研究人员为个体蛋白质开发核磁共振扫描仪

通过光纤传递的绿色激光激发钻石中的氮原子，导致它用红光荧光。金刚石晶格边缘处的氮原子的亮度允许从传感器表面上的样品围绕磁信号绘制的结论。斯图加特大学

研究人员团队开发了一种量子传感器，使得可以使用核磁共振扫描来调查原子的磷酸蛋白原子的结构。

核磁共振扫描仪，熟悉医院，现在非常敏感。由斯图加特大学的JörgWrachtrup教授和Max Planck Solid Solid Solid Solids研究所的研究人员开发的量子传感器，现在可以使用核磁共振扫描甚至调查Inpidual Proteins原子的结构通过原子。将来，该方法可以通过检测第一缺陷蛋白来帮助在早期诊断疾病。

许多疾病患有缺陷蛋白质的起源。随着蛋白质是重要的生化电动机，缺陷可能导致代谢中的干扰。缺陷的朊病毒导致BSE和Creutzfeldt-Jakob疾病的脑损伤，是一个例子。病理变化的朊病毒在复杂的分子结构中具有缺陷。问题：缺乏缺陷的蛋白质可以通过一种多米诺蛋白效应同样地诱导相邻的完整蛋白质中的缺陷，从而引发疾病。因此，如果医生可以检测到错误的结构，那么它将非常有用。然而，它没有迄今为止阐明一种杀菌生物分子的结构。

在“科学”发表的文章中，斯图加特的研究人员现在已经提出了一种可以在未来使用的方法，以便可靠地调查杀人生物分子。这不仅对抗疾病，而且是化学和生化基础研究。

该方法涉及小型化，因为它是从医疗工程中已知的核磁共振断层摄影（NMR），其通常称为MRI扫描在医学领域。NMR利用原子的特殊特性 - 它们的旋转。简单来说，旋转可以被认为是原子核和电子关于它们自己的轴的旋转，将颗粒转化为微小的旋转条磁体。这些磁铁的表现如何对每种类型的原子和每个化学元素的特征是特征。因此，每个颗粒以特定频率振荡。

在医疗应用中，例如，它只是在体 - 氢中检测到一种类型的原子。不同组织中的氢含量允许借助于各种对比度来区分体内的内部。

原子水平的结构分辨率

另一方面，当阐明生物分子的结构时，必须确定每个疏动原子，然后通过件通过碎片破译生物分子的结构。这里至关重要的方面是NMR探测器非常小，使得它们实现纳米尺度分辨率并且如此敏感，以至于它们可以精确地测量近分子。它超过四年前，研究人员使用JörgWrachtrup首先设计了这样一个小型NMR传感器;但是，它没有允许它们区分疏近原子。

为了实现原子级分辨率，研究人员必须能够区分它们从分子的近异味原子接收的频率信号 - 以与其特征频率相同的方式识别无线电站。由蛋白质发出的信号的频率是蛋白质旋转中原子杆磁体的频率。这些频率非常靠近，好像无线电站的传输频率都试图将自己挤出成非常窄的带宽。这是第一次研究人员在斯图加特已经实现了一种频率分辨率，它们可以区分近在的原子。

“我们开发了第一个量子传感器，可以通过足够的精度检测不同原子的频率，从而将分子分解为纯粹的原子，”JörgWrachtrup说。因此，现在可以扫描大量生物分子。作为微小NMR天线的传感器是金刚石，其具有嵌入其靠近晶体的碳晶格的氮原子。物理学家称氮原子的网站是NV中心：对于空位的氮和v，这是指在与氮原子直接相邻的金刚石晶格中的缺失的电子。这种NV中心检测位于靠近该NV中心的原子的核旋转。

简单但非常精确

刚刚测量的原子的磁矩的旋转频率被转移到NV中心中的磁矩，这可以用特殊的光学显微镜视为颜色的变化。

量子传感器实现了如此高的灵敏度，因为它可以存储原子的频率信号。对于量子传感器来说，原子频率的单一测量对于太弱，可能太嘈杂。然而，该存储器允许传感器在较长时间内存储多个频率信号，因此，以高质量的短波接收器可以清楚地解析无线电的方式非常恰当地调谐到原子的振荡频率彼此非常接近的频道。

该技术除了高分辨率外，该技术还具有其他优点：它在室温下运行，与生物化学研究中使用的其他高灵敏度NMR方法不同，它不需要真空。此外，这些其他方法通常靠近绝对零 - 减去273.16摄氏度 - 需要用氦气进行复杂的冷却。

未来应用领域：脑研究

JörgWRACHTRUP不会看到他的高分辨率量子传感器的几个应用领域。“可以想象，在将来，可以检测疾病早期阶段经过明显变化的近期蛋白质，并且已经被忽视了。”此外，Wrachtrup正在与工业公司合作，在稍大的量子传感器上，可以在将来使用，以检测大脑的弱磁场。“我们称这种传感器称为大脑读者。我们希望它将有助于我们破译大脑如何工作 - 这将是源于脑电图的传统电气设备的良好补充“ - 脑电图。对于大脑读者来说，WRACKTRUP已经与他的工业合作伙伴合作在持有者和套管上，使设备易于磨损，并在日常工作。然而，达到这一点，它至少需要十年的研究。

出版物：Nabeel Aslam等，“纳米级核磁共振，化学分辨率”，Science 01 2017年6月1日：EAAM8697; DOI：10.1126 / science.aam8697.