Le développement des tumeurs start par de minuscules changements dans les cellules du corps la diffusion des ions aux as well as petites échelles est déterminante dans les performances des batteries. Jusqu’à présent, la résolution des méthodes d’imagerie conventionnelles n’était pas suffisamment élevée pour représenter ces processus en détail. Une équipe de recherche dirigée par l’Université method de Munich (TUM) a développé des capteurs quantiques en diamant qui peuvent être utilisés pour améliorer la résolution de l’imagerie magnétique.
La résonance magnétique nucléaire (RMN) est une méthode d’imagerie importante en recherche qui peut être utilisée pour visualiser les tissus et les structures sans les endommager. La method est mieux connue dans le domaine médical sous le nom d’imagerie par résonance magnétique (IRM), où le patient est déplacé dans l’alésage d’un grand aimant sur une table. L’appareil IRM crée un champ magnétique très puissant qui interagit avec les minuscules champs magnétiques des noyaux d’hydrogène du corps. Puisque les atomes d’hydrogène sont répartis d’une manière particulière entre différents styles de tissus, il devient feasible de différencier les organes, les articulations, les muscle tissues et les vaisseaux sanguins.
Les méthodes RMN peuvent également être utilisées pour visualiser la diffusion de l’eau et d’autres éléments. La recherche consiste par exemple souvent à observer le comportement du carbone ou du lithium afin d’explorer les buildings d’enzymes ou de processus dans les batteries. « Les méthodes RMN existantes donnent de bons résultats, par exemple lorsqu’il s’agit de reconnaître des processus anormaux dans des colonies cellulaires », explique Dominik Bucher, professeur de détection quantique à la TUM. « Mais nous avons besoin de nouvelles approches si nous voulons expliquer ce qui se passe dans les microstructures des cellules individuelles. »
Capteurs en diamant
L’équipe de recherche a produit à cet effet un capteur quantique en diamant synthétique. « Nous enrichissons la couche de diamant que nous fournissons pour la nouvelle méthode RMN avec des atomes spéciaux d’azote et de carbone dès la croissance », explique le Dr Peter Knittel de l’Institut Fraunhofer de physique appliquée du solide (IAF). Après la croissance, l’irradiation électronique détache les atomes de carbone individuels du réseau cristallin parfait du diamant. Les défauts qui en résultent se disposent à côté des atomes d’azote – ce qu’on appelle un centre de lacunes d’azote a été créé. De telles lacunes possèdent des propriétés mécaniques quantiques particulières nécessaires à la détection. « Notre traitement du matériau optimise la durée des états quantiques, ce qui permet aux capteurs de mesurer as well as longtemps », ajoute Knittel.
Les capteurs quantiques réussissent le leading check
L’état quantique des centres de lacunes d’azote interagit avec les champs magnétiques. « Le signal IRM de l’échantillon est ensuite converti en un sign optique que nous pouvons détecter avec une résolution spatiale élevée », explique Bucher.
Afin de tester la méthode, les scientifiques du TUM ont placé une micropuce dotée de canaux microscopiques remplis d’eau sur le capteur quantique en diamant. « Cela nous permet de simuler les microstructures d’une cellule », explique Bucher. Les chercheurs ont pu analyser avec succès la diffusion des molécules d’eau au sein de la microstructure.
Dans la prochaine étape, les chercheurs souhaitent développer davantage la méthode pour permettre l’étude des microstructures de cellules vivantes uniques, de coupes de tissus ou de la mobilité ionique de matériaux en couches minces pour les apps de batteries. « La capacité des approaches de RMN et d’IRM à détecter directement la mobilité des atomes et des molécules les rend absolument uniques par rapport aux autres méthodes d’imagerie », explique le professeur Maxim Zaitsev de l’université de Fribourg. « Nous avons désormais trouvé un moyen d’améliorer considérablement à l’avenir leur résolution spatiale, qui est actuellement souvent jugée insuffisante. »
