最近的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，一種使用量子科學(xué)的新成像技術(shù)可能會(huì)帶來新的藥物療法和治療選擇?；F盧大學(xué)的研究人員在TransformativeQuantumTechnologies的支持下，證明了核磁共振衍射(NMRd)在原子尺度上研究結(jié)晶固體晶格結(jié)構(gòu)的可行性，這一壯舉只有在更大規(guī)模的成像應(yīng)用中才有可能實(shí)現(xiàn)比如磁共振成像(MRI)。
“NMRd于1973年被提出作為一種研究材料結(jié)構(gòu)的方法，”該研究的主要作者之一、滑鐵盧量子計(jì)算研究所(IQC)的校友HolgerHaas博士說，他現(xiàn)在在IBM。“當(dāng)時(shí)，作者認(rèn)為他們的想法很荒謬而放棄了他們的想法。我們的工作非常接近于實(shí)現(xiàn)他們的這個(gè)瘋狂想法——我們已經(jīng)證明，有可能在與許多生物學(xué)相關(guān)的樣本體積上研究原子長(zhǎng)度尺度的結(jié)構(gòu)。和物理系統(tǒng)。”
“NMRd在許多研究方向上開辟了各種各樣的能力，包括研究納米晶體和有機(jī)化合物，”哈斯補(bǔ)充道。在原子尺度上對(duì)蛋白質(zhì)分子和病毒顆粒等生物結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像的能力可以促進(jìn)對(duì)其功能的理解，并可能導(dǎo)致新的藥物療法和治療選擇。
NMRd的工作原理是利用原子核中稱為自旋的特性，自旋是磁性的基本單位。當(dāng)放置在磁場(chǎng)中時(shí)，由于這種自旋，原子核基本上充當(dāng)了磁體。時(shí)變磁場(chǎng)可以擾亂自旋，改變自旋的角度——用技術(shù)術(shù)語(yǔ)來說，這被稱為在每個(gè)自旋中編碼一個(gè)相位。在特定的編碼時(shí)間，所有自旋都將指向初始方向。發(fā)生這種情況時(shí)，會(huì)觀察到衍射回波，可以測(cè)量該信號(hào)以找出樣品的晶格常數(shù)和形狀。每個(gè)原子核都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)獨(dú)特的信號(hào)，可以用來辨別分子的結(jié)構(gòu)。
實(shí)現(xiàn)原子尺度核磁共振的挑戰(zhàn)是難以在原子尺度上編碼相鄰核自旋之間的較大相對(duì)相位差，這意味著無法觀察到衍射回波。研究人員通過使用量子控制技術(shù)和產(chǎn)生大的、時(shí)間相關(guān)的磁場(chǎng)梯度克服了這一限制。有了這個(gè)，他們可以編碼和檢測(cè)兩百萬(wàn)個(gè)自旋集合中的原子尺度調(diào)制，并以亞原子精度測(cè)量樣品中自旋集合的位移。
這項(xiàng)研究代表了在建立原子尺度核磁共振作為研究材料結(jié)構(gòu)的工具方面取得了重大進(jìn)展。
SahandTabatabaei，該研究的共同負(fù)責(zé)人和博士。IQC和滑鐵盧大學(xué)物理與天文學(xué)系的學(xué)生補(bǔ)充說：“現(xiàn)在我們已經(jīng)接近能夠在原子長(zhǎng)度尺度的晶格上進(jìn)行NMRd，我們也可以真正開始研究更基礎(chǔ)的量子物理學(xué)，比如量子傳輸現(xiàn)象和原子長(zhǎng)度尺度的量子多體物理學(xué)，以前從未在這種大小的樣本上做過。”
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