Физики разработали метод изучения магнитных свойств отдельных молекул, использовав для этого в качестве детектора алмазы с особым дефектом в кристаллической решетке. Две независимые группы исследователей опубликовали свои статьи в выпуске Science за 31 января 2012 года. Работам посвящена редакционная заметка издания, а краткое описание методов можно прочитать в NatureNews.
Узнайте больше в полной версии ➞Метод, разработанный авторами, напоминает магнитно-резонансную томографию, уменьшенную до размеров индивидуальных молекул. Как и в случае с МРТ, ученые измеряют поведение магнитных спинов ядер, помещая их в постоянное магнитное поле. В таких условиях магнитные моменты ядер ориентируются в одном направлении. Если вещество при этом облучить электромагнитной волной, то спины временно отклонятся от «генерального направления», а затем вновь вернутся к нему, испустив характерный радиосигнал. Именно эти радиосигналы, которые несут много информации о химии образца, записывают в аппаратах МРТ и ЯМР специальные детекторы.
Сложность с радикальной миниатюризацией метода заключается в том, что размеры детекторов должны примерно соответствовать размерам образца. Это означает, что для изучения, например, белковых комплексов, нужен детектор размером не более 10 нанометров. Самые маленькие магнитные катушки для таких целей не подходят.
Обе группы физиков для решения проблемы миниатюризации решили использовать в качестве детектора алмазы, под поверхностью которых находятся отдельные атомы азота. Эти атомы создают дефекты в кристаллической решетке алмаза и обладают свободной валентностью, благодаря чему крайне чувствительны к близлежащим магнитным колебаниям. Наблюдая за этими колебаниями, ученые смогли «сделать МРТ» образцу объемом в пять кубических нанометров. Для сравнения, это приблизительно в 100 раз меньше, чем объем рибосомы.
Разработанный метод может иметь большое значение для биологов. Он поможет, например, проследить за работой молекулярных машин не в среднем, как это делается сейчас, а на уровне отдельных работающих единиц.