3 Haziran 2025 • Pesach Benson
Kudüs, 3 Haziran 2025 (TPS-IL) — Çığır açan bir gelişmeyle İsrailli ve Alman bilim insanları, tek bir molekül içindeki bireysel atomları görüntüleyebilecek kadar ince, metrenin milyarda biri kadar küçük özellikleri çözebilen bir MRI cihazı geliştirdi. Bu başarı, manyetik rezonans görüntülemenin oda sıcaklığı koşullarında nanometre düzeyinde çözünürlüğe ulaşabildiği ilk kez gerçekleşti.
Geleneksel hastane MRI makineleri yaklaşık 0,1 milimetre çözünürlükte çalışır; bu, insan vücudunu dilimler halinde görüntülemek için yeterlidir ancak moleküler yapıları görselleştirmek için çok kaba kalır. MRI’ı nanoskala indirmeye yönelik önceki çabalar, kriyojenik sıcaklıklar gibi aşırı koşullara dayanıyordu veya bireysel atomları ayırt etmek için gereken hassasiyet ve çözünürlükten yoksundu.
Weizmann Bilim Enstitüsü’nden Dr. Amit Finkler’in laboratuvarında doktora öğrencisi Liora Shane Lubomirsky liderliğindeki bu gelişme, hakemli *Communications Physics* dergisinde yayınlandı.
Finkler, “Bu cihaz bize daha önce mümkün olmayan tek moleküllerin yapısını çözme gücü veriyor,” dedi. “Bu sadece bir iyileştirme değil, MRI’ın yapabileceklerinin yeniden tanımlanması.”
Araştırmaya ayrıca Almanya’daki Stuttgart Üniversitesi’nden Dr. Rainer Stohr ve Dr. Andrei Denisenko ile Tel Aviv Üniversitesi’nden Dr. Yarden Mazor da katıldı.
Engelleri aşmak için bilim insanları bir dizi yeniliği birleştirdi. İlk olarak, yeni bir manyetik alan jeneratörü geliştirdiler. Kuvars uç üzerinde balıksırtı deseninde şekillendirilmiş altın bir iletken kullanarak, elektrik akımı uygulandığında olağanüstü dik bir manyetik gradyan üretiyor. Standart MRI makinelerindeki sadece 0,1 Tesla/metreye kıyasla 1.000 Tesla/metre olan bu gradyan, 10.000 kat daha güçlüdür ve cihazın birbirine milyarda bir metre mesafedeki atomları ayırt etmesini sağlıyor.
Finkler, “Anahtar, manyetik alanın mutlak gücünü artırmak değil, mesafeyle ne kadar keskin değiştiğini artırmaktı,” diye açıkladı. “Bu gradyan, atomlar birbirine çok yakın olsa bile her atoma benzersiz bir rezonans frekansı atamamızı sağlıyor.”
Ekip ayrıca, sentetik elmastaki nitrojen-boşluk (NV) merkezlerinin kullanımında önemli bir ilerleme kaydetti; bu merkezler ultra hassas kuantum sensörleri olarak hizmet ediyor. Daha önce NV merkezleri yakındaki atomların varlığını tespit edebiliyordu ancak onları ayırt edemiyordu; sadece sinyali ortalamışlardı. Yeni manyetik gradyan bunu değiştirerek, her atoma NV merkezinin okuyabileceği benzersiz bir ‘imza’ veriyor.
Lubomirsky, “Daha önce bir moleküldeki farklı hidrojen atomlarından gelen sinyalleri ayıramıyorduk,” dedi. “Şimdi, her hidrojen atomu konumuna göre farklı bir frekansta görünüyor, bu da molekülün yüksek çözünürlüklü bir görüntüsünü yeniden oluşturmamıza olanak tanıyor.”
Sistemin bir diğer yenilikçi yönü ise manyetik alanın elektronik olarak kontrol edilebilir ve anahtarlamalı olmasıdır. Alan sabit bir mıknatıs yerine bir elektrik akımı tarafından oluşturulduğu için, sadece 0,6 mikrosaniyede açılıp kapatılabilir. Bu isteğe bağlı kontrol, tarama sırasındaki paraziti azaltır ve daha hassas ölçümler yapılmasını sağlar.
Önemlisi, sistem oda sıcaklığında çalışıyor; bu da donma sıcaklıkları gerektiren birçok rakip yöntemden farklıdır. Finkler, “Önerdiğimiz yöntemi kullanan bir nanoMRI cihazı, malzemeleri gerçek dünyada kullanıldıkları koşullarda inceleyebilecek,” dedi. “Bu, hem temel bilim hem de endüstriyel uygulamalar için büyük bir adımdır.”
Özellikle ilaç ve malzeme endüstrileri için sonuçlar umut verici. Günümüzde manyetik rezonans teknikleri, ilaçların saflığını ve bileşimini doğrulamak için zaten kullanılıyor, ancak yalnızca toplu numunelerde. Yeni nanoMRI, araştırmacıların tek molekülleri test etmelerine olanak tanıyarak numune gereksinimlerini büyük ölçüde azaltabilir ve geliştirme sürelerini hızlandırabilir.
İlaç endüstrisinde, bireysel moleküllerin taranması, araştırmacıların bir ilacın aktif bileşenlerinin hassas yapısını, düzenini ve saflığını doğrulamasına olanak tanır.
Süperiletkenler, katalizörler veya nanomateryaller gibi ileri malzemeler için bireysel atomların nasıl düzenlendiğini anlamak kritik öneme sahiptir. Cihaz, atomik düzeyde yapısal doğrulamayı benzeri görülmemiş bir ayrıntı düzeyinde sağlıyor.
Ayrıca, tek molekülleri tespit etme ve ayırt etme yeteneği, bu teknolojiyi adli veya güvenlik uygulamalarında patlayıcılar, uyuşturucular veya toksinler gibi eser miktardaki bileşikleri tespit etmek için umut verici hale getiriyor.
Finkler, “Bu, moleküler görüntülemede yeni bir bölümün başlangıcı,” dedi. “Artık maddeyi atomik ölçekte haritalama yoluna sahibiz; hızlı, temiz ve oda sıcaklığında.