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

VIB bouwt innovatieve bioincubator en nieuw hoofdkantoor

Wereldprimeur: DNA vouwt zich op in zigzag structuur

Wereldprimeur: cellen hebben ‘corvee’ binnen elektrische samenwerking

TU Eindhoven onderzoekt innovatieve argonmotor en 2D-nanomaterialen

Ontrafelen samenstelling van complexe moleculaire systemen

Eerste tewaterlating van nieuw onderzoeksschip RV Belgica

>> Meer verwant nieuws
Carrièrekansen (meer)
Agenda

Cursus: stoom in theorie en praktijk

Zebrastraat - Gent

dinsdag 31 maart 2020

Cursus Spoortechnieken - bijzondere projecten

Het Ingenieurshuis - Antwerpen

van 2/04/2020 tot 11/06/2020

Global Manufacturing and Industrialisation Summit

Messegelände - Hannover

van 20/04/2020 tot 21/04/2020

Machinery safety awareness training

Pilz Academy - Herentals

dinsdag 21 april 2020

PNOZmulti programming

Pilz Academy - Gent

woensdag 22 april 2020

Cursus: stoom in theorie en praktijk

Armstrong - Herstal

vrijdag 24 april 2020

Keuze van de redactie

(25/3) Nieuw Antwerps-Duits pijpleidingtraject ecologisch en economisch goede zaak

(24/3) DEME tekent MoU voor bouw Japanse offshore windprojecten

(17/3) Vorig jaar werd recordaantal octrooien aangevraagd

(16/3) VIB boekt vooruitgang in onderzoek naar geneesmiddel tegen coronavirus

(12/3) UAntwerpen leidt Europees onderzoek naar Corona

(11/3) Microgenerator van nanodraden vervangt batterij

>> 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...

Nieuw Antwerps-Duits pijpleidingtraject ecologisch en economisch goede zaak

Sectorfederatie essenscia vlaanderen reageert positief op de beslissing van Vlaams minister van Omgeving Demir om de procedures rond de aanleg van dit nieuw pijpleidingraject op te starten.

DEME tekent MoU voor bouw Japanse offshore windprojecten

Penta-Ocean Construction en DEME Offshore hebben een memorandum van overeenstemming (MoU) gesloten met betrekking tot uitgebreide samenwerking voor de bouw van offshore windparken in Japan.

Vlaamse supercomputer ingezet in strijd tegen COVID-19

Om onderzoek rond dit virus nog beter te ondersteunen, gaat het VSC, als high-performance computing-centrum, gedurende 8 weken extra rekencapaciteit beschikbaar stellen van onderzoekers.

Nieuw PIC-fabricageproces pakt tekortkomingen aan

De huidige PIC-fabricagemethoden leiden tot grote variabiliteit, wat resulteert in een beperkte opbrengst, lange vertragingen tussen het conceptuele idee en het werkende apparaat, ...

Yvon Guérin wordt nieuwe CEO van Vandemoortele

De Raad van Bestuur van Vandemoortele meldt dat Yvon Guérin, huidige Managing Director Bakery Products, vanaf 1 juli 2020 Jules Noten zal opvolgen als CEO van het bedrijf.

Hoeveel elektrische auto’s kan het elektriciteitsnet aan?

Er rijden meer dan een miljard voertuigen rond op onze planeet, goed voor 1/5 van alle CO2-uitstoot. De switch naar elektrisch rijden kan onze ecologische voetafdruk gevoelig verminderen.

VUB-ingenieurs hebben nu ook een prototype beademings­toestel klaar

In de strijd tegen COVID-19 is een team ingenieurs aan het FabLab Brussels van de Vrije Universiteit Brussel begonnen aan het bouwen en testen van een eenvoudig beademings­toestel.

Sensoren geïnspireerd op bijzondere eigenschappen van dieren

De Nederlandse Rijksuniversiteit Groningen maakt nieuwe sensoren van zachte polymeren, geïnspireerd door de natuur, die onder meer geschikt zijn voor medische toepassingen.

Watson-Marlow is verhuisd

Niet alleen werd de firmanaam Watson-Marlow ook gewijzigd naar Watson-Marlow Fluid Technology Group (WMFTG), maar Watson-Marlow Benelux is verhuisd naar Oslo 9, NL-2993 LD Barendrecht van waaruit de hele Benelux bediend wordt. Door de verhuis werd ook het telefoonnummer gewijzigd. Dit is het nieuwe +31 (0)85 536 00 10. >>

Partners