Un nuevo detector podría ampliar el rango de trabajo de las técnicas analíticas de RMN

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Una imagen por resonancia magnética (IRM) es uno de los pilares del diagnóstico médico ya que se puede obtener imágenes, de alta resolución, de dentro de objetos opacos de forma no invasiva. Es utilizada principalmente en medicina para observar alteraciones en los tejidos y detectar cáncer y otras patologías. También es utilizada en la indústria para analizar la estructura de los materiales tanto orgánicos como inorgánicos.

Está técnica no destructiva utiliza el fenómeno de la resonancia magnética nuclear (RMN) para obtener información sobre la estructura y composición del objeto a analizar. Esta información es procesada por ordenadores y transformada en imágenes del interior de lo que se ha analizado.

La IRM no debe ser confundida con la espectroscopia de resonancia magnética nuclear que utiliza el mismo principio de la resonancia magnética para obtener información sobre la composición de los materiales. Usa los campos magnéticos para alinear la magnetización nuclear de (usualmente) núcleos de hidrógeno del agua en el cuerpo. Los campos de radiofrecuencia (RF) se usan para sistemáticamente alterar el alineamiento de esa magnetización, causando que los núcleos de hidrógeno produzcan un campo magnético rotacional detectable por el escanner. Esa señal puede ser manipulada con adicionales campos magnéticos y así construir con más información imágenes del objeto.

Esquema de la red cristalina de un diamante con el defecto “Nitrogen-Vacancy Centre” (NC). V – vacante/vacancy; C – átomos de Carbono próximos a la vacante; N – átomo de Nitrogeno

Ha habido muchos intentos de utilizar la IRM para obtener  imágenes de objetos pequeños como células vivas , ya que la resolución puede estar muy por debajo del límite de difracción óptica. Sin embargo , la sensibilidad de detección de la IRM convencional cae rápidamente para objetos pequeños , por lo que es imposible resolver objetos más pequeños que unos pocos micrómetros, con esta técnica. Pero esto ha sido hasta ahora. Dos grupos (Manim et al. y Staudacher et al.) independientes han conseguido detectar volúmenes de unos pocos nm³ , tamaño comparable al de las moléculas grandes de proteína a temperatura ambiente. En lugar de utilizar un detector de bobina eléctrica , que no es lo suficientemente sensible para ir por debajo de la microescala , los investigadores usaron un detector de campo magnético hecho de diamante con un defecto de sitio del cristal llamado “single nitrogen-vacancy center” (NV). El defecto consiste en un átomo de nitrógeno y un orificio de red cristalina que reemplazan dos átomos de carbono adyacentes . En trabajos previos se había determinado que los NV eran sensibles a los campos magnéticos internos del diamante. Ahora se ha demostrado que los NV detecta las fluctuaciones del campo (nanotesla) de los protones que provienen la muestra orgánica situada en la superficie del detector de diamante. El diamante con el NV es un sensor de campo magnético átomico.

Aunque es necesario más trabajo para convertir la señal en información estructural y química, los investigadores prevén que la técnica podría ser usada para determinar las estructuras de pequeñas cantidades de proteínas que no se pueden cristalizar o incluso de biomoléculas en células vivas, así como la identidad y la posición de los átomos individuales en transistores a nanoescala en dispositivos electrónicos de próxima generación .

Fuentes:

 

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