دامنه تصویر میدان مغناطیسی ac هسته ای (یکپارچه شده در سرتاسر حجم سنسور) به عنوان تابعی از حجم آب. حجم آشکار سازی مؤثر (40 پیکولیتر) به عنوان حجمی تعریف می شود که دامنه تصویر میدان ac هسته‌ای برابر با نصف آن از کل حجم نمونه موثر است. اعتبار: مجله پیشرفت‌های علم ، doi: 10.1126 / sciadv.aaw7895
سنسورهای کوانتومی مبتنی بر مراکز جای خالی نیتروژن (NV) در الماس، یک حالت تشخیص امیدوارکننده برای طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای به دلیل حجم تشخیص میکرو مقیاس آنها و الزامات تشخیص نمونه مبتنی بر غیررسانایی است. چالشی که وجود دارد درک کافی از وضوح طیفی بالا همراه با حساسیت غلظت برای تجزیه و تحلیل چندبعدی NMR از حجم های نمونه پیکولیتر است. در گزارش جدیدی که اکنون در مجله پیشرفت های علم منتشر شده است، جانیس اسمیتس و یک تیم تحقیقاتی میان رشته ای در بخش های مواد فناوری پیشرفته ، فیزیک و نجوم در ایالات متحده و لاتیویا با جداسازی فضایی قطبش و مراحل آشکارسازی آزمایش در یک پلت فرم میکروسیالی به این چالش پرداختند.
آنها یک وضوح طیفی 0.05 ± 0.65 هرتز را محقق ساختند، که بهبودی از یک مرتبه کمیتی قابل مقایسه با مطالعات قبلی NMR الماس است. آنها، با استفاده از این سیستم عامل، طیف سنجی همبستگی دو بعدی آنالیتهای مایع با یک حجم آشکار سازی مؤثر تقریباً 40 پیکولیتری را اجرا کردند. این تیم تحقیقاتی از سنسورهای کوانتومی الماس به عنوان آشکارسازهای NMR میکرو سیال درون خطی در یک قدم بزرگ به جلو برای برنامه های کاربردی در تجزیه و تحلیل شیمیایی محدود به جرم و زیست شناسی تک سلولی استفاده کردند.
طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) یک تکنیک قدرتمند و خوب برای تحلیل ترکیبی ، ساختاری و عملکردی در انواع رشته های علمی است. در طیف سنجی معمولی NMR ، نسبت سیگنال به نویز (SNR) به شدت وابسته به قدرت میدان خارجی (B0) است. با افزایش وضوح طیفی، B0 نیز افزایش یافت، و انگیزه ای برای توسعه آهنرباهای ابررسانای به طور فزاینده بزرگ و گران برای بهبود وضوح و SNR ایجاد کرد، و در نتیجه باعث افزایش دو برابری قدرت میدان در طی 25 سال گذشته شد.
با این حال ، حتی با مقادیر زیاد B0 ، تشخیص حجم های میکرو مقیاس اغلب به برچسب زدن ایزوتوپیک، نمونه های چگال شده، و زمان بندی های آزمایشی طولانی نیاز داشت. برای بهبود حساسیت برای حجم های نمونه‌ای کوچک، محققان کویل های القایی مینیاتوری را توسعه دادند، که به چندین پیشرفت از جمله طیف سنجی سلول های تخم و عیب شناسی های لوله آزمایشگاهی اجازه داد. حساسیت موجود و محدودیت های آشکار سازی برای تحلیل های متابولیک سلول های پستانداری منفرد یا برای مشمول کردن آن در ارزیابی های میکرو سیالی درون خطی هنوز زیر بهینه هستند. به عنوان یک استراتژی جایگزین تشخیص NMR، سنسورهای کوانتومی مبتنی بر مراکز جای خالی ازت (NV) در الماس، به دلیل وضوح فضایی زیر میکرومتری‌اشان و آشکار سازی مبتنی بر نارسانایی، پدیدار شده اند.
دانشمندان پیشتر این روش را برای آشکار سازی نوسانات اولیه نانومقیاس مغناطش هسته ای برای تقویت قطبش به کار می گرفتند. آنها از حلال های چسبناک برای بهبود وضوح فرکانس تا تقریباً 100 هرتز برای به دست آوردن وضوح تغییرات بزرگ شیمیایی در B0 = 3 T (تسلا) استفاده کردند. اگرچه با افزایش حجم آشکارسازی (V) می توان پیشرفت های بیشتری در وضوح ایجاد کرد ، اما این به یک بهای SNR است. در کار حاضر ، اسمیتس و دیگران گزارش بهبود مرتبه ای در وضوح طیفی برای تحقق حساسیت غلظت حدوداً 27M s1/2 را می دهند. برای دستیابی به این هدف ، آنها به صورت فضایی قطبش و مراحل آشکار سازی آزمایش در یک تنظیم میکروسیالی را جدا کردند.
این تیمِ تحقیقاتی از آهنرباهای دائمی قوی (1.5 تسلا) برای تولید قطبش اسپین هسته ای استفاده کرد و آشکار سازی را در 13 میلی تسلا با استفاده از کویل های هلمهولتز اجرا کرد تا کار تثبیت پهناهای خط NMR تا سطوح زیر هرتز را ساده کنند. آنها استفاده از سنسورهای کوانتومی الماس را به عنوان آشکارسازهای میکرو سیالی NMR درون خطی در فرکانسهای مایکروویو پایین تسهیل کردند. طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) یک تکنیک قدرتمند و خوب برای تحلیل ترکیبی ، ساختاری و عملکردی در انواع رشته های علمی است. بهبودها به اسمیتس و دیگران اجازه داد طیف سنجی همبستگی دو بعدی (COSY) آنالیت های مایع را در درون یک حجم آشکار سازی مؤثر 40 پیکو لیتری اجرا کنند. محققان در نظر دارند این پلتفرم را با پیشرفتهایی در قطبش هسته ای پویا با استفاده از عوامل قطبی سازی خارجی و هایپرقطبش نوری بالقوه با مراکز NV ترکیب کنند تا طیف سنجی NMR متابولیت ها در غلظت های فیزیولوژیکی در وضوح فضایی سلول منفرد امکان پذیر شود.
در مجموعه آزمایشی ، اسمیتس و دیگران آنالیت های سیال را در یک ظرف تحت فشار هلیوم با سرعت های جریان متغیر تا 50 میکرولیتر در ثانیه قرار دادند. زمان سکونت برای آنالیت ها تقریباً 6 ثانیه بود ، طولانی تر از زمان استراحت اسپین آنالیتهای مورد مطالعه (به عنوان مثال T1 برای آب حدود 3 ثانیه بود) که این منجر به یک قطبی شدن تعادل حدود پنج میلیونم شد. سپس آنالیت برای تعیین هویت توسط NV NMR به یک منطقه آشکار سازی جاری شد. برای هدایت آشکار سازی NV NMR ، دانشمندان از میکروسکوپ اپی فلوئورسانس سفارشی استفاده کردند و غشاهای الماس ساخته شده در این تحقیق را، بر روی چهار محور NV ممکن برای همسویی با میدان مغناطیسی در تنظیم، جهت دهی کردند.
اسمیتس و همکارانش تراشه میکروسیالی را برای جا دادن سنسور الماس ساختند که دستگاهی حاوی یک تراشه مسی بر روی یک اسلاید شیشه‌ای برای تحویل مایکروویو است. دانشمندان همچنین یک حلقه تحریک فرکانس رادیویی (RF) را بین الماس و سیم پیچ بازخورد NMR، و یک کانال میکرو سیالِ در بر دارنده حسگر الماس و آنالایت در تماس با آن را شامل کردند. آنها درگاه های میکروسیالی را برای ترکیب لوله کشی آنالیت خارجی در داخل تراشه مهندسی کردند و از یک پرتوی لیزر به قطر 20 میکرون برای تحریک مراکز NV از طریق یک غشای الماس به ضخامت 35 میکرون استفاده کردند.
توسط تاماراسی جیواندارا، Phys.org
سنسورهای کوانتومی مبتنی بر مراکز جای خالی نیتروژن (NV) در الماس، یک حالت تشخیص امیدوارکننده برای طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای به دلیل حجم تشخیص میکرو مقیاس آنها و الزامات تشخیص نمونه مبتنی بر غیررسانایی است. چالشی که وجود دارد درک کافی از وضوح طیفی بالا همراه با حساسیت غلظت برای تجزیه و تحلیل چندبعدی NMR از حجم های نمونه پیکولیتر است. در گزارش جدیدی که اکنون در مجله پیشرفت های علم منتشر شده است، جانیس اسمیتس و یک تیم تحقیقاتی میان رشته ای در بخش های مواد فناوری پیشرفته ، فیزیک و نجوم در ایالات متحده و لاتیویا با جداسازی فضایی قطبش و مراحل آشکارسازی آزمایش در یک پلت فرم میکروسیالی به این چالش پرداختند.
آنها یک وضوح طیفی 0.05 ± 0.65 هرتز را محقق ساختند، که بهبودی از یک مرتبه کمیتی قابل مقایسه با مطالعات قبلی NMR الماس است. آنها، با استفاده از این سیستم عامل، طیف سنجی همبستگی دو بعدی آنالیتهای مایع با یک حجم آشکار سازی مؤثر تقریباً 40 پیکولیتری را اجرا کردند. این تیم تحقیقاتی از سنسورهای کوانتومی الماس به عنوان آشکارسازهای NMR میکرو سیال درون خطی در یک قدم بزرگ به جلو برای برنامه های کاربردی در تجزیه و تحلیل شیمیایی محدود به جرم و زیست شناسی تک سلولی استفاده کردند.
طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) یک تکنیک قدرتمند و خوب برای تحلیل ترکیبی ، ساختاری و عملکردی در انواع رشته های علمی است. در طیف سنجی معمولی NMR ، نسبت سیگنال به نویز (SNR) به شدت وابسته به قدرت میدان خارجی (B0) است. با افزایش وضوح طیفی، B0 نیز افزایش یافت، و انگیزه ای برای توسعه آهنرباهای ابررسانای به طور فزاینده بزرگ و گران برای بهبود وضوح و SNR ایجاد کرد، و در نتیجه باعث افزایش دو برابری قدرت میدان در طی 25 سال گذشته شد.
با این حال ، حتی با مقادیر زیاد B0 ، تشخیص حجم های میکرو مقیاس اغلب به برچسب زدن ایزوتوپیک، نمونه های چگال شده، و زمان بندی های آزمایشی طولانی نیاز داشت. برای بهبود حساسیت برای حجم های نمونه‌ای کوچک، محققان کویل های القایی مینیاتوری را توسعه دادند، که به چندین پیشرفت از جمله طیف سنجی سلول های تخم و عیب شناسی های لوله آزمایشگاهی اجازه داد. حساسیت موجود و محدودیت های آشکار سازی برای تحلیل های متابولیک سلول های پستانداری منفرد یا برای مشمول کردن آن در ارزیابی های میکرو سیالی درون خطی هنوز زیر بهینه هستند. به عنوان یک استراتژی جایگزین تشخیص NMR، سنسورهای کوانتومی مبتنی بر مراکز جای خالی ازت (NV) در الماس، به دلیل وضوح فضایی زیر میکرومتری‌اشان و آشکار سازی مبتنی بر نارسانایی، پدیدار شده اند.
دانشمندان پیشتر این روش را برای آشکار سازی نوسانات اولیه نانومقیاس مغناطش هسته ای برای تقویت قطبش به کار می گرفتند. آنها از حلال های چسبناک برای بهبود وضوح فرکانس تا تقریباً 100 هرتز برای به دست آوردن وضوح تغییرات بزرگ شیمیایی در B0 = 3 T (تسلا) استفاده کردند. اگرچه با افزایش حجم آشکارسازی (V) می توان پیشرفت های بیشتری در وضوح ایجاد کرد ، اما این به یک بهای SNR است. در کار حاضر ، اسمیتس و دیگران گزارش بهبود مرتبه ای در وضوح طیفی برای تحقق حساسیت غلظت حدوداً 27M s1/2 را می دهند. برای دستیابی به این هدف ، آنها به صورت فضایی قطبش و مراحل آشکار سازی آزمایش در یک تنظیم میکروسیالی را جدا کردند.
این تیمِ تحقیقاتی از آهنرباهای دائمی قوی (1.5 تسلا) برای تولید قطبش اسپین هسته ای استفاده کرد و آشکار سازی را در 13 میلی تسلا با استفاده از کویل های هلمهولتز اجرا کرد تا کار تثبیت پهناهای خط NMR تا سطوح زیر هرتز را ساده کنند. آنها استفاده از سنسورهای کوانتومی الماس را به عنوان آشکارسازهای میکرو سیالی NMR درون خطی در فرکانسهای مایکروویو پایین تسهیل کردند. طیف سنجی رزونانس مغناطیسی هسته ای (NMR) یک تکنیک قدرتمند و خوب برای تحلیل ترکیبی ، ساختاری و عملکردی در انواع رشته های علمی است. بهبودها به اسمیتس و دیگران اجازه داد طیف سنجی همبستگی دو بعدی (COSY) آنالیت های مایع را در درون یک حجم آشکار سازی مؤثر 40 پیکو لیتری اجرا کنند. محققان در نظر دارند این پلتفرم را با پیشرفتهایی در قطبش هسته ای پویا با استفاده از عوامل قطبی سازی خارجی و هایپرقطبش نوری بالقوه با مراکز NV ترکیب کنند تا طیف سنجی NMR متابولیت ها در غلظت های فیزیولوژیکی در وضوح فضایی سلول منفرد امکان پذیر شود.
در مجموعه آزمایشی ، اسمیتس و دیگران آنالیت های سیال را در یک ظرف تحت فشار هلیوم با سرعت های جریان متغیر تا 50 میکرولیتر در ثانیه قرار دادند. زمان سکونت برای آنالیت ها تقریباً 6 ثانیه بود ، طولانی تر از زمان استراحت اسپین آنالیتهای مورد مطالعه (به عنوان مثال T1 برای آب حدود 3 ثانیه بود) که این منجر به یک قطبی شدن تعادل حدود پنج میلیونم شد. سپس آنالیت برای تعیین هویت توسط NV NMR به یک منطقه آشکار سازی جاری شد. برای هدایت آشکار سازی NV NMR ، دانشمندان از میکروسکوپ اپی فلوئورسانس سفارشی استفاده کردند و غشاهای الماس ساخته شده در این تحقیق را، بر روی چهار محور NV ممکن برای همسویی با میدان مغناطیسی در تنظیم، جهت دهی کردند.
اسمیتس و همکارانش تراشه میکروسیالی را برای جا دادن سنسور الماس ساختند که دستگاهی حاوی یک تراشه مسی بر روی یک اسلاید شیشه‌ای برای تحویل مایکروویو است. دانشمندان همچنین یک حلقه تحریک فرکانس رادیویی (RF) را بین الماس و سیم پیچ بازخورد NMR، و یک کانال میکرو سیالِ در بر دارنده حسگر الماس و آنالایت در تماس با آن را شامل کردند. آنها درگاه های میکروسیالی را برای ترکیب لوله کشی آنالیت خارجی در داخل تراشه مهندسی کردند و از یک پرتوی لیزر به قطر 20 میکرون برای تحریک مراکز NV از طریق یک غشای الماس به ضخامت 35 میکرون استفاده کردند.
توسط تاماراسی جیواندارا، Phys.org
