جهاز نانوي جديد للتصوير بالرنين المغناطيسي يمكنه العمل بدرجات حرارة قريبة من الصفر المطلق

جعل الذرات تتصرف

قام طلاب في معهد الفيزياء بجامعة لايدن بتطوير مجهر مغناطيسي نووي جديد أكثر حساسية من نظيره الحالي بألف مرة. كما يمكن لهذا المجهر أن يعمل بدرجات حرارة قريبة من الصفر المطلق. ومن شأن هذا المجهر أن يساعد في التقاط صور ثلاثية الأبعاد بواسطة الامتصاص الذري، باستخدام تكنولوجيا مماثلة لأجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي.

وتستخدم هذه الأداة الثورية سلكاً رفيعاً وكرة مغناطيسية صغيرة والتي تُحدِث حقلاً مغناطيسياً ثابتاً ثم تقوم بإثارة الأنوية الذرية المحيطة لتنتظم في نفس الاتجاه. بعد ذلك، تؤدي الموجات الراديوية المرسلة من خلال العينة إلى قلب بعض الأنوية إلى الاتجاه الآخر. مما يدل على مواقعها وذلك اعتماداً على الوقت الذي تستغرقه للعودة إلى اتجاهها الأصلي، وبالتالي تتولد صورة تحدد مواقعها.

يستخدم المجهر المغناطيسي النووي الجديد سلكاً رفيعاً وكرة مغناطيسية صغيرة (باللون البنفسجي). حقوق الصورة: Leiden Institute of Physics

وتعدّ قدرة هذا المجهر على العمل تحت درجات حرارة منخفضة للغاية تقدماً رائداً في مجال تصوير الذرات. ويقول جيلمر ويجينار وهو أحد طلاب الدكتوراه المشاركين في ابتكار المجهر: "كلما ارتفعت درجة الحرارة أكثر، كلما زادت حركة الذرات قليلاً، فالأمر بمثابة التقاط صورة، فحين يتحرك الشخص بسرعة عالية، تظهر الصورة ضبابية بعض الشيء. وبالعكس، فعندما يقف الشخص بثبات، تظهر الصورة بشكل أوضح. وعند درجة الصفر المطلق لا تتحرك الذرات إطلاقاً، ولذلك فكلما اقتربنا أثناء العمل من درجة الصفر المطلق، كلما كان ذلك أفضل للحصول على صور واضحة". ويضيف أنه حتى بدرجة حرارة الغرفة، تدور 0.0001% من الأنوية بشكل منتظم بينما تتصرف باقي الأنوية بشكل عشوائي. ويشرح قائلاً: "حققنا من خلال خفض درجة حرارة التشغيل إلى 42 ميلي كيلفن (أي ما يعادل -273 درجة مئوية) نسبة أعلى بثلاثة أضعاف من الدوران المنتظم".

الغاية الطبية الأسمى

بمجرد أن تجد هذه المجاهر المغناطيسية النووية الجديدة طريقها إلى المستشفيات على شكل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي، فمن المتوقع أن تفتح هذه التكنولوجيا نافذة ثورية في المجال الطبي. ويقول ويجينار: "إن الغاية الأسمى هنا هي التصوير ثلاثي الأبعاد للأنسجة الحيوية بواسطة الامتصاص الذري. وكمثال على ذلك، قد يمكن استخدام هذه التقنية لدراسة دماغ مرضى الزهايمر على المستوى الجزيئي، وذلك لمعرفة كيفية انحباس الحديد ضمن البروتينات". ومع ذلك فهو يقرّ بأن تطوير هذه التكنولوجيا لمستوى كافي سيستغرق بعض الوقت، ولكن سينجم عن ذلك تصوير محافظ أفضل بكثير، ومن شأنه أن يؤدي إلى مشاهدات أكثر دقة، مثل تصوير البروتينات تماماً بنفس الطريقة التي تنثني بها، وذلك دون إحداث أي تلف أو خلل أثناء العملية.