Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Posted in | Nanomedicine | Nanomaterials

Diamanter visat sig vara ett patientens bästa vän och

Published on September 22, 2009 at 7:59 PM

Diamanter, det har länge sagts, är en flickas bästa vän. Men en forskargrupp med en fysiker från National Institute of Standards and Technology (NIST) har nyligen funnit * att pärlor skulle visa sig vara en patients bästa vän också.

En kväve vakans (små cirklar) inom en diamant kristall visar löfte som en "lite" för kvantdatorer delvis på grund av dess stora känslighet för magnetfält, en känslighet som också kan möjliggöra MR-liknande studier på objekt så små som levande celler eller enstaka molekyler. När grönt ljus träffar kväve ledig, fluorescerar det röda, upptäcka variationer i denna fluorescens tillåta forskare att hämta sin information. Credit: J. Taylor, NIST

Teamets arbete har det långsiktiga målet att utveckla kvantdatorer, men det har burit frukt som kan ha mer omedelbara tillämpning i medicinsk vetenskap. Deras slutsats att en kandidat "quantum bit" har stor känslighet för magnetfält antyder att MR-liknande enheter som kan sond enskilda läkemedel molekyler och celler som lever kan vara möjligt.

Kandidaten systemet, som bildas av en kväveatom inlämnas inom en diamant kristall, är lovande inte bara för att det kan känna atomär skala variationer i magnetism, utan också för att den fungerar i rumstemperatur. De flesta andra sådana enheter antingen används i kvantmekaniska beräkningar, eller för magnetiska sensorer måste kylas till nära absoluta nollpunkten för att driva, vilket gör det svårt att placera dem nära levande vävnad. Skulle dock kunna använda kväve som en sensor eller brytare kringgå denna begränsning.

Diamant, som bildas av rent kol, har ibland minut brister inom dess kristallina gitter. En vanlig orenhet är en "kväve vakans", där två kolatomer ersättas av en enda atom av kväve och lämnar den andra kolatomen finns plats vakant. Kväve lediga platser är delvis ansvariga för diamant berömda lyster, för de är faktiskt fluorescerande: när grönt ljus träffar dem, kväveatom två hetsiga oparade elektroner lyser en lysande röd.

Teamet kan använda små variationer i denna fluorescens för att bestämma den magnetiska spinn av en enda elektron i kväve. Spin är ett stort egendom som har ett värde på antingen "upp" eller "ner", och därför kan utgöra ett eller noll i binär beräkning. I lagets senaste insats var att överföra denna kvantinformation upprepade gånger mellan kväve elektron och kärnan i närliggande kolatomer som bildar en liten krets som kan logiska operationer. Läsa ett stort lite spinn information-en grundläggande uppgift för en kvantdator-har varit en stor utmaning, men laget har visat att genom att överföra information fram och tillbaka mellan elektronen och kärnan kan informationen förstärkas, vilket gör det mycket lättare att läsa.

Ändå säger NIST teoretisk fysiker Jacob Taylor resultaten är "evolutionära, inte revolutionära" för kvantdatorer området och att den medicinska världen kan dra praktisk nytta av upptäckten långt innan en fungerande kvantdator byggs. Han föreställer sig diamantbestyckad sensorer utför magnetresonans tester på enskilda celler i kroppen, eller på enstaka molekyler läkemedelsföretag vill undersöka, ett slags magnetkamera för mikroskopisk. "Det vanligaste är tänkt att inte vara möjligt eftersom det i båda dessa fall de magnetiska fälten är så små," Taylor säger. "Men denna teknik har mycket låg toxicitet och kan göras vid rumstemperatur. Det skulle kunna titta i en enda cell och tillåta oss att visualisera vad som händer på olika platser. "

Harvard University-baserade teamet ingår även forskare från de gemensamma Quantum institutet (ett partnerskap med NIST och University of Maryland), Massachusetts Institute of Technology och Texas A & M University.

* L. Jiang, JS Hodges, JR Maze, P. Maurer, JM Taylor, GD Cory, PR Hemmer, RL Walsworth, A. Yacoby, AS Zibrov och MD Lukin. Repetitiva avläsning av en enda elektronisk spin via quantum logik med nukleära spinn ancillae. Vetenskap, DOI: 10.1126/science.1176496, publicerades online 10 September 2009.

Last Update: 7. October 2011 05:02

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit