Onderzoekers van het Instituut voor Fotonische Wetenschappen (ICFO), in samenwerking met de CSIC en Macquarie University in Australië, een nieuwe techniek hebben ontwikkeld, vergelijkbaar met de MRI, maar met een veel hogere resolutie en gevoeligheid, die de mogelijkheid heeft om individuele cellen te scannen.

In een artikel gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie , en gemarkeerd door Natuur , ICFO prof. Romain Quidant legt uit hoe dit met kunstmatige atomen tot stand is gekomen, diamant nanodeeltjes gedoteerd met stikstof onzuiverheid, om zeer zwakke magnetische velden te onderzoeken, zoals die gegenereerd in sommige biologische moleculen.

De conventionele MRI registreert de magnetische velden van atoomkernen in ons lichaam die eerder zijn geëxciteerd door een extern elektromagnetisch veld. De collectieve respons van al deze atomen maakt het mogelijk om de evolutie van bepaalde ziekten te diagnosticeren en te volgen. Echter, deze conventionele techniek heeft een diagnostische resolutie op millimetrische schaal. Kleinere objecten geven niet genoeg signaal om te meten.

De innovatieve techniek voorgesteld door de groep onder leiding van Dr. Quidant verbetert de resolutie aanzienlijk op nanometerschaal (bijna een miljoen keer kleiner dan de millimeter), waardoor het mogelijk is om zeer zwakke magnetische velden te meten, zoals die gemaakt door eiwitten. "Onze aanpak opent de deur voor het uitvoeren van magnetische resonanties op geïsoleerde cellen, wat nieuwe informatiebronnen zal bieden en ons in staat zal stellen de intracellulaire processen beter te begrijpen, niet-invasieve diagnose mogelijk maken, " legt Michael Geiselmann uit, ICFO-onderzoeker die het experiment uitvoerde. Tot nu, het is alleen mogelijk geweest om deze resolutie in het laboratorium te bereiken, met behulp van individuele atomen bij temperaturen dicht bij het absolute nulpunt.

Individuele atomen zijn structuren die zeer gevoelig zijn voor hun omgeving, met een groot vermogen om nabijgelegen elektromagnetische velden te detecteren. De uitdaging die deze atomen bieden, is dat ze zo klein en vluchtig zijn dat ze, om gemanipuleerd te kunnen worden, ze moeten worden afgekoeld tot temperaturen rond het absolute nulpunt. Dit complexe proces vereist een omgeving die zo beperkend is dat het individuele atomen onhaalbaar maakt voor mogelijke medische toepassingen. Kunstmatige atomen die door Quidant en zijn team worden gebruikt, worden gevormd door een stikstofverontreiniging die is gevangen in een klein diamantkristal. "Deze onzuiverheid heeft dezelfde gevoeligheid als een individueel atoom, maar is zeer stabiel bij kamertemperatuur vanwege de inkapseling. Deze diamanten schaal stelt ons in staat om de stikstofverontreiniging in een biologische omgeving aan te pakken en, daarom, stelt ons in staat om cellen te scannen", stelt Dr. Quidant.

Om deze kunstmatige atomen te vangen en te manipuleren, onderzoekers gebruiken laserlicht. De laser werkt als een pincet, leidt de atomen boven het oppervlak van het object om informatie uit zijn kleine magnetische velden te bestuderen en te extraheren.

De opkomst van deze nieuwe techniek kan een revolutie teweegbrengen op het gebied van medische beeldvorming, waardoor een aanzienlijk hogere gevoeligheid in klinische analyse mogelijk is, een verbeterde capaciteit voor vroege opsporing van ziekten, en dus een grotere kans op een succesvolle behandeling.