σημεία», ή αλλιώς ατέλειες «κενών θέσεων αζώτου» (NV), πάνω στην επιφάνεια διαμαντιών. Τα διαμάντια είναι μαγνητικά ανενεργά καθώς αποτελούνται αποκλειστικά από άτομα άνθρακα συνδεδεμένα ομοιοπολικά, και έτσι δεν υπάρχουν ελεύθερα ηλεκτρόνια.
Ωστόσο, μπορεί να υπάρχουν ατέλειες όπως οι προαναφερθείσες NV, κατά τις οποίες ένα άτομο άνθρακα αντικαθίσταται από ένα άτομο αζώτου, προσκείμενο στην κενή θέση στο πλέγμα όπου λείπει το άτομο του άνθρακα. Οι ατέλειες NV διαθέτουν ένα ελεύθερο ηλεκτρόνιο, το οποίο προσδίδει τις μοναδικές μαγνητικές ιδιότητες που εκμεταλλεύτηκαν οι δύο ερευνητικές ομάδες.
Η πρώτη ομάδα, με επικεφαλής τους Ντάνιελ Ρούγκαρ και Τζον Μαμίμ από το ερευνητικό κέντρο Αλμάντεν στο Σαν Χοσέ της Καλιφόρνια, χρησιμοποίησε τα σκοτεινά σημεία πάνω στην επιφάνεια των διαμαντιών ώστε να εντοπίσει αδύναμα μαγνητικά πεδία σε υλικά κοντά στην επιφάνεια των διαμαντιών.
Η ομάδα του Ρούγκαρ συνέθεσε εξαιρετικά καθαρά διαμάντια με ατέλειες NV κοντά στην επιφάνεια και τα επικάλυψε με πολυμερή πάχους 60 νανομέτρων, ενώ στη συνέχεια εφάρμοσε ένα ταλαντώμενο μαγνητικό πεδίο. Εάν τα διαμάντια φωτιστούν με πράσινο φως, τότε οι ατέλειες αποκτούν ερυθρό χρώμα, του οποίου η φωτεινότητα επηρεάζεται ανάλογα με την παρουσία γειτονικών μαγνητικών πεδίων.
Η δεύτερη ομάδα, υπό τον Φρίντεμαν Ράινχαρτ του Πανεπιστημίου της Στουτγάρδης, χρησιμοποίησε επίσης τις ατέλειες NV σε εξαιρετικά καθαρά συνθετικά διαμάντια, αλλά για να καταγράψει το φάσμα μίας σειράς χημικών στοιχείων που τοποθετήθηκαν πάνω στην επιφάνεια των διαμαντιών. Η μέθοδος αυτή ήταν λιγότερο ενεργητική αλλά πιο εύκολη στην εφαρμογή.
Οι έρευνες αυτές είναι σημαντικές διότι είναι δύσκολο να προσδιοριστούν οι πρωτεϊνικές δομές με συμβατικές μεθόδους όπως η κρυσταλλοποίηση. Η δυνατότητα απεικόνισης μέσω μαγνητικής τομογραφίας θα απλοποιήσει δραματικά την διαδικασία και θα οδηγήσει στην καταγραφή όλων των πρωτεϊνικών δομών.
Πηγή: Ναυτεμπορική
Σχόλια
Δημοσίευση σχολίου