Als het gaat om de basisprincipes van het maken van betere materialen - sterker maar dunner glas voor televisies of telefoonschermen, het komt bijvoorbeeld bijna altijd neer op de bouwstenen van de wetenschap. Begrijp de structuur rond een atoom, het meest elementaire stuk van elk materiaal, en misschien kun je dat materiaal ten goede veranderen.

Maar het bestuderen van atomen kan moeilijk zijn, vooral voor bepaalde elementen. Een bepaalde isotoop van zuurstof, bijvoorbeeld, is notoir lastig voor wetenschappers om te evalueren, omdat het beste hulpmiddel voor de klus - iets dat nucleaire magnetische resonantiespectroscopie wordt genoemd - de isotopen niet lang genoeg in beweging houdt om het goed te bestuderen.

"We wilden kijken naar zuurstof, maar het verkrijgen van details over zuurstofstructuren was door de jaren heen een uitdaging omdat we het collectieve gedrag van deze zuurstofisotopen niet lang genoeg konden observeren, " zei Philip Grandinetti, een professor aan de afdeling Scheikunde en Biochemie van de Ohio State University.

Zie het als een stadiongolf - als slechts één persoon de golf doet, en doet het maar een paar seconden, de golf zal niet bijzonder merkbaar zijn. Maar als iedereen in een stadion de golf doet, en houdt het een paar minuten of langer aan, het is misschien mogelijk om iets over de golf te leren, omdat je het kunt zien gebeuren en er specifieke elementen over kunt meten:de snelheid, bijvoorbeeld, of het percentage mensen dat scharlaken of grijs draagt ​​terwijl ze het doen.

Een team van onderzoekers van de staat Ohio heeft ontdekt hoe ze 'de golf' van een bepaalde isotoop van zuurstof - een van de meest voorkomende elementen op de planeet en een cruciale bouwsteen voor materialen zoals glas en keramiek - in stand kunnen houden tijdens nucleaire magnetische resonantiespectroscopie lang genoeg om iets te leren over de structuur en functie ervan.

"En als je de structuur rond zuurstof begrijpt, kun je er betere materialen van maken - beter glas, beter keramiek, " zei Grandinetti, die ook senior auteur is van een studie over de ontdekking die maandag is gepubliceerd, 28 okt. in het journaal Fysieke beoordeling B .

Om kernmagnetische resonantiespectroscopie te begrijpen, overweeg een speelgoedtop. Laat de top vallen met een beweging van je pols, en de top draait bijna loodrecht op het oppervlak waarop hij draait. Maar duw er met je vinger tegenaan, en de hoek waarover de tol draait begint te veranderen. Die verandering in hoek is iets wat wetenschappers 'precessie' noemen - en hetzelfde gebeurt met atomen die worden geëvalueerd met behulp van kernmagnetische resonantiespectroscopie.

Om deze specifieke isotoop van zuurstof te bestuderen, zuurstof 17, met behulp van een nucleaire magnetische resonantie spectroscopie machine, wetenschappers "slaan" de atomen met radiogolven, het veranderen van de hoek waarover de isotopen precessie.

Wat ze ontdekten is dat de hoek ertoe doet, speciaal voor een zuurstof 17-isotoop:precies onder de juiste hoeken, de "golf" van de isotopen duurt veel langer dan normaal. Gebruikelijk, deze "golf" duurt maar een paar milliseconden - bijna niets. Maar Grandinetti en zijn team ontdekten hoe ze de "golf" - wat ze de nucleaire magnetische resonantie coherentie levensduur noemen - van zuurstof 17 tot vijf minuten konden verlengen. Dat creëert een veel groter venster waarin wetenschappers de isotoop kunnen bestuderen. Deze levensduurverlenging leidt tot een miljoenvoudige reductie in de tijd die nodig is om een ​​O-17 NMR-meting uit te voeren.

"Dit is het soort bouwsteenwetenschap waarmee wetenschappers betere materialen kunnen ontwerpen, Grandinetti zei. "Hoe langer wetenschappers deze isotoop kunnen bestuderen, hoe meer ze erover kunnen leren. En daarna is de wereld jouw oester - je kunt beginnen te leren hoe je dit element kunt gebruiken om materialen sterker te maken, of lichter, of wat je maar wilt."