Магнитно-резонансная силовая микроскопия
Магнитно-резонансная силовая микроскопия ( МРФМ ) — это метод визуализации, который позволяет получать магнитно-резонансные изображения ( МРТ ) в нанометровых масштабах, а в будущем, возможно, и в атомных масштабах. MRFM потенциально способен наблюдать белковые структуры, которые невозможно увидеть с помощью рентгеновской кристаллографии и спектроскопии ядерного магнитного резонанса белков . обнаружение магнитного спина одиночного электрона С помощью этого метода было продемонстрировано . Чувствительность . современного микроскопа MRFM в 10 миллиардов раз выше, чем у медицинского МРТ, используемого в больницах
Основной принцип
[ редактировать ]Концепция MRFM сочетает в себе идеи магнитно-резонансной томографии (МРТ) и атомно-силовой микроскопии (АСМ). Обычная МРТ использует индуктивную катушку в качестве антенны для обнаружения резонансных ядерных или электронных спинов в градиенте магнитного поля . В MRFM используется кантилевер с наконечником из ферромагнитной частицы (железо-кобальт) для непосредственного обнаружения модулированной силы спинового градиента между спинами образца и наконечником. Магнитная частица охарактеризована методом кантилевёрной магнитометрии . Когда ферромагнитный наконечник приближается к образцу, ядерные спины атомов притягиваются к нему и создают небольшую силу, действующую на кантилевер. Затем вращения многократно переворачиваются, заставляя кантилевер плавно покачиваться вперед и назад синхронно. Это смещение измеряется с помощью интерферометра (лазерного луча) для создания серии двумерных изображений образца, которые объединяются для создания трехмерного изображения. Интерферометр измеряет резонансную частоту кантилевера. Меньшие ферромагнитные частицы и более мягкие кантилеверы увеличивают соотношение сигнал/шум . В отличие от подхода с индуктивной катушкой, чувствительность MRFM благоприятно масштабируется по мере уменьшения размеров устройства и образца.
Поскольку отношение сигнал/шум обратно пропорционально размеру выборки, броуновское движение является основным источником шума в масштабе, в котором MRFM полезен. Соответственно, устройства MRFM охлаждаются криогенно . MRFM был специально разработан для определения структуры белков in situ .
Вехи
[ редактировать ]Основные принципы получения изображений MRFM и теоретическая возможность этой технологии были впервые описаны в 1991 году. [1] Первое MRFM-изображение было получено в 1993 году в IBM Исследовательском центре в Альмадене с вертикальным разрешением 1 мкм и поперечным разрешением 5 мкм с использованием объемного образца парамагнитного вещества дифенилпикрилгидразила . [2] Пространственное разрешение достигло нанометрового масштаба в 2003 году. [3] Обнаружение магнитного спина одиночного электрона было достигнуто в 2004 году. [4] В 2009 году исследователи из IBM и Стэнфорда объявили, что им удалось достичь разрешения более 10 нанометров, визуализируя частицы вируса табачной мозаики на адсорбированном слое нанометровой толщины.углеводороды. [5]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Дж. А. Сидлс (1991). «Неиндуктивное обнаружение однопротонного магнитного резонанса». Письма по прикладной физике . 58 (24): 2854–6. Бибкод : 1991ApPhL..58.2854S . дои : 10.1063/1.104757 .
- ^ О. Цугер и Д. Ругар (1993). «Первые изображения магнитно-резонансного силового микроскопа». Письма по прикладной физике . 63 (18): 2496–8. Бибкод : 1993ApPhL..63.2496Z . дои : 10.1063/1.110460 .
- ^ С. Чао; У. Догерти; Дж. Гарбини; Дж. Сидлс (2003). «Магнитно-резонансная томография нанометрового масштаба». Обзор научных инструментов . 75 (5): 1175–81. Бибкод : 2004RScI...75.1175C . дои : 10.1063/1.1666983 .
- ^ Д. Ругар; Р. Будакян; Х. Мамин; Б. Чуй (2004). «Обнаружение одиночного спина с помощью магнитно-резонансной силовой микроскопии». Природа . 430 (6997): 329–32. Бибкод : 2004Natur.430..329R . дои : 10.1038/nature02658 . ПМИД 15254532 . S2CID 4346337 .
- ^ К. Л. Деген; М. Поджо; Х.Дж. Мамин ; К. Т. Реттнер и Д. Ругар (2009). «Наномасштабная магнитно-резонансная томография» . ПНАС . 106 (5): 1313–7. Бибкод : 2009PNAS..106.1313D . дои : 10.1073/pnas.0812068106 . ПМК 2628306 . ПМИД 19139397 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Домашняя страница квантовой системной инженерии и MRFM Вашингтонского университета, https://web.archive.org/web/20060430032748/http://courses.washington.edu/goodall/MRFM/ .
- Магнитно-резонансная силовая микроскопия, http://www.medgadget.com/archives/2005/04/Magneticresonan.html .
- Деген К.Л., Поджио М., Мамин Х.Дж., Реттнер К.Т., Ругар Д. (12 января 2009 г.). «Наномасштабная магнитно-резонансная томография» . ПНАС . 106 (5): 1313–7. Бибкод : 2009PNAS..106.1313D . дои : 10.1073/pnas.0812068106 . ПМК 2628306 . ПМИД 19139397 .
- «Исследователи создают микроскоп с разрешением в 100 миллионов раз более высоким, чем нынешний МРТ» . Физика.орг . 13 января 2009 г.
- «Команда IBM повышает разрешение МРТ» . Новости Би-би-си . 13 января 2009 года . Проверено 14 января 2009 г.
- Обзорная статья: М. Поджо и К. Л. Деген, Nanotechnology 21, 342001 (2010), Поджо, М.; Деген, CL (2010). «Ядерный магнитный резонанс, обнаруженный с помощью силы: последние достижения и будущие проблемы». Нанотехнологии . 21 (34): 342001. arXiv : 1006.3736 . Бибкод : 2010Nanot..21H2001P . дои : 10.1088/0957-4484/21/34/342001 . ПМИД 20671365 . S2CID 10028988 .
