科学家提出了一种对单个电子进行成像的新方法

想象一下，对你的膝盖进行核磁共振扫描。该扫描以大约一立方毫米的分辨率测量膝盖中存在的水分子密度，这对于确定膝盖中的半月板是否撕裂非常有用。但是，如果您需要研究10立方纳米的单个分子的结构数据，或者比当前MRI扫描仪能够产生的最佳分辨率小约<>万亿倍，该怎么办?

这是魏茨曼科学研究所化学和生物物理系的Amit Finkler博士的目标。在最近的一项研究中，来自德国斯图加特大学的Finkler博士生Dan Yudilevich及其合作者设法朝着这个方向迈出了一大步，展示了一种对单个电子进行成像的新方法。该方法目前处于初始阶段，有朝一日可能适用于各种分子的成像，这可能会彻底改变药物的发展和量子材料的表征。

几十年来，目前的磁共振成像(MRI)技术在诊断各种疾病方面发挥了重要作用，但是尽管该技术对无数人的生命具有开创性，但仍有一些潜在的问题有待解决。例如，MRI读出效率非常低，需要数千亿个水分子的样本量(如果不是更多的话)才能发挥作用。这种低效率的副作用是输出随后被平均。对于大多数诊断程序，平均是最佳的，但是当您平均这么多不同的组件时，会丢失一些细节 - 可能隐藏在较小规模上发生的重要过程。

这是否是一个问题取决于你问的问题：例如，有很多信息可以从拥挤的足球场的人群照片中检测到，但如果我们想更多地了解坐在第十四排第三座的人脸颊上的痣，照片可能不是最好的工具。如果我们想收集更多关于鼹鼠的数据，那么靠近可能是要走的路。

芬克勒和他的合作者基本上是在建议一个分子特写镜头。使用这种工具可以使研究人员能够仔细检查重要分子的结构，并可能引领新的发现。此外，在某些情况下，一个小的“画布”对工作本身至关重要 - 例如在药物开发的初步阶段。

那么，如何才能实现更精确的MRI等效物，可以处理小样本 - 直到单个分子?芬克勒、尤迪列维奇和斯图加特的Rainer Stöhr博士和Andrej Denisenko博士开发了一种可以精确定位电子位置的方法。它基于位于氮空位中心附近的旋转磁场 - 一种特殊合成钻石中的原子大小缺陷，用作量子传感器。由于其原子尺寸，该传感器对附近的变化特别敏感;由于其量子性质，它可以区分单个电子是否存在还是多个电子，使其特别适合以令人难以置信的精度测量单个电子的位置。

“这种新方法，”芬克勒说，“可以用来为现有方法提供补充观点，以更好地理解结构，功能和动力学的神圣分子三位一体。

对于芬克勒和他的同行来说，这项研究是精确纳米成像道路上的关键一步，他们设想了一个未来，我们将能够使用这种技术对各种分子进行成像，希望能够为他们的特写做好准备。