Diamanten toekomst voor NMR/MRI (?)

Kernspinmagnetische resonantie; NMR, MRI

Een fraai maar voor mij mysterieuze verbeelding (?) van kernspinmagnetische resonantie van het Pines-lab (afb: Pines-lab)

De NMR-techniek (in medische toepassing MRI genoemd) zou wel eens een grote stap vooruit kunnen maken door toepassing van diamanten. Het signaal en, neem ik het, het oplossend vermogen, van kernspinmagnetische resonantie bleek aanzienlijk vergroot te worden door de hyperpolarisering van 13C-kernen (een koolstofisotoop) in diamant bij het gebruik van microgolven, zo vonden onderzoekers van, onder meer, het Pines-lab in Berkeley (Cal). Die vondst zou toekomstige NMR- en MRI-machines wel eens een stuk nauwkeuriger kunnen maken, denken ze. Lees verder

Mobiele nmr-spectrograaf

Het mobiele nmr-apparaat

Links de magneet ter grootte van 0,5 Tesla (penny er voor) en rechts de chip met de geïntegreerde elektronica met rood omrand de pulsgenerator. (afb: Hardvard-universiteit)

Kernspinmag-netische resonantie (nmr) is een fenomeen dat gebruikt wordt voor het ophelderen van structuren van ingewikkelde chemische verbindingen, maar ligt ook aan de basis voor afbeeldingstechnieken in de medische hoek (magnetoresontantie-beeldtechniek bekender onder de Engelse afko mri).  Apparaten die gebruik maken van dat fenomeen zijn nogal omvangrijk. Het lijkt er op dat onderzoekers van, onder meer, de Harvard-universiteit een draagbare versie van een nmr-spectrograaf hebben gemaakt door de benodigde elektronica op een chip te persen en gebruik te maken  van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van magneten. Handig in labs maar ook voor productielijnen in bedrijven.
Lees verder

Lever maar een plasje in

UrinemonsterAls we iets mankeren, dan wordt er vaak bloed geprikt om een diagnose te stellen. Een heel enkele keer moeten we een plas inleveren, maar dat zou in de toekost wel eens heel anders kunnen worden. Onderzoekers van, onder meer, de Canadese universiteit van Alberta vonden meer dan 3000 verschillende stoffen in urinemonsters. Urine bevat vijf tot tien keer meer stoffen dan andere biologische vloeistoffen. Zo komen 480 stoffen in urine voor die niet in bloed worden gevonden (wat op zich al weer een nieuw licht werpt op de afvalverwerking in ons lichaam). Een goudmijn voor diagnostici, zou je zeggen.
Onze plas bevat, onder meer, afbraakproducten uit ons lichaam. Dat is al lang bekend, maar toch wordt urine weinig gebruikt bij het stellen van een diagnose. Een bekend voorbeeld en dus uitzondering is de urinemonsters die worden gebruikt worden bij dopingcontrole. Bloedmonsters zijn verre favoriet. “Medische handboeken kennen zo’n 50 tot 100 stoffen, waarvan er maar zes à zeven nauwkeurig bepaald kunnen worden”, zegt David Wishart van de universiteit van Alberta.
Het onderzoek leverde een lange lijst op van 3079 stoffen. Die kwamen uit urinemonsters van 22 gezonde personen. Het voorkomen van de stoffen in de monsters werd bepaald met behulp van analysetechnieken als NMR-spectroscopie (een techniek die verwant is aan MRI), een massaspectrometrie, gas- en vloeistofchromotografie. Daarnaast werd een eeuw aan wetenschappelijke literatuur over dit onderwerp doorgeploegd.

Piesende mannen

Per dag lozen we zo’n 1,5 tot 2 l urine: een zwembad vol van 8 x 5 x 1,5 m gedurende ons leven.

Het resultaat is een nooit eerder met zo’n precisie opgeschreven ‘inventarislijst’: 72 stoffen zijn afkomstig van bacteriën, zo’n kleine 1500 zijn (afbraak)producten van ons lichaam en zo’n 2300 komen van allerlei andere bronnen zoals voeding, medicijnen, drugs, cosmetica en stoffen die we via het milieu innemen. Dat het optelsommetje niet klopt heeft te maken met het feit dat sommige stoffen in meer dan een van de drie categorieën kunnen voorkomen.
Onze urine is ook rijk geschakeerd. Van de 356 typen chemische verbindingen die scheikundigen onderscheiden, komen er 230 in onze plas voor. De onderzoekers hebben hun gegevens in een databank gestopt.
Nu worden, zoals gesteld, nog maar een paar ziektes via urinemonsters vastgesteld, onder andere suikerziekte, maar de verwachting is dat dat aantal drastisch zal toenemen; ook bij het diagnosticeren, bijvoorbeeld, van diverse typen kanker. Overigens is de lijst met stoffen nog lang niet compleet. Wishart is er van overtuigd dat met betere analysetechnieken nog talrijke andere stoffen zullen worden gevonden, die dan op hun beurt weer kunnen ‘helpen’ bij de diagnosticering.

Bron: Futura-Sciences

Kwantumcomputer (weer) een stapje dichterbij

Er is volop activiteit op het gebied van kwantumcomputers, maar of die magische (en sterk overschatte) computer daarmee dichterbij komt, is nog maar de vraag. Nu weer kondigen onderzoekers van de Australische universiteit van New South Wales aan dat ze een werkende kwantumbit hebben gefabriceerd van een enkele atoomkern. Zo’n kern draait, linksom of rechtsom. Die zogeheten kernspin heeft dus twee posities (+ en – of 1 en 0). Dat lijkt op de ‘ouderwetse’ computer, met dat verschil dat de kwantumwereld een bijzonder vreemde is. In die wereld kan de spin én + én – zijn, de zogeheten superpositie.
Toch blijk je met die onzekerheid een ‘kwantumhardeschijf’ te kunnen bouwen (want daar gaat het hier eigenlijk om). Om die kwantumbit uit te lezen gebruikten de Australiërs kernspinresonatie; een techniek die al langer in gebruik is bij chemici, maar sinds de introductie in de medische techniek (MRI) ook bij de gewone aardbewoner bekend is. Met die techniek manipuleerden ze de afzonderlijke kwantumbits (fosforkernen) bedoeld om het opslaan van gegevens na te bootsen en het weer uitlezen van die gegevens. “We bereikten een uitleesbetrouwbaarheid van 99,8%”, stelt hoogleraar Andrew Dzurak. Die gerealiseerde nauwkeurigheid is even hoog als bij wat tot nu toe als de ideale kwantumbit wordt beschouwd: de ionval, een atoom in een elektromagnetische ‘val’ in een vacuümkamer, waarvoor in 2012 de Nobelprijs voor de natuurkunde werd uitgereikt.

Prof.Dzurak, student Jarryd Pla en Andrea Morello bij hun apparatuur

“Onze kwantumbit is even nauwkeurig als de ionvalqubit, maar je hebt geen vacuümkamer nodig en alles is te doen met de siliciumtechnologie zoals die nu gebruikelijk is”, zegt Dzuraks collega-onderzoeker Andrea Morello. Volgens de onderzoekers zou de gebruikte techniek volledig ongevoelig zijn voor verstoringen van buitenaf, een nogal hachelijk punt in de kwantumtechnologie.
De kernspinbits zijn vooral geschikt voor de opslag van gegevens, zo denken de onderzoekers. Voor het rekendeel van de kwantumcomputers komen kwantumbits die werken met de draaiing van elektronen (elektronspins) eerder in aanmerking, zo is hun verwachting. Eerder berichten de Australische onderzoekers, die samenwerken met de universiteit van Melbourne, over de ontwikkeling van een elektronspinkwantumbit. De Australische onderzoekers, die de kwantumbits in ‘eigen huis’ vervaardigen, werken aan de verbetering van de nauwkeurigheid door nog zuiverder silicium te gebruiken.
Dat is mooi, maar voorlopig is die kwantumcomputer er nog niet…

Bron: Eurekalert