MRFM di IBM: Microscopio a Risonanza Magnetica su scala nanometrica

MRFM di IBM: Microscopio a Risonanza Magnetica su scala nanometrica

I Ricercatori IBM, in collaborazione col Center for Probing the Nanoscale della Stanford University, hanno dimostrato l’Imaging di Risonanza Magnetica (MRI) con risoluzioni volumetriche 100 milioni di volte più fini rispetto all’Imaging di Risonanza Magnetica convenzionale.

Questo risultato, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), segna un significativo passo avanti negli strumenti di biologia molecolare e nanotecnologia, offrendo la possibilità di studiare strutture complesse tridimensionali su scala nanometrica.

Estendendo la MRI a questa risoluzione fine, gli scienziati hanno creato un microscopio che, grazie ad ulteriori sviluppi, può essere sufficientemente potente da rilevare la struttura e le interazioni di proteine, spianando la strada alla realizzazione di nuovi farmaci personalizzati. Questi risultati hanno un forte impatto nello studio delle strutture – siano esse proteine o circuiti integrati – per le quali si renda necessaria una conoscenza dettagliata della struttura atomica.

“Questa tecnologia serve a rivoluzionare il modo in cui trattiamo virus, batteri, proteine, ed altri elementi biologici,” ha detto Mark Dean, vice presidente di IBM Research.

Questa scoperta è stata resa possibile grazie a una tecnica denominata “magnetic resonance force microscopy” (MRFMMicroscopio a Risonanza Magnetica), che consente di rilevare forze magnetiche infinitesime. In aggiunta  all’alta risoluzione, la tecnica di imaging presenta ulteriori vantaggi: è chimicamente specifica, può “vedere” sotto le superfici e, al contrario del microscopio elettronico, non è distruttiva nei riguardi dei materiali biologici sensibili.

Per più d’una decade, gli scienziati IBM hanno realizzato progressi pionieristici nella MRFM. Adesso, il team IBM ha aumentato incredibilmente la sensibilità della MRFM, combinandola con una tecnica avanzatissima di ricostruzione immagini 3D. Ciò ha permesso loro di dimostrare, per la prima volta, la MRI su scala nanometrica delle strutture biologiche. La tecnica è stata applicata ad un campione di virus satellite del mosaico del tabacco  e ha permesso di ottenere una risoluzione di 4 nm. (Un nanometro equivale a un miliardesimo di metro; un virus satellite del mosaico del tabacco è lungo 18 nm.)

“MRI è molto conosciuta come potente strumento diagnostico per l’imaging medico, ma la sua possibilità d’impiego in microscopia è sempre stata molto limitata” ha detto Dan Rugar, manager degli studi su scala nanometrica, IBM Research. “Il nostro obbiettivo è quello di utilizzare la nano MRI per ottenere immagini dirette della struttura interna di singole molecole proteiche e complessi molecolari, che rappresentano la chiave per capire le funzioni biologiche.”

Il nuovo strumento non funziona come uno scanner MRI convenzionale, che utilizza gradienti e bobine di imaging. I ricercatori utilizzano la MRFM per rilevare forze magnetiche infinitesime, con il campione posizionato su un cantilever per microscopio (un piccolissimo frammento di silicio a forma di trampolino). L’interferometria laser segue il movimento del cantilever, che vibra leggermente quando gli spin magnetici degli atomi di idrogeno del campione interagiscono con una vicina punta magnetica. La punta nanometrica viene scansionata nelle tre dimensioni e le vibrazioni del cantilever vengono analizzate per creare un’immagine tridimensionale.

IBM Research ha già al suo attivo un passato molto prolifico nello sviluppo di microscopi scientifici per l’imaging su scala nanometrica. I ricercatori IBM Gerd Binnig e Heinrich Rohrer ricevettero nel 1986 il Nobel per la Fisica per la loro invenzione del microscopio a scansione a effetto tunnel, in grado di rappresentare singoli atomi su superfici di conduttori elettrici.

Inoltre, già a partire dagli anni ’50, IBM ha dedicato i suoi sforzi per migliorare la Sanità attraverso numerose collaborazioni scientifiche con aziende esperte nel settore.

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