I ricercatori dell'Università di Melbourne hanno dimostrato un modo per rilevare gli spin nucleari nelle molecole in modo non invasivo, fornendo un nuovo strumento per la biotecnologia e la scienza dei materiali.

Importanti ricerche in medicina e biologia si basano sulla spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR), ma fino ad ora, è stato limitato nella risoluzione spaziale e in genere richiede potenti campi a microonde. Un team guidato dal professor Lloyd Hollenberg dell'Università di Melbourne ha utilizzato una sonda quantistica per eseguire l'NMR senza microonde su scala nanometrica. I risultati sono stati pubblicati oggi in Comunicazioni sulla natura .

"Questa sonda quantistica offre un notevole miglioramento nella tecnologia NMR. Oltre a essere in grado di rilevare l'NMR in campioni molto più piccoli rispetto alle macchine convenzionali, la nostra tecnica non richiede l'applicazione di campi a microonde che potrebbero disturbare i campioni biologici", ha affermato Hollenberg, che è vicedirettore del Center for Quantum Computation and Communication Technology (CQC2T) e Thomas Baker Chair presso l'Università di Melbourne.

"In NMR l'obiettivo è rilevare il segnale magnetico dai nuclei degli atomi che compongono le molecole. Ma il segnale dallo "spin" nucleare è molto debole e le macchine NMR convenzionali richiedono molti milioni di spin nucleari per rilevare qualsiasi cosa. Tuttavia, usando le proprietà quantistiche di un 'difetto' nel diamante, la nostra tecnica è in grado di rilevare volumi molto più piccoli fino a solo migliaia di giri."

La scoperta può superare limitazioni significative con i metodi NMR convenzionali, che dipendono da macchine che possono superare le 10 tonnellate.

"Il problema con le grandi macchine NMR oggi ampiamente utilizzate è che i segnali che stiamo cercando di rilevare sono estremamente piccoli, e la distanza dal dispositivo di misurazione all'oggetto da misurare è molto grande, " ha detto il dottor Alastair Stacey, un ricercatore post-dottorato CQC2T.

"Questo crea due problemi:la macchina può vedere solo una raccolta più ampia di molecole, riducendo la precisione della misurazione. Deve anche utilizzare microonde e campi magnetici molto forti per raggiungere il campione, ma questi processi sono invasivi e possono interessare delicati campioni biologici, proprio come il microonde in cucina, in particolare quando si cerca di vedere la struttura molecolare dei liquidi."

L'autore principale James Wood descrive la tecnica come "una drammatica semplificazione del processo di rilevamento nucleare, dove essenzialmente facciamo luce su un difetto di dimensioni atomiche nel diamante e osserviamo la sua risposta naturale, a un livello fondamentalmente quantistico, agli spin nucleari bersaglio nelle vicinanze".

"Un grande vantaggio del nostro approccio è che non interferiamo con il campione durante l'imaging".

La tecnica offre nuove opportunità ai ricercatori.

"Con questi progressi nella tecnologia di rilevamento quantistico, stiamo aprendo la porta a un nuovo mondo di indagine scientifica che potrebbe portarci a comprendere meglio i più piccoli elementi costitutivi della vita, " disse Hollenberg.