Вібруючі вуглецеві нанотрубки уможливлять магнітно-резонансну томографію атомарного масштабу

В організмі один маленький об`єкт може стати джерелом великих неприємностей.

Втім, великими їм бути необов`язково.

Хоча великі пухлини починаються з однієї клітини, згустки крові можуть в мозку бути незначними, мініатюрна група нейронів може викликати проблеми з розповсюдженням сигналів, а крихітні кісти можуть об`єднатися і заподіяти великі неприємності.

В даний час людство має досить потужними інструментами для неінвазивного сканування організму, які кілька десятиліть тому здавалися б вигадкою фантастів. І все ж, їх здатність бачити поки не безмежна.

Вершина медичного сканування - магнітно-резонансна томографія, що поєднує в собі непогане дозвіл, здатність визначення різних видів тканин і мала кількість випромінюваної радіації. Природно, «непогане» дозвіл не є межею мрій медиків, сягаючи як і раніше в міліметрах. Дослідники з Інституту фотонних Наук взялися подолати перешкоди на шляху до більш високій роздільній здатності МРТ-сканування.

Їх рішення, опубліковане в журналі Nature Nanotechnology, використовує сили майбутнього «Месії» майже безлічі високотехнологічних секторів промисловості - вуглецеві нанотрубки. На цей раз буде використовуватися їх здатність вібрувати під впливами настільки малими, що їх можна вважати чи існуючими.

Говорячи коротко, МРТ поміщає тіло в сильне магнітне поле, яке змушує протони впорядковувати свій спін. Коли поле зникає, молекули повертаються до своїх низькоенергетичним орбітах, при цьому вивільняючи певну кількість енергії. Ця енергія збирається, пропускається через алгоритм обробки зображення і перед нами постає вид власних нутрощів.

Однак, що вивільняється енергія пропорційна кількості, необхідній для утримання молекул на орбітах, розділеному на число їх атомів. Для вирішення таке рівняння є проблемою, оскільки фіксуватися може тільки енергія, яку випромінює одночасно безліччю атомів. Одна молекула H2O не віддає майже нічого, але мільярди на просторі в кілька міліметрів виділяють енергію, які можуть зафіксувати прилади, наприклад, інфрачервоний приймач. Надчутливі вуглецеві нанотрубки можуть вібрувати як «струна гітари» під дією дуже малих сил.

Щоб оцінити масштаби енергій, дослідник Адріан Бачтолд (Adrian Bachtold) використовує для порівняння гравітаційні сили. Змусити вібрувати вуглецеві нанотрубки здатна сила, еквівалентна гравітаційному впливу, яке тіло людини надає на іншу людину, що знаходиться на відстані 4800 км. Настільки точні вимірювання вимагають використання електроніки з низьким рівнем шуму і, як у випадку інших форм високорівневою спектроскопії, температур близьких до абсолютного нуля, близько 1,5 К.

Нанотрубки володіють товщиною всього в один атом, так що їх «коливання» представляють собою Броунівський рух, температурні вібрації, які не схожі на рух в звичному розумінні.

В ідеальному випадку така техніка дозволила б отримати дозвіл атомного рівня, але на практиці це малоймовірно. Реальне відображення такої детальної інформації зажадає величезних комп`ютерних мощностей- до того ж, корисної інформації серед загального її кількості не так і багато. До того ж вельми складно націлюватися саме на потрібний об`єкт, оперуючи атомними масштабами. Середнього дозволу між нинішнім і гіпотетично можливим буде цілком достатньо для вирішення практичних завдань. Пошук крихітних кровоносних судин, окремих клітин, або навіть окремих органічних елементів всередині однієї клітини - всі вони складаються з мільйонів і мільярдів, а не одного, атомів.

Дана технологія не буде замість повністю звичну магнітно-резонансну томографію. Наявна МРТ працює досить добре для вирішення багатьох діагностичних завдань. Новий же підхід задасть високий рівень чутливості для вирішення окремого масиву проблем.