Les chercheurs ont utilisé le centre de lacune d’azote (NV) à l’intérieur d’un seul nanodiamant pour la détection quantique afin de surmonter le problème de la rotation aléatoire des particules. Leur étude est publié dans Communications naturelles.
Être capable de détecter et d’analyser des molécules dans des conditions physiologiques in situ est un objectif important dans le domaine des sciences de la vie. Ce n’est qu’en observant les biomolécules dans ces conditions que nous pouvons révéler des changements de conformation lorsqu’elles réalisent des fonctions physiologiques.
Grâce à sa sensibilité élevée, sa bonne biocompatibilité et ses caractéristiques de détection par résonance magnétique de molécules uniques dans une atmosphère à température ambiante, le capteur quantique central NV est plus adapté à la détection physiologique in situ que les instruments traditionnels à résonance à spectre magnétique.
Cependant, les résultats du suivi du mouvement des nanodiamants dans les cellules vivantes montrent qu’ils tournent de manière aléatoire à la fois à l’intérieur de la cellule et sur la membrane cellulaire, ce qui rend les méthodes courantes actuelles de détection par résonance magnétique inefficaces.
Pour résoudre ce problème, l’équipe de recherche a conçu une séquence de modulation d’amplitude qui générera une série de niveaux d’énergie également espacés sur le centre NV.
Lorsque le niveau d’énergie du centre NV correspond au niveau d’énergie de la cible mesurée, une résonance se produit et l’état du centre NV change.
En balayant la fréquence de modulation, la spectroscopie de résonance paramagnétique électronique (RPE) de la cible peut être obtenue et la position du pic spectral n’est plus affectée par l’orientation spatiale du centre NV.
Dans ce travail, les ions dans l’environnement de solution du nanodiamant ont été mesurés par spectroscopie EPR dans des conditions in situ. L’équipe de recherche a simulé le mouvement des nanodiamants dans la cellule pour détecter la solution d’ions oxygène vanadium.
Lorsqu’il y a rotation des nanodiamants, il est difficile d’effectuer une manipulation quantique précise des centres NV, mais le spectre EPR en champ nul des ions oxo-vanadium peut toujours être mesuré.
Ce résultat prouve en principe qu’il est possible d’utiliser le centre NV dans le nanodiamant pour réaliser la détection de la résonance magnétique physiologique intracellulaire in situ.
Les ions oxygène vanadium détectés dans ce travail lui-même ont des fonctions biologiques. La constante ultra-fine des ions oxygène vanadium peut être analysée et obtenue par le spectre EPR mesuré par un seul nanodiamant en mouvement.
L’équipe de recherche a précédemment assoupli les conditions de détection par résonance magnétique monomoléculaire des conditions solides à un environnement en solution aqueuse, et ces travaux l’ont encore promu dans l’environnement in situ.
Les chercheurs étaient dirigés par les professeurs Du Jiangfeng, Shi Fazhan et Kong Fei de l’Université des sciences et technologies de Chine de l’Académie chinoise des sciences.
Plus d’information:
Zhuoyang Qin et al, Spectroscopie de résonance paramagnétique électronique in situ utilisant des capteurs à nanodiamant unique, Communications naturelles (2023). DOI : 10.1038/s41467-023-41903-5
Fourni par l’Université des sciences et technologies de Chine