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

Vijf laureaten van FWO-Excellentieprijzen bekend gemaakt

Supercontinuum: stap voor stap naar een brede waaier van kleuren

Drie VUB-wetenschappers worden coördinator bij CERN

Onderzoekers bouwen sensor van slechts 11 atomen

Wereldprimeur: metaoppervlaklaser produceert eerste superchirale licht

Oprichting onderzoeksfaciliteit om micro-organismen beter te benutten

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Hannover Messe Digital Days

Online

van 14/07/2020 tot 15/07/2020

De Logistiek Manager als Logistiek Auditor

IMF Academy (centraal Nederland)

dinsdag 1 september 2020

Warmtewende voor industrie

Havenhuis Antwerpen

maandag 7 september 2020

Asset Performance 4.0

ICC Gent

van 15/09/2020 tot 17/09/2020

Business Process Management - klassikaal

IMF Academy Utrecht(NL)

van 15/09/2020 tot 24/09/2020

Certified ISO 31000 Risicomanagement 

IMF Academy Utrecht (NL)

van 16/09/2020 tot 18/09/2020

Keuze van de redactie

(1/7) Nieuw investeringsfonds van 42 miljoen euro voor start-ups en scale-ups

(1/7) Gentse biotech start-up ontwikkelt universeel Covid-19 vaccin

(29/6) Vlaamse bedrijven krijgen 14,8 miljoen euro voor technologische begeleiding

(29/6) Innovatief zonnepaneel voor grootschalige productie op komst

(25/6) Primeur: netgekoppelde buurtbatterij

(24/6) Nieuw project om plasticvervuiling in rivieren op te ruimen

>> 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:

Reageren
Abonneer op onze nieuwsbrief

Mis ook dit niet...

Koningin Paolaprijs voor KIKS-project rond Artificiële intelligentie

Leerlingen onderzoeken de relatie tussen huidmondjes van planten en klimaatverandering, om zo meer te leren over AI, diepe neurale netwerken en Python, een toegankelijke programmeertaal.

Gentse biotech start-up ontwikkelt universeel Covid-19 vaccin

Door slim gebruik te maken van bestaande technologie voor kankerbehandeling, mikt het Covid-19 vaccin van myNEO op een lange termijn bescherming bij meer dan 80% van de globale populatie.

Onbeperkt betaald verlof: geluk op de werkvloer wint aan belang - artikel

Leidt onbeperkt verlof tot meer geluk op de werkvloer? “Inzetten op welzijn van de medewerkers is een zeer verstandige keuze”, meent professor in Omgeving en Gezondheid Lode Godderis (KUL).

Van lignine bijproducten tot duurzame betonplastificeermiddelen

Een Europees consortium, met onder meer VITO, ontwikkelde een kostenefficiënt alkali-oxidatieproces om technische en bioraffinage-lignines om te zetten in diverse dispergeermiddelen.

Compacte kracht op de edge

Met de ultra-compacte industriële PC C7015 biedt Beckhoff een industriële PC aan die direct op de machine of het systeem gemonteerd kan worden (op de edge).

Bart Steukers zal Marc Lambotte opvolgen bij Agoria

Bart Steukers (58) zal in april 2021 de nieuwe CEO van technologiefederatie Agoria worden. Hij volgt dan Marc Lambotte op, die op 65-jarige leeftijd met pensioen zal gaan.

Gimv wordt belangrijke aandeelhouder van Televic

Gimv heeft een deelneming verworven in Televic, leverancier van hoog­technologische en kwalitatieve communicatie­systemen voor specifieke markten zoals de zorg, onderwijs, ...

Programma Hannover Messe Digital Days bekend

De Hannover Messe Digital Days op 14 juli zijn gevuld met een divers en zeer interessant programma, startende met een paneldiscussie "Forward to the New ? New Opportunities for Progress?"

Partners