Na een decennium van plannen, ontwerpen en bouwen, het in Florida State University gevestigde National High Magnetic Field Laboratory heeft nu de sterkste magneet ter wereld voor nucleaire magnetische resonantie (NMR) spectroscopie, een krachtige techniek om moleculaire structuren in eiwitten en materialen te bestuderen.

Het technische wonder van 33 ton, genaamd de serie verbonden hybride (SCH) magneet, brak deze week met succes het record tijdens een reeks tests uitgevoerd door MagLab-ingenieurs en wetenschappers.

Het instrument bereikte dinsdagmiddag zijn volledige veld van 36 tesla. Tesla is een eenheid van magnetische veldsterkte. Bijvoorbeeld, een sterke koelkastmagneet is 0,01 tesla, en een typische MRI-machine is 1,5 tot 3 tesla.

De mijlpaal bustes openen een deur naar ontdekking, waardoor de hoogste magnetische velden niet alleen beschikbaar zijn voor natuurkundigen, maar Voor de eerste keer, ook voor biologen en chemici. Het was de bekroning van 10 jaar, meer dan 120, 000 manuren en $ 18,7 miljoen van de National Science Foundation en de staat Florida.

"Deze prestatie weerspiegelt een enorme hoeveelheid technologische ontwikkeling, " zei directeur van Magnet Science and Technology Mark Bird. Bird, die toezicht heeft gehouden op 20 unieke magneetprojecten in het lab, noemde de SCH "een van de meest gecompliceerde magneten ooit gebouwd in het MagLab, een bewijs van een geweldig team dat met grote vastberadenheid werkt."

Wat de SCH uniek maakt, is dat hij een zeer hoog magnetisch veld kan creëren dat ook nog eens van zeer hoge kwaliteit is. Voor magneten, kwaliteit betekent een veld dat constant blijft, zowel over de tijd die nodig is om een ​​experiment uit te voeren als over de ruimte waarin het experiment in de magneet plaatsvindt. In tegenstelling tot het meeste natuurkundig onderzoek dat in magneten wordt gedaan, NMR vereist velden die zeer stabiel en homogeen zijn.

Bij 36 tesla, de SCH is meer dan 40 procent sterker dan de vorige NMR-magneet met wereldrecord (de MagLab's Keck-magneet) en meer dan 50 procent krachtiger dan de NMR-magneet met het hoogste veld met hoge resolutie, een 23,5 tesla-systeem in Lyon, Frankrijk.

Bij NMR, wetenschappers gebruiken magneten en radiogolven om een ​​specifiek element (meestal waterstof) in eiwitten en andere monsters te lokaliseren, die hen helpt die complexe structuren te achterhalen. Een krachtige techniek in gezondheidsonderzoek, wetenschappers gebruiken het, bijvoorbeeld, om de kwetsbaarheid van een virus voor drugs vast te stellen.

Bestaande NMR-magneten zijn beperkt tot het lokaliseren van slechts een handvol elementen, met name waterstof, koolstof en stikstof. Het 36-tesla-veld van de SCH kan een revolutie teweegbrengen in NMR omdat het de gevoeligheid van het instrument aanzienlijk verhoogt, uitbreiden van het menu van elementen die wetenschappers kunnen zien.

"Er zal een reële toename zijn in het bereik van NMR in het periodiek systeem, " zei Tim Kruis, die toezicht houdt op NMR-onderzoek op het FSU-hoofdkwartier van MagLab. "Dus we zullen naar veel meer elementen kunnen kijken dan we in het verleden echt hebben kunnen doen."

Zink, koper, aluminium, nikkel en gadolinium - allemaal interessant voor onderzoek naar batterijen en andere materialen - zullen nu waarneembaar zijn met behulp van de SCH. Maar voor de meeste biologen de echte prijs zal zuurstof zijn.

"Zuurstof is waar zoveel biologische chemie plaatsvindt, "Kruis zei "en tot de SCH, we hebben er gewoon niet naar kunnen kijken."

Met de nieuwe magneet kunnen onderzoekers ook de veldsterkte variëren en relatief eenvoudig overschakelen van het onderzoeken van het ene element in een monster naar het andere, waarmee ze meer en betere gegevens kunnen verzamelen.