Корпорация IBM сообщила о том, что ученые ее исследовательского центра Almaden Research Center продемонстрировали методику магниторезонансной визуализации (magnetic resonance imaging, MRI) для получения изображений объектов нанометрового масштаба. Это достижение впервые выводит технологию MRI на наноуровень и является важным шагом на пути создания микроскопа, способного отображать отдельные атомы в трех измерениях.
Используя метод, получивший название "магниторезонансная силовая микроскопия" (Magnetic Resonance Force Microscopy, MRFM), исследователи IBM продемонстрировали двухмерные изображения объектов с размерами приблизительно 90 нанометров. Это достижение открывает реальные перспективы получения в ближайшем будущем трехмерных изображений на молекулярно-атомном уровне. Такой уровень визуализации позволит, в частности, детально изучить функционирование белков, а это, в свою очередь, может привести к созданию новых эффективных лекарственных препаратов.
Чувствительность, которая обеспечивается с помощью метода магниторезонансной силовой микроскопии, в 60 тыс. раз превосходит этот параметр у лучших современных магниторезонансных (MRI) установок. Метод MRFM использует механизм т.н. принудительного обнаружения (force detection) для преодоления ограничения чувствительности стандартного MRI-микроскопа и получения изображений структур, которые, в противном случае, были бы слишком малы для отображения.
Для реализации этого эффекта группа исследователей разработала для своего микроскопа специальные магнитные наконечники (magnetic tip), позволяющие фиксировать влияние очень слабого магнетизма атомного ядра. Стандартный медицинский магниторезонансный прибор работает в 1000 раз более крупном размерном масштабе; разрешение даже специализированного MRI-микроскопа ограничено 3 микронами или 3000 нанометрами.
Достижение исследователей IBM может иметь огромное значение для изучения разнообразных объектов – от белков и лекарственных средств до интегральных микросхем – понимание функционирования которых требует детального знания атомной структуры. Так, например, информация о точном местоположении конкретных атомов в структурах нанометрового масштаба позволило бы ученым лучше понять процессы их функционирования. Возможность напрямую получать изображения подробной атомной структуры белков была бы полезна при разработке новых лекарств.
Исследователи IBM совершенствуют методику магниторезонансной силовой микроскопии вот уже более 10 лет. Благодаря их последнему достижению, представленному сегодня, ученые получили возможность фиксировать изображения объектов с линейными размерами всего в 103 атома – в сравнении с порогом чувствительности в 108 атомов у существующих сегодня MRI-методик. Такое повышение чувствительности позволяет распространить область применимости магниторезонансной визуализации в нанометровый диапазон. (Принято считать, что область нанометровых размеров лежит ниже 100 нм; нанометр – одна миллиардная доля метра, расстояние, приблизительно соответствующее длине цепочки из 5-10 атомов.)
Специалисты IBM Research уже внесли значительный вклад в разработку микроскопов для визуализации и изучения объектов нанометрового масштаба. В 1986 году Герд Бинниг (Gerd Binnig) и Генрих Рорер (Heinrich Rohrer) из исследовательской лаборатории IBM в Цюрихе (Zurich Research Laboratory) были удостоены Нобелевской премии за изобретение туннельного сканирующего микроскопа, позволяющего получать изображения отдельных атомов на поверхности проводника.
Статья "Nuclear magnetic resonance imaging with 90-nm resolution" ("Получение изображений с разрешением 90 нм при помощи метода ядерного магнитного резонанса"), написанная Дж. Маминым1 (H. J. Mamin), М. Поггио1,2 (M. Poggio), С.Л. Дегеном1 (C. L. Degen) и Д. Ругаром1 (D. Rugar) из исследовательского центра IBM Almaden Research Center (Сан-Хосе, штат Калифорния), входящего в состав подразделения IBM Research, и центра Center for Probing the Nanoscale при Стэнфордском университете (Stanford University) опубликована в номере журанала Nature Nanotechnology за 22 апреля.