Físicos da Universidade de Basel e do Swiss Nanoscience Institute foram capazes de mostrar pela primeira vez que os spins nucleares de moléculas individuais podem ser detectados com a ajuda de partículas magnéticas em temperatura ambiente. No Nature Nanotechnology , os pesquisadores descrevem uma nova configuração experimental com a qual os minúsculos campos magnéticos dos spins nucleares de biomoléculas únicas - indetectáveis até agora - puderam ser registrados pela primeira vez. O conceito proposto melhoraria os diagnósticos médicos, bem como as análises de amostras biológicas e químicas, em um avanço decisivo.
A medição de spins nucleares agora é rotina em diagnósticos médicos (MRI). Contudo, os dispositivos atualmente existentes precisam de bilhões de átomos para a análise e, portanto, não são úteis para muitas aplicações de pequena escala. Ao longo de muitas décadas, cientistas de todo o mundo têm se engajado em uma busca intensa por métodos alternativos, o que melhoraria a sensibilidade das técnicas de medição.
Com a ajuda de vários tipos de sensores (sensores SQUID e Hall) e microscópios de força de ressonância magnética, tornou-se possível detectar spins de elétrons únicos e obter resolução estrutural em nanoescala. Contudo, a detecção de spins nucleares únicos de amostras biológicas complexas - o Santo Graal no campo - não foi possível até agora.
Cristais de diamante com pequenos defeitos
Os pesquisadores de Basel agora investigam a aplicação de sensores feitos de diamantes que hospedam pequenos defeitos em sua estrutura cristalina. Na estrutura cristalina do diamante, um átomo de carbono é substituído por um átomo de nitrogênio, com um local vago próximo a ele. Esses centros chamados de vacância de nitrogênio (NV) geram spins, que são ideais para detecção de campos magnéticos. Em temperatura ambiente, pesquisadores demonstraram experimentalmente em muitos laboratórios antes que, com tais centros NV, a resolução de moléculas individuais é possível. Contudo, isso requer distâncias atomisticamente próximas entre o sensor e a amostra, o que não é possível para o material biológico.
Uma minúscula partícula ferromagnética, colocado entre a amostra e o centro NV, pode resolver este problema. De fato, se o spin nuclear da amostra for conduzido a uma frequência de ressonância específica, a ressonância das mudanças de partículas ferromagnéticas. Com a ajuda de um centro NV que está próximo da partícula magnética, os cientistas podem então detectar essa ressonância modificada.
Medindo o avanço da tecnologia?
As análises teóricas e técnicas experimentais dos pesquisadores das equipes do Prof. Daniel Loss e do Prof. Patrick Maletinsky mostraram que o uso dessas partículas ferromagnéticas pode levar a uma amplificação de dez mil vezes do campo magnético dos spins nucleares. "Estou confiante de que nosso conceito logo será implementado em sistemas reais e levará a um avanço na metrologia, "comenta Daniel Loss na publicação recente, onde o primeiro autor Dr. Luka Trifunovic, pós-doutorado na equipe de perdas, fez contribuições essenciais e que foi realizado em colaboração com colegas do JARA Institute for Quantum Information (Aachen, Alemanha) e a Universidade de Harvard (Cambridge).
