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

8 finalisten strijden nog om Vlaamse PhD Cup 2020

Ontwikkeling slim nanodeeltje tegen antibiotica-resistente infecties

Forcit en Holst Centre ontwikkelen prototype van slim gelaatsmaker

Kunstmatige koraalpoliep reinigt water en transporteert cellen

Vijf laureaten van FWO-Excellentieprijzen bekend gemaakt

Supercontinuum: stap voor stap naar een brede waaier van kleuren

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Grondmechanica (gevorderden)

Het Ingenieurshuis - Antwerpen

van 30/09/2020 tot 8/12/2020

Veilig samenwerken met Cobots

Webinar

donderdag 1 oktober 2020

Houten constructies: ontwikkelingen en rekeninzichten

Live webinar

donderdag 1 oktober 2020

Postgraduaat Corporate Finance

Leuven

van 2/10/2020 tot 6/03/2021

Postgraduaat Mens- en Milieuvriendelijk Bouwen en Wonen

Gent

van 6/10/2020 tot 29/06/2021

METAV Web Sessions: innovation

online

van 6/10/2020 tot 7/10/2020

Keuze van de redactie

(24/9) 8 finalisten strijden nog om Vlaamse PhD Cup 2020

(24/9) Caeleste en FAM winnen Leeuw van de Export 2020

(22/9) 10 actiepunten boosten innovatie- en groeipotentieel biotechsector

(21/9) Agoria Solar Team wint Europese Solar Challenge 2020

(17/9) Eye-Robot wint de Belgische James Dyson Award 2020

(15/9) Noors bedrijf investeert 150 miljoen euro in Haven Oostende

>> 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...

Act&Sorb ontwikkelt recyclageoplossing voor MDF richting actief kool

Om deze nieuwe technologie, samen met de productie van hernieuwbare energie in de praktijk om te zetten, wordt met Vlaamse steun een nieuwe fabriek met laboratorium gebouwd in Genk.

Vijf verschillende fasen gevonden in mengsels van twee stoffen

TU Eindhoven en de universiteit Paris-Seclay bewijzen een vijf-fasen-evenwicht, iets wat veel geleerden voor onmogelijk hielden vanwege de 150 jaar oude Gibbs-regel van maximaal drie fasen.

‘Certified Pick up’ zorgt voor veilig containertransport Port of Antwerp

‘Certified Pick up’ een digitale, veilige en geïntegreerde oplossing voor de vrijgave van containers gaat vanaf 1 januari 2021 van start en vervangt het huidige systeem van pincodes.

Stralingsbescherming tegen radon en natuurlijke radioactieve materialen

56 partners uit 26 verschillende landen onderzoeken de effecten van chronische blootstelling aan radon en andere natuurlijke radionucliden op mens en milieu.

Fluvius verbindt grootste Vlaamse industriële windpark

In de haven van Zeebrugge wordt momenteel de laatste hand gelegd aan de bouw van het ‘ICO Windpark’: het grootste on-shore windpark op één industriële site in Vlaanderen.

Eerste protonentherapie in UZ Leuven uitgevoerd

Protontherapie is een innovatieve vorm van radiotherapie die heel gericht een tumor bestraalt en zo het gezonde weefsel rondom minimaal beschadigt. De eerste behandelingen verliepen vlot.

10 actiepunten boosten innovatie- en groeipotentieel biotechsector

Tijdens “Agility, Belgian biotech’s booster” stelde bio.be/essenscia 10 actiepunten voor om de biotechsector in België te verankeren en haar internationale concurrentiekracht te versterken.

Cebeo verwerft Industrial Automation Distributor certificaat

Schneider Electric heeft begin september het Industrial Automation Distributor (IAD) certificaat overhandigd aan Cebeo, gespecialiseerde groothandel in elektrotechnisch materiaal.

Yokogawa lanceert nieuwe generatie Mixed Signal Oscilloscope

De DLM5000 is een nieuwe generatie mixed-signal-oscilloscoop met opties voor vier of acht analoge ingangen en werd ontworpen om uiterst aanpasbaar en flexibel te zijn. Met opnieuw ontworpen hardware biedt de DLM5000 belangrijke verbeteringen in zowel prestaties als bruikbaarheid. Het is de opvolger het DLM4000-model. >>

Partners