Una sonda cuántica de vacantes de nitrógeno (azul oscuro) en diamante (gris claro) que realiza resonancia magnética nuclear (RMN) a nanoescala en hidrógeno molecular que se encuentra en la superficie del diamante. Un láser verde controla el estado cuántico de la sonda, que está sintonizado con la frecuencia de resonancia de los espines nucleares objetivo. La sonda responde a los espines nucleares de los átomos de hidrógeno y proporciona una medición directa a través de la luz roja emitida. Crédito:David A. Broadway / cqc2t.org
Investigadores de la Universidad de Melbourne han demostrado una forma de detectar espines nucleares en moléculas de forma no invasiva. proporcionando una nueva herramienta para la biotecnología y la ciencia de los materiales.
La investigación importante en medicina y biología se basa en la espectroscopia de resonancia magnética nuclear (RMN), pero hasta ahora ha tenido una resolución espacial limitada y normalmente requiere potentes campos de microondas. Un equipo dirigido por el profesor Lloyd Hollenberg de la Universidad de Melbourne ha utilizado una sonda cuántica para realizar una RMN sin microondas a nanoescala. Los resultados se publicaron hoy en Comunicaciones de la naturaleza .
"Esta sonda cuántica ofrece una mejora espectacular en la tecnología de RMN. Además de poder detectar RMN en muestras mucho más pequeñas que las máquinas convencionales, nuestra técnica no requiere la aplicación de campos de microondas que puedan alterar las muestras biológicas ", dijo Hollenberg, quien es subdirector del Centro de Tecnología de la Comunicación y Computación Cuántica (CQC2T) y presidente de Thomas Baker en la Universidad de Melbourne.
"En la RMN, el objetivo es detectar la señal magnética de los núcleos de los átomos que comprenden moléculas. Pero la señal del" espín "nuclear es muy débil y las máquinas de RMN convencionales requieren muchos millones de espines nucleares para detectar cualquier cosa. Sin embargo, usando las propiedades cuánticas de un 'defecto' en el diamante, nuestra técnica puede detectar volúmenes mucho más pequeños hasta solo miles de vueltas ".
El descubrimiento puede superar limitaciones significativas con los métodos convencionales de RMN, que dependen de máquinas que pueden superar las 10 toneladas.
"El problema con las grandes máquinas de RMN de uso generalizado en la actualidad es que las señales que estamos tratando de detectar son extremadamente pequeñas, y la distancia desde el dispositivo de medición hasta el objeto que se mide es muy grande, "dijo el Dr. Alastair Stacey, un investigador postdoctoral CQC2T.
"Esto crea dos problemas:la máquina solo puede ver una colección más grande de moléculas, reduciendo la precisión de la medición. También tiene que utilizar microondas y campos magnéticos muy fuertes para llegar a la muestra, pero estos procesos son invasivos y pueden afectar delicadas muestras biológicas, como el microondas en tu cocina, particularmente cuando se trata de ver la estructura molecular de los líquidos ".
El autor principal, James Wood, describe la técnica como "una simplificación espectacular del proceso de detección nuclear, donde esencialmente iluminamos un defecto de tamaño atómico en un diamante y observamos su respuesta natural, a un nivel fundamentalmente cuántico, a los giros nucleares cercanos ".
"Un gran beneficio de nuestro enfoque es que no interferimos con la muestra cuando se toman imágenes".
La técnica ofrece nuevas oportunidades para los investigadores.
"Con estos avances en la tecnología de detección cuántica, Estamos abriendo la puerta a un nuevo mundo de investigación científica que podría llevarnos a comprender mejor los componentes básicos más pequeños de la vida. "dijo Hollenberg.
