Mikroskopie magnetické rezonanční síly - Magnetic resonance force microscopy

Mikroskopie magnetické rezonanční síly (MRFM) je zobrazovací technika, která získává obrazy magnetické rezonance (MRI ) v nanometrických měřítcích a v budoucnu možná v atomových měřítcích. MRFM je potenciálně schopen pozorovat protein struktury, které nelze vidět pomocí Rentgenová krystalografie a proteinová nukleární magnetická rezonanční spektroskopie. Detekce magnetické točení jediného elektron byla prokázána pomocí této techniky. The citlivost současného MRFM mikroskopu je 10 miliardkrát větší než lékařské MRI používané v nemocnicích.

Základní princip

Koncept MRFM kombinuje myšlenky magnetická rezonance (MRI) a mikroskopie atomové síly (AFM). Konvenční MRI používá indukční cívku jako anténa snímat rezonanční jaderná nebo elektronická otočení v a magnetické pole spád. MRFM používá a konzola hrot s feromagnetický (železný kobalt) částice k přímé detekci modulované síly gradientu odstřeďování mezi rotacemi vzorku a špičkou. Magnetická částice je charakterizována pomocí techniky konzolová magnetometrie. Když se feromagnetický hrot pohybuje blízko vzorku, přitahují se k němu atomové točení atomů a vytvářejí na konzolu malou sílu. Otočení se poté opakovaně převracejí, což způsobí, že konzola se synchronním pohybem jemně kymácí tam a zpět. Tento posun se měří pomocí interferometr (laserový paprsek) k vytvoření série 2-D obrazů vzorku, které jsou kombinovány pro generování 3-D obrazu. Interferometr měří rezonanční frekvenci konzoly. Menší feromagnetické částice a měkčí konzoly zvyšují odstup signálu od šumu. Na rozdíl od přístupu indukční cívky se citlivost MRFM příznivě stupňuje, protože se zmenšují rozměry zařízení a vzorku.

Protože poměr signálu k šumu je nepřímo úměrný velikosti vzorku, Brownův pohyb je primárním zdrojem hluku v měřítku, ve kterém je MRFM užitečné. Proto jsou zařízení MRFM kryogenicky chlazený. MRFM byl speciálně navržen tak, aby určil strukturu bílkoviny in situ.

Milníky

Základní principy zobrazování MRFM a teoretická možnost této technologie byly poprvé popsány v roce 1991.[1] První snímek MRFM byl pořízen v roce 1993 na IBM Výzkumné centrum Almaden s vertikálním rozlišením 1 μm a bočním rozlišením 5 μm s použitím hromadného vzorku paramagnetické látka difenylpikrylhydrazyl.[2] Dosáhlo se prostorového rozlišení nanometr - měřítko v roce 2003.[3] Detekce magnetického otáčení jediného elektronu byla dosažena v roce 2004.[4] V roce 2009 vědci z IBM a Stanfordu oznámili, že dosáhli rozlišení lepšího než 10 nanometrů zobrazováním částic viru tabákové mozaiky na nanometrovou vrstvu adsorbovaných uhlovodíků.[5]

Reference

  1. ^ J. A. Sidles (1991). "Neinduktivní detekce jednoprotonové magnetické rezonance". Aplikovaná fyzikální písmena. 58: 2854–6. Bibcode:1991ApPhL..58.2854S. doi:10.1063/1.104757.
  2. ^ O. Zuger a D. Rugar (1993). "První snímky ze silového mikroskopu s magnetickou rezonancí". Aplikovaná fyzikální písmena. 63: 2496–8. Bibcode:1993ApPhL..63.2496Z. doi:10.1063/1.110460.
  3. ^ S. Chao; W. Dougherty; J. Garbini; J. Sidles (2003). „Zobrazování magnetickou rezonancí v měřítku nanometrů“. Recenze vědeckých přístrojů. 75: 1175–81. Bibcode:2004RScI ... 75.1175C. doi:10.1063/1.1666983.
  4. ^ D. Rugar; R. Budakian; H. Mamin; B. Chui (2004). Msgstr "Detekce jednoho otáčení pomocí mikroskopie magnetické rezonanční síly". Příroda. 430 (6997): 329–32. Bibcode:2004 Natur.430..329R. doi:10.1038 / nature02658. PMID  15254532.
  5. ^ C. L. Degen; M. Poggio; H. J. Mamin; C. T. Rettner a D. Rugar (2009). „Zobrazování magnetickou rezonancí v nanoměřítku“. PNAS. 106 (5): 1313–7. Bibcode:2009PNAS..106.1313D. doi:10.1073 / pnas.0812068106. PMC  2628306. PMID  19139397.

externí odkazy