לצלם מולקולות בגוף האדם ?

מדענים ישראלים הצליחו לקרב אותנו עוד צעד ליכולת לצלם מולקולות בודדות בגוף האדם
במחקר שהתפרסם היום במגזין Science, הצליחו החוקרים פרופ׳ אלכס רצקר וטוביה גפן ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית, בשיתוף פעולה עם חוקרים מגרמניה, להוכיח כי קיימת טכניקת מדידה טובה יותר לצילום מדויק של מולקולות. מדובר בהתקדמות משמעותית מאוד לעבר יכולת האדם לצלם מולקולות בודדות.

למדידות מדויקות יש חשיבות מדעית וטכנולוגית עצומה. היכולת לענות על שאלות מדעיות יסודיות נקבעת לפי רמת הדיוק המקסימלית של מדידות. סוג מסוים של מדידה הוא תהודה מגנטית גרעינית (תמ״ג, NMR). הרעיון הבסיסי מאחורי הטכנולוגיה הזו הוא זיהוי מבנה של חומרים שונים ע”י בחינת הקרינה הנפלטת מהם כאשר מופעל עליהם שדה מגנטי. ניסויים ראשונים בתחום בוצעו כבר במחצית הראשונה של המאה העשרים, והטכניקות הבסיסיות בתחום מיושמות בהצלחה אדירה באופן יומיומי בבדיקות MRI. אבל הפוטנציאל עדיין לא מומש במלואו: טכנולוגיות תמ״ג היום לא מסוגלות לזהות מולקולות בודדות, הן מצליחות להבחין רק בצבר גדול מספיק של מולקולות.

הניסיון לשפר את הרזולוציה כך שניתן יהיה להבחין במולקולות בודדות, הוא האתגר המרכזי של תחום חדש שנקרא ננו תמ״ג. נשאלת השאלה- האם מדובר בגבול יסודי שלא ניתן לפרוץ עם הטכנולוגיה הקיימת או שע”י שינוי אסטרטגיית המדידה אפשר לקבל תוצאות טובות יותר?

באופן מפתיע, החוקרים פרופ׳ אלכס רצקר וטוביה גפן ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית בשיתוף פעולה עם חוקרים מגרמניה הצליחו להראות שהמדידות שנעשו עד היום לא מגיעות ליעילות מקסימלית, והראו ששינוי באסטרטגיית המדידה מוביל לשיפור של תשעה סדרי גודל בדיוק וברזולוציה, זהו צעד משמעותי שמקרב אותנו ליכולת לראות מולקולות בודדות.

העבודה שהתפרסמה במגזין Science מציעה להשתמש בחיישן היברידי, חצי קוונטי וחצי קלאסי, כך שהוא משתמש גם ביתרונות הקוונטיים וביתרונות הקלאסיים של מדידות מדויקות. בעבודה זו החוקרים מציעים ומיישמים את הפרוטוקול ההיברידי על מערכת של פגמים ביהלומים, הטכניקה הזו מובילה לשיפור גדול ברזולוציה, שיפור של תשעה סדרי גודל. במאמר הם מציגים ניתוח תיאורטי של רמת הדיוק המתקבלת, המראה שזו הטכניקה הטובה ביותר בהינתן זמן החיים של החיישן. במאמר מוצגים גם חסמים חדשים לרמת הדיוק ומתקבלת התנהגות מפתיעה כפונקציה של הזמן. מלבד ההתקדמות החשובה בדרך לתמ״ג קוונטי, לתוצאות עשויה להיות חשיבות גם עבור שעונים אטומים ותחומים אחרים.