הטכנולוגיה "ספין-אוף" של היהלומים עלולה להוביל לדמי טיפול רפואי ולכלי גילוי סמים

Anonim

זה אולי נשמע סותר, אבל יהלומים הם המפתח טכניקה חדשה שיכולה לספק אלטרנטיבה מאוד זול בעלות על הדמיה רפואית של מיליוני דולרים ומכשירים גילוי סמים.

צוות בינלאומי בראשות מדענים במעבדה של המעבדה הלאומית לורנס ברקלי (ברקלי) ו- UC ברקלי גילו כיצד לנצל ליקויים ביהלומים הננומטריים והמיקרוסקליים, ועשויים לשפר את הרגישות של דימות תהודה מגנטית (MRI) ותהודה מגנטית גרעינית (תמ"ג)) מערכות תוך ביטול הצורך מגנטים מוליכים יקרים מגושם שלהם.

"זו היתה בעיה בלתי פתורה מזה זמן רב בתחום שלנו, והצלחנו למצוא דרך להתגבר עליה ולהראות שהפתרון פשוט מאוד", אמר אשוק Ajoy, חוקר פוסט-דוקטורט בחוג למדעי החומרים בברקלי, ואת המחלקה לכימיה באוניברסיטת ברקלי, ששימש המחבר הראשי של המחקר. "אף אחד לא עשה את זה מעולם, והמנגנון שגילינו הוא חדש לגמרי".

מכונות MRI משמשות לאיתור גידולים סרטניים וסיוע בפיתוח תוכניות טיפול, בעוד שמכונות תמ"ג משמשות לבדיקת המבנה האטומי והכימיה של תרכובות סמים ומולקולות אחרות.

הטכניקה החדשה, המתוארת במהדורת ה -18 במאי של כתב העת Science Advance, עשויה להוביל לשימוש ישיר של יהלומים זעירים אלה לצורך הדמיה ביולוגית מהירה ומשופרת. החוקרים גם מבקשים להעביר את הכוונון המיוחד הזה, הידוע בשם קיטוב ספין, לנוזל בלתי מזיק כגון מים, ולהזריק את הנוזל לחולה לצורך סריקות MRI מהירות יותר. שטח הפנים הגבוה של החלקיקים הקטנים הוא המפתח במאמץ זה, ציינו החוקרים.

שיפור זה קיטוב ספין האלקטרונים של האטומים של יהלומים ניתן להשוות ליישר כמה מחטים מצפן הצבעה בכיוונים שונים לאותו כיוון. אלה "hyperpolarized" ספינים יכול לספק חדות לעומת הדמיה מאשר מגנטים מוליך קונבנציונאלי.

"לגילוי חשוב זה בהייפרפולאריזציה של יהלומים ננו-מיקרוסקליים יש השלכות מדעיות ומסחריות עצומות", אמר Ajoy, מאחר שחלק ממכונות ה- MRI וה- NMR המתקדמות ביותר יכולות להיות יקרות להפליא ולהיות מחוץ להישג יד עבור חלק מבתי החולים ומוסדות המחקר.

"זה יכול לעזור להרחיב את השוק עבור MRI ותמ"ג, " הוא אמר, ויכול גם לכווץ את המכשירים בגודל החדר בגודל benchtop, אשר "כבר החלום מלכתחילה." Ajoy הוא חבר של אלכס פינס מעבדה מחקר ב UC ברקלי-פינס הוא מדען בכיר סגל במחלקה למדעי החומרים של ברקלי מעבדה, וחלוץ בפיתוח של תמ"ג ככלי מחקר.

מדענים נאבקו כדי להתגבר על בעיה בהכוונה נכונה של היהלומים כדי להשיג קיטוב ספין אחיד יותר - ובעיה זו היתה בולטת עוד יותר באוספים של יהלומים קטנים מאוד שהציגו ערבוביה של כאוטי. מאמצים מוקדמים יותר, למשל, חקרו האם קידוח תכונות זעירות בדגימות יהלומים יכול לסייע בשליטה על קיטוב הספין שלהן.

תכונות הסחיטה המתכוונות ביהלומים עם פגמים הידועים כנקודות חנקן - שבהן אטומי החנקן תופסים את מקומם של אטומי פחמן במבנה הגבישי של יהלומים - נחקרו גם הם לשימוש פוטנציאלי במחשוב קוונטי. ביישומים אלה, המדענים מבקשים לשלוט על קיטוב הספין של האלקטרונים כדרך להעביר ולאחסן מידע כמו אלה ואפסים אחסון נתונים מגנטיים קונבנציונאלי יותר.

במחקר האחרון, מדענים מצאו כי על ידי zapping אוסף של יהלומים microscale עם אור לייזר ירוק, הכניסו אותו לשדה מגנטי חלש, ו גורף על פני המדגם עם מקור מיקרוגל, הם יכולים לשפר את הנכס הזה קיטוב ספין לשליטה ביהלומים על ידי מאות פעמים לעומת MRI קונבנציונאלי מכונות תמ"ג.

עמנואל דראקה, חשמלאי בקולג 'של אוניברסיטת ברקלי לחקר כימיה במו"פ, המציא כלי מדידה גדול עבור הטכניקה החדשה שהוכיחה את עצמה באימות ובאיזון עדין של תכונות הקיטוב בספין של דגימות היהלומים. "היא אפשרה לנו לדפוק את זה בעוד שבוע בערך, "אמרה אג'וי.

המכשיר עזר לחוקרים להגיע הביתה על גודל טוב עבור קריסטלים יהלומים. בהתחלה, הם השתמשו גבישים כי נמדד על 100 מיקרון, או 100 מיליונים של מטר על פני. הדגימות הזעירות של יהלומים ורודים דומות לחול אדום דק. לאחר בדיקה, הם מצאו כי יהלומים מדידה של 1 עד 5 מיקרון ביצע גם פעמיים.

יהלומים זעירים ניתן לייצר תהליכים כלכליים על ידי המרת גרפיט לתוך היהלום, למשל.

צוות המדענים כבר פיתח מערכת ממוזערת המשתמשת ברכיבים של מדף כדי לייצר את אור הלייזר, אנרגיית המיקרוגל והשדה המגנטי הנדרש כדי לייצר את הקיטוב בספין בדגימות היהלום, והם הגישו בקשה לפטנטים על הטכניקה ואת מערכת hyperpolarization.

"אתה יכול לחשוב על retrofitting קיימים NMR מגנטים עם אחד המערכות האלה, " אמר רפי Nazaryan, שהשתתף במחקר כחוקר לתואר ראשון במעבדה ברקלי ו UC ברקלי. אב טיפוס של עלות המערכת רק כמה אלפי דולרים, הוא ציין.

בעוד הספין הוא קצרת מועד, החוקרים אמרו כי הם בוחנים דרכים להמשיך מקטב את הדגימות, וכן חוקרים כיצד להעביר קיטוב זה נוזלים. Ajoy אמר, "אנחנו יכולים למחזר את הנוזל באופן פוטנציאלי כך שהוא זורם בלולאה סגורה, או לשמור להזריק נוזל מקוטב החדש. "

menu
menu