Pierwszy mikroskop rezonansu magnetycznego ma w zasięgu wzroku biochemię człowieka

Rezonans magnetyczny to jeden z cudów współczesnej nauki. Wytwarza nieinwazyjne trójwymiarowe obrazy ciała za pomocą nieszkodliwych pól magnetycznych i fal radiowych. A dzięki kilku dodatkowym sztuczkom może również ujawnić szczegóły biochemicznego składu tkanki.



Ta biochemiczna sztuczka nazywana jest spektroskopią rezonansu magnetycznego i jest potężnym narzędziem dla lekarzy i badaczy badających biochemię organizmu, w tym zmiany metaboliczne w guzach mózgu i mięśni.

Ale ta technika nie jest idealna. Rozdzielczość spektroskopii rezonansu magnetycznego jest ograniczona do skali długości około 10 mikrometrów. I istnieje świat chemicznej i biologicznej aktywności na mniejszą skalę, do którego naukowcy po prostu nie mają dostępu w ten sposób.





Tak więc lekarze i badacze bardzo chcieliby mieć mikroskop rezonansu magnetycznego, który mógłby badać tkankę ciała i reakcje biochemiczne w jej obrębie w znacznie mniejszej skali.

Dziś David Simpson i jego koledzy z University of Melbourne w Australii twierdzą, że zbudowali mikroskop rezonansu magnetycznego o rozdzielczości zaledwie 300 nanometrów, który może badać reakcje biochemiczne w niewyobrażalnej wcześniej skali. Ich kluczowym przełomem jest egzotyczny czujnik diamentowy, który tworzy obrazy rezonansu magnetycznego w podobny sposób, jak światłoczuły chip CCD w aparacie.

Obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego polega na umieszczeniu próbki w polu magnetycznym tak silnym, że wszystkie jądra atomowe zostają wyrównane; innymi słowy, wszystkie obracają się w ten sam sposób. Kiedy te jądra zostają uderzone falami radiowymi, jądra stają się podekscytowane, a następnie emitują fale radiowe, gdy się rozluźniają. Badając wzorzec reemitowanych fal radiowych, można ustalić, skąd one pochodzą, a tym samym zbudować obraz próbki.



Sygnały ujawniają również, w jaki sposób atomy są ze sobą powiązane i zachodzą procesy biochemiczne. Jednak rozdzielczość tej techniki jest ograniczona przez to, jak blisko próbki może dotrzeć odbiornik radiowy.

Wchodzi Simpson i spółka, którzy zbudowali całkowicie nowy rodzaj czujnika rezonansu magnetycznego z folii diamentowej. Sekretnym sosem w tym czujniku jest szereg atomów azotu osadzonych w diamentowej warstwie na głębokości około siedmiu nanometrów w odległości około 10 nanometrów.

Atomy azotu są przydatne, ponieważ osadzone w diamencie mogą powodować fluorescencję. A w polu magnetycznym kolor, który wytwarzają, jest bardzo wrażliwy na spin pobliskich atomów i elektronów, czyli innymi słowy, na lokalne środowisko biochemiczne.

Tak więc w nowej maszynie Simpson i spółka umieszczają próbkę na czujniku diamentowym w silnym polu magnetycznym i wysyłają ją falami radiowymi. Wszelkie zmiany stanu pobliskich jąder powodują, że matryca azotowa zaczyna fluoryzować w różnych kolorach. A szereg atomów azotu tworzy rodzaj obrazu, tak jak światłoczuły chip CCD. Simpson i spółka tylko monitorują ten pokaz sztucznych ogni, aby zobaczyć, co się dzieje.



Aby przetestować nową technikę, Simpson i wsp. badali zachowanie kompleksów hexaaqua copper(2+) w roztworze wodnym. Miedź Hexaaqua jest obecna w wielu enzymach, które wykorzystują ją do włączania miedzi do metaloprotein. Jednak dystrybucja miedzi podczas tego procesu i rola, jaką odgrywa ona w sygnalizacji komórkowej, jest słabo poznana, ponieważ nie można jej wizualizować in vivo.

Simpson i spółka pokazują, jak można to teraz zrobić za pomocą nowej techniki, którą nazwali mikroskopią kwantowego rezonansu magnetycznego. Pokazują, w jaki sposób ich nowy czujnik może ujawnić przestrzenny rozkład jonów miedzi 2+ w objętości zaledwie kilku attolitrów iw wysokiej rozdzielczości. Demonstrujemy rozdzielczość obrazowania na granicy dyfrakcji (~300 nm) z czułością spinową w zakresie zeptomolu (10-21), powiedzmy Simpson i spółka. Pokazują również, w jaki sposób technika ujawnia reakcje redoks, którym przechodzą jony. A wszystko to robią w temperaturze pokojowej.

To imponująca praca, która ma ważne implikacje dla przyszłych badań biochemicznych. Prace pokazują, że systemy czujników kwantowych mogą przystosować się do zmieniającego się środowiska Browna spotykanego w „prawdziwych” układach chemicznych oraz nieodłącznych fluktuacji w środowisku spinowym jonów przechodzących przegrupowanie ligandów, mówi Simpson i spółka.

To sprawia, że ​​jest to potężne nowe narzędzie, które może zmienić sposób, w jaki rozumiemy procesy biologiczne. Simpson i spółka optymistycznie oceniają jego potencjał. Mikroskopia kwantowego rezonansu magnetycznego jest idealna do badania podstawowych biochemii w nanoskali, takich jak procesy wiązania na błonach komórkowych i wewnątrzkomórkowe stężenie metali przejściowych w peryplazmie komórek prokariotycznych.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1702.04418 : Mikroskopia kwantowego rezonansu magnetycznego

ukryć

Rzeczywiste Technologie.

Kategoria

Bez Kategorii

Technologia

Biotechnologia

Polityka Techniczna

Zmiana Klimatu

Ludzie I Technologia

Dolina Krzemowa

Przetwarzanie Danych

Magazyn Mit News

Sztuczna Inteligencja

Przestrzeń

Inteligentne Miasta

Blockchain

Historia Funkcji

Profil Absolwenta

Połączenie Absolwentów

Funkcja Wiadomości Mit

1865

Mój Widok

77 Msza Św

Poznaj Autora

Profile W Hojności

Widziany Na Kampusie

Listy Absolwentów

Aktualności

Wybory 2020

Z Indeksem

Pod Kopułą

Magazyn Informacyjny Mit

Wąż Pożarowy

Nieskończone Historie

Projekt Technologii Pandemicznej

Od Prezydenta

Przykrywka

Galeria Zdjęć

Zalecane