Maryland Üniversitesi‘nden araştırmacılar, tek bir hücreye kabaca eşdeğer olarak 10 pikolitre (1 Pikolitre [pl] = 0,000 000 001 Mililitre [ml]) numune hacminde seyreltik çözeltide küçük moleküller üzerinde yüksek çözünürlüklü nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisine izin veren yeni bir kuantum algılama tekniği keşfettikleri raporladılar.
Nükleer manyetik rezonans (NMR) spektroskopisi, kimyasal analiz ve moleküllerin yapılarının tanımlanması için yaygın olarak kullanılan bir araçtır. Tipik olarak temeli termal nükleer spin polarizasyonunun ürettiği zayıf manyetik alanlara dayanmaktadır. NMR diğer analitik tekniklere kıyasla zayıf hassasiyetten muzdariptir. Geleneksel bir NMR cihazı tipik olarak yaklaşık bir mililitrelik büyük numune hacimlerini kullanır. Bu da yaklaşık olarak bir milyon biyolojik hücre içerecek kadar büyük hacim olduğu anlamına gelmektedir.
Maryland Üniversitesi Kuantum Teknoloji Merkezi’nden (Quantum Technology Center) araştırmacı ekibin Physical Review X (PRX)‘de yayınlanan çalışması, “Elmasta Kuantum Kusurları Kullanarak Femtomol Duyarlılığı ile Hiperpolarizasyon-Geliştirilmiş NMR Spektroskopisi” başlığıyla yayınlandı.
Çalışma, QTC Kurucu Direktörü Prof. Ronald Walsworth’un araştırma grubu tarafından gerçekleştirildi. Walsworth ve ekibi pikolitre ölçekli numuneler tarafından üretilen NMR sinyallerini tespit etmek için elmaslarda azot-boşluk kuantum kusurlarını kullanan bir sistem geliştirdi. Geçmişte benzer bir çalışmada, araştırmacılar sadece saf, yüksek konsantrasyonlu örneklerden gelen sinyalleri gözlemleyebilmişlerdi. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek için Walsworth ve meslektaşları, kuantum elmas NMR’yi numunenin nükleer spin polarizasyonunu ve dolayısıyla NMR sinyal gücünü – yüz kattan fazla artıran bir “hiperpolarizasyon” yöntemiyle birleştirdiler. Sonuç olarak, PRX’te sunulan sonuçlara göre ortaya ilk kez femtomol moleküler duyarlılığına sahip bir NMR tekniği çıkmış oldu.
Araştırmanın yoğun ilgi uyandırması üzerine Prof. Ronald Walsworth bu keşif ile ilgili aşağıdaki yorumu yaptı:
Gerçek dünyadaki uygulama amacımız, kimyasal analizleri ve manyetik rezonans görüntülemeyi (MRI) biyolojik hücreler düzeyinde sağlamaktır. MRG, beyin de dahil olmak üzere vücudun bölümlerinin ayrıntılı resimlerini işleyebilen bir tarama türüdür.
Şu anda ise, MRI çözünürlüğü sınırlı bir durumdadır ve sadece yaklaşık bir milyon hücre içeren hacimleri görüntüleyebilir. Walsworth ve ekibi, MRI’ın kapasitesini artırmayı ve çalışmalarını ilerleterek bu tekniği elmas tabanlı bir kuantum algılama sistemine dönüştürmeyi hedefliyorlar.
Kaynakça
- Maryland Üniversitesi tarafından Materyal
- Dominik B. Bucher, David R. Glenn, Hongkun Park, Mikhail D. Lukin, Ronald L. Walsworth. Hyperpolarization-Enhanced NMR Spectroscopy with Femtomole Sensitivity Using Quantum Defects in Diamond. Physical Review X, 2020; 10 (2) DOI: 10.1103/PhysRevX.10.021053
Yoruma kapalı.