美科学家开发出纳米级磁共振成像仪

摘要: 美国IBM公司研究中心和斯坦福大学纳米探索中心的科学家们共同开发出一种磁共振成像仪（MRI），其分辨率要比常规MRI高出1亿倍。 通过将MRI的分辨率扩展到如此精细的程度，科学家们已经开发出一种显微镜，随着技术的进一步发展，该显微镜最终也许足以揭示蛋白质的结构和相互作用，为个性化医疗和靶标药物的开发取得更新进......

美国IBM公司研究中心和斯坦福大学纳米探索中心的科学家们共同开发出一种磁共振成像仪（MRI），其分辨率要比常规MRI高出1亿倍。发表在《美国国家科学院院报》的这项研究成果，标志着为在纳米级研究复杂3D结构提供分子生物学和纳米技术工具方面迈出了重大一步。
    
    通过将MRI的分辨率扩展到如此精细的程度，科学家们已经开发出一种显微镜，随着技术的进一步发展，该显微镜最终也许足以揭示蛋白质的结构和相互作用，为个性化医疗和靶标药物的开发取得更新进展铺平道路。该成就也将对从蛋白质到集成电路等材料研究产生影响，此类材料的研究对详细了解原子结构至关重要。
    
    IBM研究中心战略与运营副总裁马克戴恩表示，该项技术有望提供非侵入的方式来展示诸如蛋白质等生物结构的三维细节，将给人们观察病毒、细菌、蛋白及其他生物分子的方法带来革命性变化。
    
    这项成果的取得得益于一种称为磁共振力显微镜（MRFM）技术，该技术依赖于超细磁力的探测，除了高分辨率，该成像技术还有更进一步的化学特性优势，可“看到”表面下的东西。而且与电子显微镜不同的是，该技术不会对敏感的生物材料造成破坏。
    
    十多年来，IBM科学家在MRFM领域一直占据着领军的地位。现在，IBM领导的研究小组已大幅提升了MRFM的灵敏度，并将其与先进的三维图像重建技术相结合，这使得他们首次能揭示纳米尺寸生物体的MRI。该技术应用于烟草花叶病毒样本时，获得的分辨率可低至4纳米（烟草花叶病毒的宽为18纳米）。
    
    该新技术与使用梯度和成像线圈的常规MRI不同。研究人员使用MRFM来检测置于显微悬臂下样品的微小磁力，这个悬臂是一个状如跳板的薄硅片。当样本氢原子中的磁自旋与周围纳米级磁尖发生作用时，激光干涉就可跟踪悬臂的运动。对磁尖进行三维扫描，就可对悬臂的震动进行分析，从而建立起一个三维图像。
    
    IBM研究中心纳米技术部主任丹?路加尔说，作为医疗成像领域众所周知的有力工具，MRI显微能力一直非常有限，而纳米MRI技术能够展现出个别蛋白质分子与分子化合物的内部结构，这是人们了解生物功能的关键。研究人员接下来将努力增强MRFM的灵敏度，希望能在半导体或是医学领域，显示单个分子与原子的影像。