QuTech onderzoekers realiseren ’MRI op atomaire schaal’

Onderzoek & Wetenschap 19/12/2019 12:01:09

Onderzoekers van het Nederlandse QuTech hebben met behulp van quantumtechnologie een magnetische beeldvormingstechniek ontwikkeld die 3D-beelden kan maken met atomaire resolutie.

Lees hieronder verder   
Verwant

Ontrafelen samenstelling van complexe moleculaire systemen

Eerste tewaterlating van nieuw onderzoeksschip RV Belgica

Waterstof voor het eerst zichtbaar op grensvlak titanium en titaniumhydride

Nauwkeurige nanosensor maakt productie kleinere chips mogelijk

Productie fotonische kristallen met poriën voor bandgap telecom

TU/e-onderzoekers ontwikkelen lichtgestuurde plastic minirobot

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Workshop Industrial Security

Kortrijk, Wondelgem, Berchem en Diepenbeek

van 25/02/2020 tot 5/03/2020

Elektrisch voertuig: mobiele batterij of extra belasting net?

UGent Campus Kortrijk

dinsdag 25 februari 2020

Verbreed uw basiskennis over stoom

Spirax Sarco Gent en Westerlo

dinsdag 3 maart 2020

Tips & Tricks voor veilige werking stoominstallatie

Spirax Sarco Gent en Brasschaat

woensdag 4 maart 2020

100.000 ingrijpende energetische renovaties per jaar realiseren

(studiedag) Sint-Niklaas

donderdag 5 maart 2020

Haal het meeste uit uw ketelhuis

Spirax Sarco Gent en Westerlo

donderdag 5 maart 2020

Keuze van de redactie

(19/2) Start-ups scoren beter op gebied van jobcreatie en investeringen

(19/2) Vier nieuwe Vlaamse Fabrieken van de Toekomst bekroond

(18/2) Aquafin gaat energie leveren uit afvalwater

(17/2) ITMA 2019: Geen schering en inslag - artikel

(12/2) DEME Offshore en Herrenknecht bouwen samen onderzeese boor

(12/2) Winnaars Foreign Investment Trophy 2020 bekend gemaakt

>> Meer blikvangers

ENGINEERINGNET.BE - Magnetic Resonance Imaging (MRI) en Nuclear Magnetic Resonance (NMR) zijn krachtige en veelgebruikte beeldvormingstechnieken in de materiaalkunde, biologie, chemie en geneeskunde.

Deze methoden maken gebruik van het feit dat veel atoomkernen een eigenschap hebben die spin genoemd wordt. Atoomkernen gedragen zich als kleine magneten die magnetische velden genereren. Deze velden kunnen met behulp van antennes worden gedetecteerd.

Magnetische beeldvorming is niet-invasief, kan verschillende soorten atomen onderscheiden, en werkt onder een breed scala aan omstandigheden, ook bij kamertemperatuur.

Maar de huidige methoden beperken zich tot het nemen van een gemiddelde over grote volumes met grote hoeveelheden atomen, en het is niet mogelijk om individuele moleculen of nanostructuren in beeld te brengen. Onderzoekers van QuTech hebben nu een belangrijke stap gezet om die beperking te overwinnen.

Mohamed Abobeih: ‘Ons werk is gebaseerd op het zogeheten NV-centrum, dat van nature voorkomt in diamant. Eén stikstofatoom neemt de plek van twee koolstofatomen in, waardoor er een ‘gat’ ontstaat waarin een enkele elektronenspin vast komt te zitten.

Deze elektronenspin gebruiken we als een soort quantumsensor. Door dit elektron precies te manipuleren kunnen we selectief de kleine magnetische velden oppakken die door kernen in de omgeving worden gecreëerd.’

Hoofdonderzoeker Tim Taminiau: ‘Bij ons gebruiken we deze NV-centra meestal als quantumbits, de bouwstenen voor toekomstige quantumcomputers en het quantuminternet. Maar dezelfde eigenschappen die NV-centra goede quantumbits maken, maken ze ook tot goede quantumsensoren.'

Taminiau en zijn team bouwen voort op eerder onderzoek waarbij goed geïsoleerde nucleaire spins werden geobserveerd. Die eerdere studies gaven aan dat het NV-centrum gevoelig genoeg is om de piepkleine signalen van individuele kernen te detecteren.

Maar voor het afbeelden van complexe systemen zoals moleculen is het niet voldoende om kernspins alleen maar te detecteren. De positie van alle spins moet precies bepaald worden, het doel van dit onderzoek.

Joe Randall: ‘We hebben een methode ontwikkeld om de 3D-structuur van complexe spinsystemen te verkrijgen. Elke kernspin voelt het magnetische veld van alle andere kernspins. Deze interacties hangen af van de precieze posities van de atomen en coderen dus de ruimtelijke structuur.

Twee atomen die dichter bij elkaar liggen, hebben bijvoorbeeld een sterkere interactie. We hebben methoden ontwikkeld om deze interacties nauwkeurig te meten en ze om te zetten in een volledig 3D-beeld met atomaire resolutie.’

Om hun methode te testen, pasten de onderzoekers het toe op een cluster van 27 koolstof-13 atomen in een zeer zuivere diamant. Deze structuur biedt een modelsysteem voor een molecuul.

Na het meten van meer dan 150 interacties tussen de kernen en het uitvoeren van een intensief numeriek reconstructiealgoritme, werd de volledige 3D-structuur verkregen met een ruimtelijke precisie die veel kleiner is dan de grootte van een atoom.

De volgende stap is het in kaart brengen van structuren buiten de diamant door NV-centra dicht bij de oppervlakte te brengen. Het uiteindelijke doel is om individuele moleculen, zoals eiwitten, en de kleinste onderdelen van quantumcomputers, met atomaire resolutie in beeld te brengen. << (Guy Leysen) (bron en foto: TU Delft)

Op de foto:
Tim Taminiau (l), Mohamed Abobeih en Joe Randall (r) in het lab met een 3D model van de spins in de diamantstructuur, in kaart gebracht met behulp van de nieuwe methode (schaal 250.000.000 : 1).


Video:

Abonneer op onze nieuwsbrief

Reageer of publiceer aanvullende informatie
Mis ook dit niet...

Start-ups scoren beter op gebied van jobcreatie en investeringen

Uit een bevraging van Start it @KBC blijkt dat de werkgelegenheid, de verkoop en de investeringen bij start-ups sterk in de lift zitten. Gemiddeld scoren ze beter dan KMO's.

Vier nieuwe Vlaamse Fabrieken van de Toekomst bekroond

Audi Brussels, Kautex Textron Benelux, Total en Vandemoortele zijn de nieuwe Fabrieken van de Toekomst, maakbedrijven die dankzij strategische transformaties de grootste doorbraak boekten.

Belgian Offshore Days 2020 focust op geavanceerd data-gebruik

De Belgian Offshore Days 2020 conferentie in Oostende zal dit jaar in het teken staan van geavanceerd gebruik van ‘data’ doorheen de levenscyclus van offshore wind parken.

Omschakeling van aardolie naar hout in chemische industrie haalbaar?

Een interdisciplinair team van onder andere bio-ingenieurs en economen van de KU Leuven heeft in kaart gebracht hoe hout aardolie kan vervangen in de chemische industrie.

Fluvius realiseert technisch hoogstandje bij Katoen Natie

Fluvius heeft eind 2019 twee windturbines gekoppeld aan de elektriciteitscabine van de logistieke site. Gecombineerd met zonnepanelen gebruikt Katoen Natie nu voor 70% aan duurzame energie.

Chemische bouwsteen uit hernieuwbare grondstof ontwikkeld

De universiteiten van Antwerpen, Gent en Leuven zijn er in geslaagd om op een duurzamere manier catechol te maken, vertrekkende van een hernieuwbare grondstof.

Antwerp Space versnelt communicatie met ISS

Een onlangs gelanceerde Antares-raket vervoerde niet enkel benodigdheden voor de bemanning, maar ook een geavanceerde ARGO-modem van het Belgische Antwerp Space.

Vlaamse kennisinstellingen ontwikkelen staprobot voor kinderen

Het project MOTION wil kinderen met een neurologische aandoening helpen met een gepersonaliseerd en meegroeiend exoskelet: een combinatie van 3D-techniek, lichte materialen en slim textiel.

speedigus service: slijtvaste maatwerk-onderdelen

Om altijd snel de juiste glijlageroplossingen te kunnen leveren en te installeren, heeft igus meer dan 12.000 verschillende iglidur glijlagertypen gemaakt van tribo-polymeren in voorraad. Daarnaast produceert igus maatwerkcomponenten. Dit wordt bepaald door de motion plastics specialist op basis van de benodigde aantallen.

Partners