Uma nova técnica de imagem usando ciência quântica pode levar a novas terapias medicamentosas e opções de tratamento, descobriu um estudo recente.
Pesquisadores da Universidade de Waterloo e apoiados pela Transformative Quantum Technologies demonstraram a viabilidade da difração de Ressonância Magnética Nuclear (NMRd) para investigar a estrutura de rede de sólidos cristalinos em escala atômica, um feito que só havia sido possível para aplicações de imagem em larga escala como a Ressonância Magnética (RM).
“NMRd foi proposto em 1973 como um método para estudar a estrutura dos materiais”, disse o Dr. Holger Haas, um dos principais autores do estudo e ex-aluno do Instituto de Computação Quântica (IQC) em Waterloo, agora na IBM. “Na época, os autores descartaram sua ideia como ridícula. Nosso trabalho chega muito perto de concretizar essa ideia maluca deles – mostramos que é possível estudar estruturas em uma escala de comprimento atômico em volumes de amostra que são relevantes para muitos estudos biológicos. e sistemas físicos.”
“NMRd abre uma enorme variedade de recursos em muitas direções de pesquisa, incluindo o estudo de nanocristais e compostos orgânicos”, acrescentou Haas. A capacidade de visualizar estruturas biológicas, como moléculas de proteínas e partículas de vírus, em escala atômica pode avançar no entendimento de sua função e potencialmente levar a novas terapias medicamentosas e opções de tratamento.
O NMRd funciona explorando uma propriedade nos núcleos chamada spin, uma unidade fundamental do magnetismo. Quando colocados em um campo magnético, os núcleos atuam essencialmente como ímãs devido a esse spin. Um campo magnético variável no tempo pode perturbar os giros, alterando o ângulo do giro – em termos técnicos, isso é chamado de codificação de uma fase em cada giro. Em um determinado momento de codificação, todos os giros apontarão de volta para a direção inicial. Quando isso ocorre, um eco de difração é observado, um sinal que pode ser medido para encontrar a constante de rede e a forma da amostra. Cada núcleo produzirá um sinal único, que pode ser usado para discernir a estrutura da molécula.
O desafio em alcançar NMR em escala atômica foi a dificuldade de codificar grandes diferenças de fase relativa entre spins nucleares vizinhos na escala atômica, o que significa que um eco de difração não pode ser observado. Os pesquisadores superaram essa limitação usando técnicas de controle quântico e gerando grandes gradientes de campo magnético dependentes do tempo. Com isso, eles puderam codificar e detectar a modulação em escala atômica em um conjunto de dois milhões de spins e medir o deslocamento do conjunto de spin em uma amostra com precisão subatômica.
Esta pesquisa representa um progresso substancial no estabelecimento de RMN em escala atômica como uma ferramenta para estudar a estrutura do material.
Sahand Tabatabaei, co-líder do estudo e Ph.D. estudante do IQC e do Departamento de Física e Astronomia de Waterloo, acrescenta: “agora que estamos perto de poder fazer NMRd em uma rede na escala de comprimento atômico, também podemos realmente começar a estudar física quântica mais fundamental, como fenômenos de transporte quântico e física quântica de muitos corpos, na escala de comprimento atômico, o que não foi feito antes em amostras desse tamanho.”
Publicado em 01/11/2022 07h25
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