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

Prominente fysici: “Bouw een versneller van 100 kilometer bij CERN”

Evonetix schaalt samen met imec productie microchips op

Clusters van goudatomen vormen piramide met bijzondere eigenschappen

QuTech onderzoekers realiseren ’MRI op atomaire schaal’

Eerste AHA!-awards bekroning voor Antwerpse innovatieve onderzoekers

2X scherper beeld door combinatie microscopie­technieken

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Mastercourse: ’Data Innovation beyond the Hype’

Sirris, MRC Gent - Zwijnaarde

maandag 27 januari 2020

Machinery safety awareness training

Pilz Academy - Roeselare

dinsdag 28 januari 2020

Seminarie Lifecycle Management & Digitalisering

Edegem

woensdag 29 januari 2020

Postgraduaat in de Vastgoedkunde

Leuven - Kortrijk

van 30/01/2020 tot 1/12/2020

CMSE hercertificering

Pilz Academy - Gent

donderdag 30 januari 2020

Roadshow Siemens, Rittal & EPLAN

Lokeren / Oevel

van 4/02/2020 tot 6/02/2020

Keuze van de redactie

(16/1) Nieuwe piste in strijd tegen antibioticaresistentie (+ video)

(15/1) Presentatie visie op duurzaam en betaalbaar Belgisch energieplan

(13/1) ECA Group plant nieuwe fabriek in Haven Oostende

(13/1) Schneider Electric monitort energieverbruik wagenpark VITO

(8/1) Solid state LiDAR-expert Xenomatics definitief gelanceerd

(8/1) Mogelijk zwart gat gevormd door neutronensterren

>> 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...

Prominente fysici: “Bouw een versneller van 100 kilometer bij CERN”

Een grote nieuwe deeltjesversneller bij CERN, met een omtrek van 100 kilometer, is de verstandigste keus om de deeltjesfysica de komende decennia echt vooruit te helpen.

5 goede redenen om Prototyping MNE 2020 te bezoeken

Met de 4e industriële revolutie en industry 4.0 zijn er twee bruggen die dringend moeten gebouwd worden. Er is de digitale brug tussen IT en OT en de time-to-market brug.

Agfa-Gevaert benoemt Pascal Juéry als nieuwe CEO

Op 1 februari 2020 zal Fransman Pascal Juéry (54) Christian Reinaudo opvolgen als nieuwe CEO van Agfa-Gevaert. Die laatste blijft wel lid van de raad van bestuur.

VIL wil magazijnen toekomstgericht maken

Met het project ‘Future Proof Warehousing’ biedt VIL bedrijven inzicht in de mogelijkheden van digitalisatie en automatisatie voor een efficiënt, veilig en futureproof magazijn.

Schaaf je kennis over stoom bij tijdens de stoomcursus 2020

In tal van industriële sectoren wordt stoom als warmtedrager voor diverse productieprocessen gebruikt. We denken daarbij aan de chemische sector, maar o aan de voedings- en textielindustrie.

Evonetix schaalt samen met imec productie microchips op

Evonetix, dat een desktoptoestel voor DNA-synthese ontwikkelt op basis van een vernieuwende microchip, gaat samenwerken met onderzoeks- en innovatiehub imec.

ECA Group plant nieuwe fabriek in Haven Oostende

Haven Oostende verleent een concessie op de ex-Beliard site in het havengebied aan ECA Robotics Belgium, waar het zijn nieuwe fabriek zal vestigen en dronesystemen zullen bouwen.

Sensirion introduceert volgende generatie multi-gas mass flow sensoren - techniek

Sensirion introduceert Q2 2020 een nieuwe multi mass flow sensor die uitermate geschikt is voor het zeer nauwkeurig meten van onder andere zuurstof (O2), lucht en lach gas (N2O), ...

Partners