Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Artificial atoms allow for magnetic resonance on individual cells

12.02.2013
Scientists at ICFO develop a technique for MRIs on a molecular scale

Researchers from the Institute of Photonic Sciences (ICFO), in collaboration with the CSIC and Macquarie University in Australia, have developed a new technique, similar to the MRI but with a much higher resolution and sensitivity, which has the ability to scan individual cells.

In an article published in Nature Nanotech, and highlighted by Nature, ICFO Prof. Romain Quidant explains how this was accomplished using artificial atoms, diamond nanoparticles doped with nitrogen impurity, to probe very weak magnetic fields such as those generated in some biological molecules.

The conventional MRI registers the magnetic fields of atomic nuclei in our bodies which have been previously excited by an external electromagnetic field. The collective response of all of these atoms makes it possible to diagnose and monitor the evolution of certain diseases. However, this conventional technique has a diagnostic resolution on a millimetric scale. Smaller objects do not give enough signal to be measured.

The innovative technique proposed by the group led by Dr. Quidant significantly improves the resolution at the nanometer scale (nearly one million times smaller than the millimeter), making it possible to measure very weak magnetic fields, such as those created by proteins. "Our approach opens the door for the performance of magnetic resonances on isolated cells which will offer new sources of information and allow us to better understand the intracellular processes, enabling noninvasive diagnosis," explains Michael Geiselmann, ICFO researcher who conducted the experiment. Until now, it has only been possible to reach this resolution in the laboratory, using individual atoms at temperatures close to the absolute zero (approx. -273 degrees Celsius.)

Individual atoms are structures that are highly sensitive to their environment, with a great ability to detect nearby electromagnetic fields. The challenge these atoms present is that they are so small and volatile that in order to be manipulated, they must be cooled to temperatures near the absolute zero. This complex process requires an environment that is so restrictive that it makes individual atoms unviable for potential medical applications. Artificial atoms used by Quidant and his team are formed by a nitrogen impurity captured within a small diamond crystal. "This impurity has the same sensitivity as an individual atom but is very stable at room temperature due to its encapsulation. This diamond shell allows us to handle the nitrogen impurity in a biological environment and, therefore, enables us to scan cells" argues Dr. Quidant.

To trap and manipulate these artificial atoms, researchers use laser light. The laser works like tweezers, leading the atoms above the surface of the object to study and extract information from its tiny magnetic fields.

The emergence of this new technique could revolutionize the field of medical imaging, allowing for substantially higher sensitivity in clinical analysis, an improved capacity for early detection of diseases, and thus a higher probability for successful treatment.

This research has been possible thanks to the support of the private foundation Cellex Barcelona.

ABOUT ICFO

ICFO-The Institute of Photonic Sciences was created in 2002 by the government of Catalonia and the Technical University of Catalonia. ICFO is a center of research excellence devoted to the sciences and technologies of light with a triple mission: to conduct frontier research, train the next generation of scientists and technologists, and provide knowledge and technology transfer. As part of ICFO's goal to usher advances "made at ICFO" into society, the institute actively promotes the creation of spin-off companies by ICFO researchers.

Research at ICFO targets the forefront of science and technology based on light with programs directed at applications in Health, Renewable Energies, Information Technologies, Security and Industrial processes, among others. The center currently hosts more than 250 researchers and PhD students working in more than 60 different laboratories. All research groups and facilities are located in a dedicated 14.000 m2 building situated in the Mediterranean Technology Park in the metropolitan area of Barcelona.

ICFO researchers publish in the most prestigious journals and collaborate with a wide range of companies around the world. In recognition of research excellence, ICFO has been awarded the elite Severo Ochoa distinction by the Government of Spain. Foundation Cellex finances the NEST program at ICFO which makes possible many ambitious frontier research projects.

Albert Mundet | EurekAlert!
Further information:
http://www.icfo.eu

More articles from Physics and Astronomy:

nachricht Tunable diamond string may hold key to quantum memory
23.05.2018 | Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences

nachricht NIST puts the optical microscope under the microscope to achieve atomic accuracy
23.05.2018 | National Institute of Standards and Technology (NIST)

All articles from Physics and Astronomy >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Im Focus: Faserlaser mit einstellbarer Wellenlänge

Faserlaser sind ein effizientes und robustes Werkzeug zum Schweißen und Schneiden von Metallen beispielsweise in der Automobilindustrie. Systeme bei denen die Wellenlänge des Laserlichts flexibel einstellbar ist, sind für spektroskopische Anwendungen und die Medizintechnik interessant. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT) haben, im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekts „FlexTune“, ein neues Abstimmkonzept realisiert, das erstmals verschiedene Emissionswellenlängen voneinander unabhängig und zeitlich synchron erzeugt.

Faserlaser bieten im Vergleich zu herkömmlichen Lasern eine höhere Strahlqualität und Energieeffizienz. Integriert in einen vollständig faserbasierten...

Im Focus: LZH zeigt Lasermaterialbearbeitung von morgen auf der LASYS 2018

Auf der LASYS 2018 zeigt das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) vom 5. bis zum 7. Juni Prozesse für die Lasermaterialbearbeitung von morgen in Halle 4 an Stand 4E75. Mit gesprengten Bombenhüllen präsentiert das LZH in Stuttgart zudem erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt zur zivilen Sicherheit.

Auf der diesjährigen LASYS stellt das LZH lichtbasierte Prozesse wie Schneiden, Schweißen, Abtragen und Strukturieren sowie die additive Fertigung für Metalle,...

Im Focus: Achema 2018: Neues Kamerasystem überwacht Destillation und hilft beim Energiesparen

Um chemische Gemische in ihre Einzelbestandteile aufzutrennen, ist in der Industrie die energieaufwendige Destillation gängig, etwa bei der Raffinerie von Rohöl. Forscher der Technischen Universität Kaiserslautern (TUK) entwickeln ein Kamerasystem, das diesen Prozess überwacht. Dabei misst es, ob es zu einer starken Tropfenbildung kommt, was sich negativ auf die Trennung der Komponenten auswirken kann. Die Technik könnte hier künftig automatisch gegensteuern, wenn sich Messwerte ändern. So ließe sich auch Energie einsparen. Auf der Prozesstechnik-Messe Achema in Frankfurt stellen sie die Technik vom 11. bis 15. Juni am Forschungsstand des Landes Rheinland-Pfalz (Halle 9.2, Stand A86a) vor.

Bei der Destillation werden Flüssigkeiten durch Verdampfen und darauffolgende Kondensation des Dampfes in ihre Bestandteile getrennt. Ein bekanntes Beispiel...

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

23.05.2018 | Geowissenschaften

Diagnose per Computer: Gefährliche Krankheitserreger mithilfe maschinellen Lernens erkennen

23.05.2018 | Informationstechnologie

Genetische Vielfalt schützt vor Krankheiten

23.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics