tisdag7 februari

Kontakt

Annonsera

E-tidning

Sök

Starta din prenumeration

Prenumerera

Klimat

MRI 10 miljoner gånger noggrannare

Publicerad: 14 januari 2009, 14:17

Med IBMs nya metod kan man urskilja delar av celler och potentiellt se enskilda molekyler


Forskare på IBM har gjort ett genombrott inom det vi till vardagslag kallar tekniken med magnetkameran (magnetic resonance imaging, MRI) och fått ned tekniken på nanometerskala.

Forskarna vid Center for Probing the Nanoscale vid Stanford University har byggt ett mikroskop som skulle kunna ge 3D-bilder av proteiner. I denna lilla värld har man lyckats detektera det svaga magnetfältet från en enda elektron som befinner sig inuti ett materialprov i fast form. Magnetkameran utvecklas hela tiden och nu är man på väg mot oändligt bättre noggrannhet än vad som hittills varit möjligt. IBM-folket har jobbat i mer än 10 år på att förbättra upplösningen hos MRI-tekniken med hjälp av MRFM-mikroskop. Gruppen hör ökat känsligheten cirka 10 miljoner gånger mot de maskiner som används i sjukvården för att visa kroppens inre organ. Upplösningen ligger nu i storleksordningen enskilda atomer.

Detta är ett stort steg på vägen mot ett mikroskop som kan ge tredimensionella bilder av enskilda molekyler med upplösning på atomnivå. Skulle man lyckas med detta kan det få ett otroligt genomslag inom materialvetenskapen, och påverka allt från proteiner och mediciner till integrerade kretsar och katalysatorer. För att förstå alla dessa måste man ha en detaljerad av deras atomstruktur. Om man kan ta reda på exakt var enskilda atomer befinner sig i någon nanostruktur skulle konstruktören kunna få bättre förståelse för produktens tillverkning och prestanda. Skulle man kunna se atomstrukturen i ett protein direkt skulle det vara till stor hjälp när man designar nya mediciner. Metoden skulle kunna revolutionera vårt sätt att betrakta virus, bakterier, proteiner och andra biologiska element.

Mikroskopet är ett så kallat ”magnetic resonance force microscope” (MRFM) som kan detektera mycket små magnetfält och kan “titta” in genom cellmembran utan att skada cellen. Ett MRFM kan se spinnet från en enda elektron och ange elektronens läge i tre dimensioner med nanometer-upplösning och dessutom mäta dess kvantmekaniska tillstånd, spinnet. Det är just det man gör med magnetkameran på sjukhus, men där handlar det om triljoner elektroner åt gången. Det är den upplösning man har när man undersöker patienter.

MRFM-mikroskopet utnyttjar en ultratunn svängande arm av kisel (gul) med en magnetisk spets i nanometerstorlek (blå) för att detektera magnetfältet från en enda elektron inne i provet (rött). Eftersom elektronen bär sig åt som en liten stavmagnet (spinnet) och kan antingen dra åt sig eller stöta bort armens spets. Samverkan mellan spinnet och armens spets begränsas till det lilla skålformade område kring spetsen som kallas för den ”resonanta skivan”. Detta område flyttas med när spetsen vibrerar, alltså svänger fram och tillbaka. En spole (längst bak) skapar ett högfrekvensfält på 2,96 GHz (en bra frekvens när man undersöker kisel) som riktas nedåt av armen och får elektronens spinn (grön pil) att vrida sig när den resonanta skivan passerar förbi. Kraften på armens spets växlar mellan attraktion och repulsion varje gång en elektron byter riktning och det får armens svängningsfrekvens att förändras en aning. De små förändringarna i armens frekvens mäts med en laser (till vänster).

Förmågan att kunna detektera fältet från enskilda elektroner beror på den ultratunna armens känslighet, som den på bilden ovan. Armen är cirka 85 mikrometer lång (ungefär som diametern på ett människohår) och den är bara 100 nanometer tjock. Eftersom den är så liten är den också extremt flexibel och reagerar på krafter i området kring attonewton. IBM har gått vidare och fäst en vansinnigt liten, 150 nm magnetisk partikel av samarium-kobolt på spetsen så att den kan användas till att koncentrera magnetfältet som används i mikroskopet. Armen vibrerar vid sin resonansfrekvens, cirka 5 kHz, och samverkan med en enskild elektrons spinn förändrar frekvensen med cirka 1 ppm.

Tekniken kan givetvis inte användas på människor, utan utförs på ett mikroskopiskt vävnadsprov. Fundera på hur mycket data det skulle generera om du kunde se egenskaperna för varje atom hos en människa. Hittills har man bara undersökt elektronerna i en kiselyta, nedkyld till 1,6 K för att minska kraft-bruset.

Läs mer här: www.stanford.edu/group/cpn
och här: http://domino.watson.ibm.com/comm/pr.nsf/pages/news.20040714_nanoscale.html

Jörgen Städje

Dela artikeln:

Håll dig uppdaterad med vårt nyhetsbrev

Välj nyhetsbrev