Установки магнитно-резонансной томографии (МРТ) являются достаточно мощным инструментом, позволяющим медикам заглянуть внутрь человеческого тела и произвести диагностику различных заболеваний. Однако, группа исследователей из Канады и США продемонстрировала, что такая же самая технология может позволить ученым увидеть и очень маленькие вещи, такие, как отдельные молекулы. Разработанная ими МРТ-технология имеет высочайшую разрешающую способность, составляющую менее двух нанометров, что эквивалентно ширине молекулы ДНК.
Для получения высокого разрешения исследователи использовали новый специальный генератор магнитного поля и импульс лазерного света, который позволяет выделить некоторые свойства ядер атомов и управлять этими свойствами во время проведения съемки. Все это напоминает использование красителя, микроскопа и пинцета в технологии обычной оптической микроскопии, но в данном случае это работает в гораздо меньшем масштабе, позволяющем изучать свойства молекул биологических образцов и других микроскопических систем.
Технология МРТ позволяет получать изображения, используя эффект магнитного ядерного резонанса. Ядра некоторых атомов поглощают и повторно излучают радиоволны, находясь в среде сильного магнитного поля. Каждый из видов атомов излучает радиоволны с определенной длиной волны и в этих волнах заключена дополнительная информации о конфигурации электрических полей, окружающих этот атом. Использование МРТ-технологии на уровне отдельных атомов позволит проверить идентичность и изучить структуру молекул в мельчайших деталях, что, в свою очередь, позволит изучать работу таких сложных образований, как белки.
Как уже упоминалось выше, новая МРТ-технология работает за счет использования специального источника магнитного поля CFFGS (current-focusing field gradient source), который вырабатывает магнитное поле, градиент которого изменяется достаточно сильно с изменением расстояния. Это позволяет исследователям идентифицировать вторичное радиоизлучение от отдельных ядер атомов и получить высокоточные данные о том, из какого места пространства прибыли радиоволны. В этом деле используется сильно сфокусированный луч лазерного света, который и обеспечивает наноразмерную разрешающую способность, позволяет отделить полезный сигнал от помех, возникающих в результате влияния изменений магнитной составляющей окружающей среды.
К сожалению, съемка при помощи новой МРТ-технологии производится сейчас только в двух пространственных измерения. Но это не является проблемой, исследовательская группа уже подала патентную заявку на еще более новый метод, который позволяет вести съемку и в трех пространственных измерениях. Помимо этого, все эксперименты проводились при температуре в 4 Кельвина, при температуре, когда снимаемая молекула была полностью лишена возможности двигаться. Но в будущем исследователи планируют решить данный вопрос, и если им удастся поднять температуру, при которой проводится съемка, то при помощи новой технологии можно будет изучать динамику молекул и их превращений.
Однако, новая МРТ-технология, работающая в режиме статической съемки, может использоваться на практике для изучения и оптимизации структуры полупроводниковых приборов, другой электроники, микроэлектромеханических систем и массы других вещей микроскопического масштаба.
