Puede sonar contradictorio, pero los diamantes son la clave de una nueva técnica que podría proporcionar una alternativa de muy bajo costo a los dispositivos multimillonarios de imágenes médicas y descubrimiento de fármacos.
Un equipo internacional dirigido por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab y UC Berkeley descubrió cómo explotar defectos en los diamantes a nanoescala y microescala y potencialmente mejorar la sensibilidad de la resonancia magnética MRI y la resonancia magnética nuclearNMR al tiempo que elimina la necesidad de sus imanes superconductores costosos y voluminosos.
"Este ha sido un problema sin resolver desde hace mucho tiempo en nuestro campo, y pudimos encontrar una manera de superarlo y demostrar que la solución es muy simple", dijo Ashok Ajoy, investigador postdoctoral en la División de Ciencias de Materiales en BerkeleyLab, y el Departamento de Química de la Universidad de California en Berkeley, quien fue el autor principal del estudio. "Nadie ha hecho esto antes. El mecanismo que descubrimos es completamente nuevo".
Las máquinas de resonancia magnética se emplean para localizar tumores cancerosos y ayudar en el desarrollo de planes de tratamiento, mientras que las máquinas de RMN se utilizan para examinar la estructura a escala atómica y la química de los compuestos farmacológicos y otras moléculas.
La nueva técnica, descrita en la edición del 18 de mayo de la Avances científicos diario, podría conducir al uso directo de estos pequeños diamantes para obtener imágenes biológicas rápidas y mejoradas. Los investigadores también buscarán transferir esta sintonización especial, conocida como polarización de espín, a un fluido inofensivo como el agua, e inyectar el fluido enun paciente para exploraciones de resonancia magnética más rápidas. La gran área superficial de las pequeñas partículas es clave en este esfuerzo, anotaron los investigadores.
La mejora de esta polarización de giro en los electrones de los átomos de los diamantes se puede comparar con cambiar la dirección de algunas agujas de la brújula que se enfrentan en muchas direcciones diferentes a la misma dirección. Estos giros "hiperpolarizados" podrían proporcionar un contraste más nítido para la formación de imágenes que los imanes superconductores convencionales.
"Este importante descubrimiento en la hiperpolarización de los diamantes de nano y microescala tiene enormes implicaciones científicas y comerciales", dijo Ajoy, ya que algunas de las máquinas de RMN y RMN más avanzadas pueden ser increíblemente caras y estar fuera del alcance de algunos hospitales e instituciones de investigación.
"Esto podría ayudar a expandir el mercado de resonancia magnética y resonancia magnética nuclear", dijo, y también podría reducir los dispositivos del tamaño de la sala al tamaño de la mesa de trabajo, lo que "ha sido el sueño desde el principio". Ajoy es miembro deel laboratorio de investigación Alex Pines en UC Berkeley - Pines es un científico docente superior en la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab, y pionero en el desarrollo de la RMN como herramienta de investigación.
Los científicos habían luchado para superar un problema en la orientación adecuada de los diamantes para lograr una polarización de giro más uniforme, y este problema era aún más pronunciado en las colecciones de diamantes muy pequeños que presentaban una confusión caótica de orientaciones. Esfuerzos anteriores, por ejemplo,había explorado si perforar pequeñas características en muestras de diamantes podría ayudar a controlar su polarización de rotación.
Las propiedades de hilado sintonizable en diamantes con defectos conocidos como vacantes de nitrógeno, en las cuales los átomos de nitrógeno toman el lugar de los átomos de carbono en la estructura cristalina de los diamantes, también se han estudiado para su uso potencial en la computación cuántica. En esas aplicaciones, los científicosbuscan controlar la polarización de espín de los electrones como una forma de transmitir y almacenar información como las y los ceros en el almacenamiento de datos de computadora magnética más convencional.
En el último estudio, los científicos descubrieron que al eliminar una colección de diamantes a microescala con luz láser verde, someterla a un campo magnético débil y barrer la muestra con una fuente de microondas, podrían mejorar esta propiedad de polarización de giro controlable en eldiamantes por cientos de veces en comparación con las máquinas convencionales de resonancia magnética y RMN.
Emanuel Druga, un electricista de las tiendas de I + D de la Facultad de Química de la Universidad de Berkeley de UC, ideó una gran herramienta de medición para la nueva técnica que demostró ser decisiva para confirmar y ajustar las propiedades de polarización de espín de las muestras de diamantes ". Nos permitió depuraresto en aproximadamente una semana ", dijo Ajoy.
El dispositivo ayudó a los investigadores a encontrar un buen tamaño para los cristales de diamante. Al principio, usaban cristales que medían aproximadamente 100 micras, o 100 millonésimas de pulgada de ancho. Las pequeñas muestras de diamantes rosados se asemejan a arena fina y roja.Después de las pruebas, descubrieron que los diamantes que medían entre 1 y 5 micras también funcionaban aproximadamente el doble.
Los pequeños diamantes se pueden fabricar en procesos económicos mediante la conversión de grafito en diamante, por ejemplo.
El equipo de científicos ya ha desarrollado un sistema miniaturizado que utiliza componentes listos para usar para producir la luz láser, la energía de microondas y el campo magnético requerido para producir la polarización del espín en las muestras de diamantes, y han solicitado patentes sobreLa técnica y el sistema de hiperpolarización.
"Se podría pensar en adaptar los imanes de RMN existentes con uno de estos sistemas", dijo Raffi Nazaryan, quien participó en el estudio como investigador universitario en Berkeley Lab y UC Berkeley. Los prototipos del sistema cuestan solo varios miles de dólares, anotó.
Mientras que el giro es de corta duración, los investigadores dijeron que están explorando formas de polarizar continuamente las muestras, y también están investigando cómo transferir esta polarización a los líquidos. Ajoy dijo: "Podríamos reciclar el líquido para que fluya de manera cerradabucle, o siga inyectando líquido recién polarizado "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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