Нано-размерные кристаллы магнитных материалов можно найти внутри самых разнообразных организмов. Среди наиболее изученных организмов — магнитотактические бактерии, которые могут для своей навигации и ориентации в пространстве использовать синтезированные биологическим путем магнитосомы. Эти органеллы, изготовленные из частиц оксида или сульфида железа, в принципе могут иметь множество терапевтических применений.
В сочетании с новыми технологиями, основанными на МРТ, они могут быть использованы в качестве контрастных агентов или магнитных меток при получении изображений. Их также можно использовать для доставки лекарства в какую-то область тела или для локального перегрева этой области в процессе лечения. Но для того, чтобы достичь этих целей требуется лучшее понимание того, как эти магнитосомы включают в себя «биоминералы», и какова структура трехмерных полей, исходящих от них.
Основные принципы техники магнитной визуализации, использованные учеными, были известны и ранее. Они заключаются в обнаружении изменений квантовых спиновых состояний кристаллографических дефектов, известных как азотно-вакантные центры, внутри алмазной частицы. Новое исследование позволило впервые применить подобную технологию к живым образованиям.
Бактерию помещают на поверхность алмаза, где поля от магнитосом искажают характерные сигналы азот-вакантных центров (электронно-спиновый резонанс). Оптический луч используется для считывания этих сигналов, при этом разработанная методика позволяет в дальнейшем восстановить направление магнитного поля, или другими словами, определить его вектор.
Исследователи показали, что поля, создаваемые этими бактериями, могут быть отображены с разрешением 400 нм. Оптические изображения распределения поля фиксировались с помощью sCMOS-камеры, на наблюдаемом участке размером 100 мкм на 30 мкм. Получаемые яркие изображения поля одновременно привязывались к изображению клетки, получаемому с использованием подсветки красным светодиодом 660 нм, чтобы связать строение клетки с ее магнитными образованиями.
Кроме того, чтобы делать моментальные снимки распределений поля, установка также может создать возможности для динамической визуализации изменения поля в процессе цикла развития кристаллов магнетосом. Другие методы магнитной визуализации, такие как «SQUID» и электронная голография, используя результаты проведенной работы, могут быть аналогичным образом адаптированы для получения еще более высоких пространственных разрешений, чем достигнутые в настоящих исследованиях.
Источник: itword.org
