Por primera vez, un investigador de la Universidad de Waterloo ha demostrado teóricamente que es posible detectar un solo espín nuclear a temperatura ambiente, lo que podría allanar el camino para nuevos enfoques de diagnóstico médico.

Publicado en la revista Nanotecnología de la naturaleza esta semana, Amir Yacoby de la Universidad de Waterloo, junto con colegas de la Universidad de Basilea y la Universidad RWTH Aachen, proponen un esquema teórico que podría conducir a la obtención de imágenes mejoradas de resonancia magnética nuclear (RMN) de materiales biológicos en un futuro próximo mediante el uso de campos magnéticos débiles.

La medición del espín es una rutina en los dispositivos de imágenes actuales, como la resonancia magnética, porque el espín nuclear genera campos magnéticos. Sin embargo, Los campos magnéticos débiles, como los del nivel atómico, son difíciles de detectar con la tecnología actual. Agregue ruido al campo y la detección será más difícil. Todavía, según el nuevo documento, cuando se coloca un imán en la mezcla, la detección se puede lograr con campos débiles.

"Existe un gran interés en medir las firmas de campos magnéticos débiles, "dijo Yacoby, Cátedra de Investigación Distinguida en Materia Condensada en el Departamento de Física y Astronomía y miembro asociado del Instituto de Computación Cuántica de la Universidad de Waterloo. "Nuestra propuesta podría conducir a mejores imágenes de resonancia magnética nuclear (RMN) a nanoescala en material biológico en condiciones ruidosas".

Piense en una persona pesada sentada en un columpio. Una persona muy fuerte podría empujar el columpio. También es posible para un persona más débil para mover el columpio periódicamente con menos fuerza ya que cada empujón da como resultado un movimiento más grande. Así es como nos movemos, incluso con una fuente débil, eventualmente es posible obtener una gran respuesta.

Yacoby y sus colegas teorizan que al colocar una pequeña partícula ferromagnética entre un magnetómetro de bits cuánticos de vacantes de nitrógeno (qubit) y la fuente, el espín nuclear, se mejora la sensibilidad del magnetómetro. Los giros de electrones fuertemente correlacionados en el imán y su excitación colectiva pueden usarse para mejorar la señal débil de la fuente. La modulación de la fuente resonará lentamente con el imán y comenzará a ganar fuerza, como el columpio. Un magnetómetro qubit puede leer la respuesta más grande del imán.

Actuando como amplificador, la partícula ferromagnética puede detectar un solo espín a una distancia de 30 nanómetros (nm) a temperatura ambiente. Los intentos anteriores sin un imán requerían colocar el detector imposiblemente cerca de la fuente, solo 1-2 nm. Agregar la partícula magnética permite que el sensor esté más alejado del sistema, disminuyendo la posibilidad de que el sensor lo destruya, y todavía capaz de detectar una señal medible.

El artículo analiza teóricamente la viabilidad del esquema completamente clásico. Conceptualmente la propuesta es bastante simple pero, mientras que la implementación tiene sus desafíos, las investigaciones creen que es mucho menos frágil que un esquema cuántico. Estos resultados, en combinación con otras investigaciones de Yacoby sobre la mejora de la resolución, podría ver imágenes mejoradas de RMN de materiales biológicos en un futuro próximo.