Кіріспе

Бейнелеу техникасы. Магниттік резонанстық күш микроскопиясы (MRFM) – нанометрлік, ал болашақта атомдық масштабта магниттік резонанстық бейнелерді (МРТ) алуға мүмкіндік беретін бейнелеу техникасы. MRFM рентгендік кристаллография және белоктердің ядролық магниттік резонанс спектроскопиясымен көруге болмайтын белок құрылымдарын байқауға потенциалды мүмкіндік береді. Осы техниканы қолдану арқылы жеке электронның магниттік спинінің анықталуы көрсетілді. Қазіргі MRFM микроскопының сезімталдығы ауруханаларда қолданылатын медициналық МРТ-дан 10 миллиард есе артық.

Негізгі принцип

МРФМ тұжырымдамасы магниттік резонанстық томография (МРТ) және атомдық күш микроскопиясы (АФМ) идеяларын біріктіреді. Дәстүрлі МРТ магнит өрісі градиентіндегі резонанстық ядролық немесе электрондық спиндерді сезу үшін индукциялық катушканы антенна ретінде пайдаланады. MRFM үлгі спиндері мен ұшы арасындағы өзгермелі спин градиенті күшін тікелей анықтау үшін ферромагниттік (темір-кобальт) бөлшегі бар консольді қолданады. Магниттік бөлшек консольдік магнитометрия әдісімен сипатталады. Ферромагниттік ұш үлгіге жақындағанда, атомдардың ядролық спиндері оған тартылып, консольге аз күш түсіреді. Содан кейін спиндер қайталап аударылады, бұл консольдің синхронды қозғалыспен алға-артқа иілуіне себеп болады. Бұл орын ауыстыру интерферометрмен (лазер сәулесімен) өлшенеді, нәтижесінде үлгінің 2D суреттерінің сериясы жасалады, олар 3D суретті құру үшін біріктіріледі. Интерферометр консольдің резонанстық жиілігін өлшейді. Кішкентай ферромагниттік бөлшектер мен жұмсақ консольдер сигнал-шу қатынасын жақсартады. Индукциялық катушка тәсілінен айырмашылығы, MRFM сезімталдығы құрылғы мен үлгі өлшемдері кішірейгенде жақсарады. Сигнал-шу қатынасы үлгі өлшеміне кері пропорционал болғандықтан, Браун қозғалысы MRFM тиімді болатын масштабтағы шудың басты көзі болып табылады. Сондықтан MRFM құрылғылары криогендік түрде салқындатылады. MRFM протеиндердің құрылымын in situ анықтау үшін әзірленген.

Басты оқиғалар

МРФМ бейнелеудің негізгі принциптері мен осы технологияның теориялық мүмкіндігі алғаш рет 1991 жылы сипатталды. Алғашқы МРФМ суреті 1993 жылы IBM Almaden Research Center-де 1 мкм тік және 5 мкм көлденең ажыратымдылығымен, парамагниттік зат – дифенилпикрилгидразилдің үлкен үлгісін қолдану арқылы алынды. 2003 жылы кеңістіктік ажыратымдылық нанометрлік деңгейге жетті. 2004 жылы жеке электронның магниттік спинін анықтау мүмкіндігіне қол жеткізілді. 2009 жылы IBM және Стэнфорд ғалымдары 10 нанометрден жоғары ажыратымдылыққа қол жеткізгендерін хабарлады, осы арқылы адсорбталған көмірсутектердің нанометрлік қалың қабатында темекі мозаикасы вирусының бөлшектерін бейнеледі.