Los físicos de la Universidad de Basilea y el Instituto Suizo de Nanociencia pudieron demostrar por primera vez que los espines nucleares de moléculas individuales se pueden detectar con la ayuda de partículas magnéticas a temperatura ambiente. En Nanotecnología de la naturaleza , los investigadores describen una nueva configuración experimental con la que los diminutos campos magnéticos de los espines nucleares de biomoléculas individuales, indetectables hasta ahora, podrían registrarse por primera vez. El concepto propuesto mejoraría los diagnósticos médicos, así como los análisis de muestras biológicas y químicas, en un paso decisivo hacia adelante.
La medición de los espines nucleares es ahora una rutina en los diagnósticos médicos (IRM). Sin embargo, los dispositivos que existen actualmente necesitan miles de millones de átomos para el análisis y, por lo tanto, no son útiles para muchas aplicaciones a pequeña escala. Durante muchas décadas, Los científicos de todo el mundo se han comprometido así en una intensa búsqueda de métodos alternativos, lo que mejoraría la sensibilidad de las técnicas de medición.
Con la ayuda de varios tipos de sensores (sensores SQUID y Hall) y con microscopios de fuerza de resonancia magnética, se ha hecho posible detectar espines de electrones individuales y lograr una resolución estructural a nanoescala. Sin embargo, la detección de espines nucleares únicos de muestras biológicas complejas - el santo grial en el campo - no ha sido posible hasta ahora.
Cristales de diamantes con pequeños defectos
Los investigadores de Basilea ahora investigan la aplicación de sensores hechos de diamantes que albergan pequeños defectos en su estructura cristalina. En la red cristalina del diamante, un átomo de carbono se reemplaza por un átomo de nitrógeno, con un terreno baldío al lado. Estos centros denominados Nitrogen-Vacancy (NV) generan giros, que son ideales para la detección de campos magnéticos. A temperatura ambiente, Los investigadores han demostrado experimentalmente en muchos laboratorios que con tales centros NV es posible la resolución de moléculas individuales. Sin embargo, esto requiere distancias atomísticamente cercanas entre el sensor y la muestra, que no es posible para el material biológico.
Una pequeña partícula ferromagnética, colocado entre la muestra y el centro NV, puede resolver este problema. En efecto, si el giro nuclear de la muestra se conduce a una frecuencia de resonancia específica, la resonancia de la partícula ferromagnética cambia. Con la ayuda de un centro NV que está muy cerca de la partícula magnética, los científicos pueden entonces detectar esta resonancia modificada.
¿Medición del avance tecnológico?
El análisis teórico y las técnicas experimentales de los investigadores de los equipos del Prof. Daniel Loss y el Prof. Patrick Maletinsky han demostrado que el uso de tales partículas ferromagnéticas puede conducir a una amplificación de diez mil veces el campo magnético de los espines nucleares. "Estoy seguro de que nuestro concepto pronto se implementará en sistemas reales y conducirá a un gran avance en metrología, "comenta Daniel Loss en la reciente publicación, donde el primer autor Dr. Luka Trifunovic, postdoctorado en el equipo de Loss, hizo contribuciones esenciales y que se realizó en colaboración con colegas del Instituto JARA de Información Cuántica (Aquisgrán, Alemania) y la Universidad de Harvard (Cambridge).
