•Notícia
Compartir
La recerca s'ha publicat a la revista científica ‘Nature Nanotech’ i ha estat destacada a ‘Nature’
Àtoms artificials per realitzar ressonàncies magnètiques en cèl·lules
Investigadors de l'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) –institut universitari adscrit a la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC)–, en col·laboració amb el Consell Superior de Recerques Científiques (CSIC) i la Universitat Macquarie d'Austràlia, han desenvolupat una nova tècnica, similar a la ressonància magnètica però amb una resolució i sensibilitat molt major, que permet escanejar cèl·lules individuals a escala molecular.
13/02/2013
En l'article Three-dimensional optical manipulation of a single electron spin, publicat a la revista Nature Nanotech i destacat per Nature, el grup d'investigadors liderat per l'investigador de l’ICFO Romain Quidant explica com ha aconseguit utilitzar àtoms artificials, partícules nanomètriques de diamant dopat amb una impuresa de nitrogen, per poder sondejar camps magnètics molt febles, com els generats en algunes molècules biològiques.
La ressonància magnètica convencional registra els camps magnètics dels nuclis atòmics del nostre cos que han estat prèviament excitats per un camp electromagnètic extern. Segons la resposta del conjunt de tots aquests àtoms podem monitoritzar i diagnosticar l'evolució de certes malalties. No obstant això, aquesta tècnica de diagnòstic convencional té una resolució mil·limètrica. Els objectes més petits no tenen suficients àtoms com per poder observar el senyal de resposta.
La innovadora tècnica proposada pel grup de Romain Quidant millora significativament la resolució fins a l'escala nanomètrica (1.000.000 vegades major que la mil·limètrica), fent possible mesurar camps magnètics molt febles, com els que creen les proteïnes. “El nostre mètode obre la porta a poder realitzar ressonàncies magnètiques a cèl·lules aïllades, obtenint una nova font d'informació per entendre millor els processos intra-cel·lulars i poder diagnosticar malalties a aquesta escala” explica Michael Geiselmann, investigador de l’ICFO que va realitzar l'experiment. Fins ara només era possible arribar a aquesta resolució en el laboratori, utilitzant àtoms individuals a temperatures properes al zero absolut (al voltant de -273 graus centígrads).
Els àtoms individuals són estructures molt sensibles al seu entorn i tenen una gran capacitat per detectar els camps electromagnètics propers. El problema que presenten és que són tan petits i volàtils que necessitem refredar-los a temperatures properes al zero absolut per poder manipular-los. Aquest procés és molt complex i requereix un entorn molt restrictiu que fa inviable les seves possibles aplicacions mèdiques. No obstant això, els àtoms artificials utilitzats per l'equip de Quidant estan formats per una impuresa de nitrogen capturada dins d'un petit cristall de diamant. “Aquesta impuresa té la mateixa sensibilitat que un àtom individual però és molt estable a temperatura ambient gràcies al seu encapsulament. Aquesta closca de diamant ens permet manejar la impuresa de nitrogen en un entorn biològic i, per tant, ens permet escanejar cèl·lules” argumenta Quidant.
Per poder atrapar i manipular aquests àtoms artificials els investigadors utilitzen llum làser. El làser funciona com una pinça capaç de dirigir-los per sobre de la superfície de l'objecte a estudiar i així rebre la informació dels petits camps magnètics que ho conformen.
L'aparició d'aquesta nova tècnica podria revolucionar el camp del diagnòstic mèdic per imatge, ja que optimitza substancialment la sensibilitat de l'anàlisi clínica i, per tant, millora la possibilitat de detectar malalties amb més antelació i tractar-les amb més èxit.
Aquesta recerca ha estat possible gràcies al suport de la Fundació Privada Cellex Barcelona.
Sobre l’ICFOL'Institut de Ciències Fotòniques (ICFO) va ser creat el 2002 per la Generalitat de Catalunya i la UPC, com a centre de recerca d'excel·lència dedicat a l'estudi de les ciències i tecnologies de la llum, al més alt nivell internacional. En reconeixement a l'excel·lència en la recerca, el Ministeri de Ciència i Innovació ha concedit a l’ICFO l'acreditació Sever Ochoa. El centre té una triple missió: recerca de frontera, formació de científics i tecnòlegs, i transferència de coneixement i tecnologia.
La seva recerca està orientada a programes dirigits a aplicacions de la llum en salut, en les ciències de la vida, la nanomedicina, en energies renovables, en tecnologies de la informació, la seguretat i els processos industrials, entre uns altres. El centre acull 250 investigadors i estudiants de doctorat que treballen en 60 laboratoris situats en un edifici de 14.000 m2, en el Parc Mediterrani de la Tecnologia, a Castelldefels, a l'àrea metropolitana de Barcelona.
La ressonància magnètica convencional registra els camps magnètics dels nuclis atòmics del nostre cos que han estat prèviament excitats per un camp electromagnètic extern. Segons la resposta del conjunt de tots aquests àtoms podem monitoritzar i diagnosticar l'evolució de certes malalties. No obstant això, aquesta tècnica de diagnòstic convencional té una resolució mil·limètrica. Els objectes més petits no tenen suficients àtoms com per poder observar el senyal de resposta.
La innovadora tècnica proposada pel grup de Romain Quidant millora significativament la resolució fins a l'escala nanomètrica (1.000.000 vegades major que la mil·limètrica), fent possible mesurar camps magnètics molt febles, com els que creen les proteïnes. “El nostre mètode obre la porta a poder realitzar ressonàncies magnètiques a cèl·lules aïllades, obtenint una nova font d'informació per entendre millor els processos intra-cel·lulars i poder diagnosticar malalties a aquesta escala” explica Michael Geiselmann, investigador de l’ICFO que va realitzar l'experiment. Fins ara només era possible arribar a aquesta resolució en el laboratori, utilitzant àtoms individuals a temperatures properes al zero absolut (al voltant de -273 graus centígrads).
Els àtoms individuals són estructures molt sensibles al seu entorn i tenen una gran capacitat per detectar els camps electromagnètics propers. El problema que presenten és que són tan petits i volàtils que necessitem refredar-los a temperatures properes al zero absolut per poder manipular-los. Aquest procés és molt complex i requereix un entorn molt restrictiu que fa inviable les seves possibles aplicacions mèdiques. No obstant això, els àtoms artificials utilitzats per l'equip de Quidant estan formats per una impuresa de nitrogen capturada dins d'un petit cristall de diamant. “Aquesta impuresa té la mateixa sensibilitat que un àtom individual però és molt estable a temperatura ambient gràcies al seu encapsulament. Aquesta closca de diamant ens permet manejar la impuresa de nitrogen en un entorn biològic i, per tant, ens permet escanejar cèl·lules” argumenta Quidant.
Per poder atrapar i manipular aquests àtoms artificials els investigadors utilitzen llum làser. El làser funciona com una pinça capaç de dirigir-los per sobre de la superfície de l'objecte a estudiar i així rebre la informació dels petits camps magnètics que ho conformen.
L'aparició d'aquesta nova tècnica podria revolucionar el camp del diagnòstic mèdic per imatge, ja que optimitza substancialment la sensibilitat de l'anàlisi clínica i, per tant, millora la possibilitat de detectar malalties amb més antelació i tractar-les amb més èxit.
Aquesta recerca ha estat possible gràcies al suport de la Fundació Privada Cellex Barcelona.
Sobre l’ICFO
La seva recerca està orientada a programes dirigits a aplicacions de la llum en salut, en les ciències de la vida, la nanomedicina, en energies renovables, en tecnologies de la informació, la seguretat i els processos industrials, entre uns altres. El centre acull 250 investigadors i estudiants de doctorat que treballen en 60 laboratoris situats en un edifici de 14.000 m2, en el Parc Mediterrani de la Tecnologia, a Castelldefels, a l'àrea metropolitana de Barcelona.
+ informació:
Article "Three-dimensional optical manipulation of a single electron spin", publicat a Nature Nanotech per Michael Geiselmann, Mathieu L. Juan, Jan Renger, Jana M. Say, Louise J. Brown, F. Javier García de Abajo, Frank Koppens i Romain Quidant.
Article "Three-dimensional optical manipulation of a single electron spin", publicat a Nature Nanotech per Michael Geiselmann, Mathieu L. Juan, Jan Renger, Jana M. Say, Louise J. Brown, F. Javier García de Abajo, Frank Koppens i Romain Quidant.
Segueix-nos a Twitter
