Obrazowanie w angstremach

[KopalniaWiedzy.pl 357]

Fizycy z University of Melbourne opisali technikę, która pozwoliłaby na zbudowanie kwantowego skanera do nanorezonansu magnetycznego. Taki skaner wykorzystywałby magnetyczne właściwości atomowych kubitów i pozwalał na uzyskiwanie obrazów o rozdzielczości liczonej w angstremach (10^-10 metra, 0,1 nanometra). Dzięki nowej technice mogłyby powstać mikroskopy do obrazowania pojedynczych molekuł, co pozwoliłoby lepiej zrozumieć różne schorzenia i łatwiej opracować leki.

Rozwój naukowy w ostatnich dekadach pozwolił nam na zrozumienie i leczenie wielu problemów medycznych w skali makro, takich jak zatory czy złamania. Jednak ludzkość dręczą przede wszystkim choroby w skali mikro, które rozpoczynają się od nieprawidłowości na poziomie molekularnym, gdy na przykład mamy do czynienia ze zdeformowaną proteiną w komórce. Nowotwory, cukrzyca, infekcje wirusowe i inne choroby mają ze sobą wiele wspólnego, jednak obecnie nie jesteśmy w stanie zajrzeć do wnętrza ludzkiego ciała i obserwować odpowiednio małe struktury - mówi Viktor Perunicic. Opracowaliśmy założenia techniczne dla technologii, która może pozwolić na bezpośrednie trójwymiarowe obrazowanie struktury atomowej pojedynczych molekuł w ich naturalnym środowisku - dodaje.

Australijscy uczeni proponują wykorzystanie atomowego kubita umieszczonego w odległości około 2 nanometrów od molekuły, którą chcemy zobrazować. Kubit działa jednocześnie jak źródło i czujnik pola magnetycznego, a jego kwantowe właściwości magnetyczne (spin) wchodzą w interakcję z właściwościami magnetycznymi atomów obrazowanej molekuły. Jeśli pod różnymi kątami zbierzemy dane na temat tych interakcji, będziemy w stanie określić pozycje poszczególnych atomów i uzyskamy trójwymiarowy obraz struktury interesującej nas molekuły.

Podczas symulowanego obrazowania naukowcy wykorzystali molekułę rapamycyny (C₅₁H₇₉NO₁₃). To lek immunosupresyjny zapobiegający m.in. odrzuceniu przeszczepu. W standardowych technikach obrazowych, np. krystalografii rentgenowskiej, jest bardzo trudno wykryć atomy wodoru. Jednak dzięki pomiarom spinu tych atomów kwantowy skaner do nanorezonansu magnetycznego byłby w stanie je wykryć i stworzyć obraz molekuły.

Tego typu technika obrazowania byłaby niezwykle przydatna przy badaniu nowych leków. Uczeni mogliby np. podać lek do komórki i obserwować, w jaki sposób wchodzi on w interakcje z jej poszczególnymi elementami. Na tej podstawie można by modyfikować molekułę leku tak, by była jak najbardziej skuteczna i czyniła jak najmniej szkód.

Na razie skupiamy się na podstawach teoretycznych, by zrozumieć, w jaki sposób możemy zbudować takie urządzenie przy użyciu obecnie dostępnej technologii. Opracowujemy kwantowy mechanizm kontroli pozwalający na obrazowanie pojedynczych molekuł oraz prowadzimy symulacje, pozwalające na przetestowanie wydajności takiego urządzenia w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Wstępne rezultaty naszych prac są zachęcające, więc naturalną ich konsekwencją będzie próba zbudowania w ciągu najbliższych lat prototypu takiego urządzenia - mówi Perunicic.

« powrót do artykułu

[Flaku 26]

Ciekawy temat. Po pierwsze w jaki sposób zbierają dane z różnych kątów? Na jednym takim atomie pewnie będzie to ciężkie(bo skąd atom ma wiedzieć w którą stronę patrzeć?), być może dałoby się to osiągnąć przy porównaniu sygnału z kilku takich atomowych czujników odpowiednio rozmieszczonych w przestrzeni, nie wiem, spekuluję. Po drugie dochodzi problem wierności odwzorowania ścieżki skanowania i prędkości przemieszczania się po niej z taką dokładnością.