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最初の磁気共鳴顕微鏡は、その視界に人間の生化学を持っています
磁気共鳴画像法は、現代科学の奇跡の1つです。無害な磁場と電波を使用して、身体の非侵襲的な3D画像を生成します。そして、いくつかの追加のトリックで、組織の生化学的構成の詳細を明らかにすることもできます。
その生化学的トリックは磁気共鳴分光法と呼ばれ、脳や筋肉の腫瘍の代謝変化を含む、体の生化学を研究する医師や研究者にとって強力なツールです。
しかし、このテクニックは完璧ではありません。磁気共鳴分光法の分解能は、約10マイクロメートルの長さスケールに制限されています。そして、科学者がこの方法で簡単にアクセスできない小規模な化学的および生物学的活動の世界があります。
したがって、医師や研究者は、体組織とその中の生化学反応をはるかに小さなスケールで研究できる磁気共鳴顕微鏡を持っていることを心から望んでいます。
今日、オーストラリアのメルボルン大学のDavid Simpsonとその仲間たちは、これまで想像もできなかった規模で生化学反応を研究できる、わずか300ナノメートルの解像度の磁気共鳴顕微鏡を構築したと述べています。彼らの重要な進歩は、カメラの感光性CCDチップと同様の方法で磁気共鳴画像を作成するエキゾチックなダイヤモンドセンサーです。
磁気共鳴画像法は、原子核がすべて整列するほど強力な磁場にサンプルを置くことによって機能します。言い換えれば、それらはすべて同じように回転します。これらの原子核が電波でザッピングされると、原子核は励起され、リラックスしながら電波を放出します。再放射された電波のパターンを研究することにより、それらがどこから来たのかを解明し、サンプルの写真を作成することが可能です。
信号はまた、原子が互いにどのように結合しているか、そして生化学的プロセスが機能していることを明らかにします。ただし、この手法の解像度は、ラジオ受信機がサンプルにどれだけ近づくことができるかによって制限されます。
ダイヤモンドフィルムからまったく新しい種類の磁気共鳴センサーを構築したシンプソンと共同で参加してください。このセンサーの秘密のソースは、約7ナノメートルの深さと約10ナノメートルの間隔でダイヤモンドフィルムに埋め込まれた窒素原子の配列です。
窒素原子は、ダイヤモンドに埋め込まれると蛍光を発することができるので便利です。そして、磁場の中で、それらが生成する色は、近くの原子や電子のスピン、言い換えれば、局所的な生化学的環境に非常に敏感です。
そのため、新しいマシンでは、シンプソンと共同で、強力な磁場の中でダイヤモンドセンサーの上にサンプルを置き、電波でザッピングします。近くの核の状態が変化すると、窒素アレイがさまざまな色で蛍光を発します。そして、窒素原子の配列は、光に敏感なCCDチップのように一種の画像を生成します。シンプソンと共同で行うのは、この花火大会を監視して何が起こっているかを確認することだけです。
新しい技術をそのペースに乗せるために、シンプソンと共同研究者は、水溶液中のヘキサアクア銅（2+）錯体の挙動を研究しています。ヘキサアクア銅は、金属タンパク質に銅を組み込むためにそれを使用する多くの酵素に存在します。ただし、このプロセス中の銅の分布、および細胞のシグナル伝達において銅が果たす役割は、生体内で視覚化することが不可能であるため、よくわかっていません。
シンプソンと共同研究者は、量子磁気共鳴顕微鏡法と呼ばれる新しい技術を使用して、これをどのように行うことができるかを示しています。彼らは、新しいセンサーが、わずか数アトリットルの体積で高解像度で銅2+イオンの空間分布をどのように明らかにできるかを示しています。 Simpsonらによると、回折限界（〜300 nm）で、ゼプトモル（10-21）の範囲のスピン感度でイメージング解像度を示します。それらはまた、技術がイオンが受ける酸化還元反応をどのように明らかにするかを示しています。そして、彼らはこれらすべてを室温で行います。
これは、生化学の将来の研究に重要な意味を持つ印象的な作品です。この研究は、量子センシングシステムが「実際の」化学システムで遭遇する変動するブラウン環境と、配位子転位を受けるイオンのスピン環境に固有の変動に対応できることを示しています、とシンプソンらは述べています。
それは私たちが生物学的プロセスを理解する方法を変えることができる強力な新しいツールになります。シンプソンと共同は、その可能性について楽観的です。量子磁気共鳴顕微鏡法は、細胞膜上の結合イベントや原核細胞のペリプラズムにおける細胞内遷移金属濃度などの基本的なナノスケールの生化学を調べるのに理想的です。
参照： arxiv.org/abs/1702.04418 ：量子磁気共鳴顕微鏡