Een studie door de Quantum Technologies for Information Science (QUTIS) groep van de UPV/EHU's Department of Physical Chemistry, heeft een reeks protocollen voor kwantumsensoren gemaakt waarmee met een minimale hoeveelheid straling beelden kunnen worden verkregen door middel van kernmagnetische resonantie van afzonderlijke biomoleculen. De resultaten zijn gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven .

Kernmagnetische resonantie (NMR) heeft een verscheidenheid aan toepassingen, zoals medische beeldvorming, neurowetenschap en detectie van drugs en explosieven. Met behulp van kwantumsensoren, NMR is aangepast om te werken in het nanoschaalregime, waar het de potentie heeft om disciplines zoals life sciences, biologie en geneeskunde, en om metingen van onvergelijkbare precisie en gevoeligheid te leveren.

"We verwachten dat de combinatie van kwantumsensoren en dynamische ontkoppelingstechnieken NMR-beeldvorming van afzonderlijke biomoleculen mogelijk maakt, " schrijven auteurs Dr. Jorge Casanova en Ikerbaskische professor Enrique Solano. Deze kwantumversterkte NMR "zal chemische verschuivingen in kleine picolitermonsters kunnen oplossen, het produceren van biosensoren met een ongeëvenaarde gevoeligheid en het verschaffen van nieuwe inzichten in de structuur, dynamiek, en functie van biomoleculen en biologische processen."

Een fundamenteel hulpmiddel om de gevoeligheid van NMR-opstellingen te verbeteren, is het toepassen van grote magnetische velden "die onze monsters polariseren, het signaal versterken en de coherentie vergroten, " schrijven ze. Deze strategie wordt gebruikt, bijvoorbeeld, bij MRI, waarin het menselijk lichaam wordt blootgesteld aan grote magnetische velden die worden opgewekt door supergeleidende spoelen. Echter, zij merken op, er zijn problemen bij het koppelen van deze monsters met kwantumsensoren, "omdat onze monsters veel sneller kunnen oscilleren dan onze sensor kan volgen."

In het werk gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , de auteurs ontwikkelden een protocol waarmee een kwantumsensor de nucleaire en elektronische spins in willekeurige monsters kan meten, zelfs als ze plaatsvinden in grote magnetische velden. Deze methoden gebruiken een microgolfstraling met een laag vermogen om het energieverschil tussen hun sensor en het monster te overbruggen.

"Het protocol is robuust en vereist minder energie dan eerdere technieken. Dit breidt niet alleen het werkingsregime van de sensor uit tot sterkere magnetische velden, maar voorkomt ook de verwarming van biologische monsters die het gevolg zou zijn bij het gebruik van conventionele protocollen en microgolfvermogens. Als gevolg hiervan, dit werk opent een nieuwe onderzoekslijn en maakt de weg vrij voor het veilige gebruik van NMR op nanoschaal bij de studie van biologische monsters en grote biomoleculen, " schrijven de auteurs.