钻石衍生技术可能导致低成本的医学成像和药物发现工具

这可能听起来很矛盾，但钻石是新技术的关键，它可以为价值数百万美元的医学成像和药物发现设备提供非常低成本的替代品。

由能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的科学家领导的国际团队发现了如何利用纳米级和微米级钻石中的缺陷，并可能提高磁共振成像(MRI)和核磁共振(NMR)的灵敏度。系统，同时不需要昂贵和庞大的超导磁体。

“这在我们的领域一直是一个未解决的问题，我们能够找到克服它的方法，并证明解决方案非常简单，”伯克利实验室材料科学部博士后研究员Ashok Ajoy说。以及加州大学伯克利分校的化学系，他是该研究的主要作者。“以前没有人这么做过。我们发现的机制是全新的。”

MRI机器用于定位癌性肿瘤并有助于制定治疗计划，而NMR机器用于检查药物化合物和其他分子的原子级结构和化学。

增强钻石原子电子中的这种自旋极化可以比作将一些罗盘针的方向切换成许多不同的方向。与传统的超导磁体相比，这些“超极化”旋转可以为成像提供更清晰的对比度。

“这种纳米级和微米级钻石超极化的重要发现具有巨大的科学和商业意义，”Ajoy说，因为一些最先进的核磁共振和核磁共振仪器可能非常昂贵，而且对某些医院和研究机构来说是遥不可及的。

“这可能有助于拓展核磁共振和核磁共振市场，”他说，并且还可能将设备从房间大小缩小到台式大小，这“从一开始就是梦想”。Ajoy是加州大学伯克利分校Alex Pines研究实验室的成员之一--Pines是伯克利实验室材料科学部的高级教师科学家，也是NMR作为研究工具开发的先驱。

科学家们一直在努力克服正确定位钻石以实现更均匀的自旋极化的问题 - 这个问题在非常小的钻石集合中更为明显，这些钻石呈现出混乱的方向混乱。例如，早期的研究已经探讨了在钻石样品中钻出微小特征是否有助于控制其自旋极化。

具有缺陷(称为氮空位)的钻石中的可调旋转特性 - 其中氮原子取代了钻石晶体结构中的碳原子 - 也已被研究用于量子计算中的潜在用途。在这些应用中，科学家试图控制电子的自旋极化，以此作为在更传统的磁性计算机数据存储中传输和存储诸如零和零之类的信息的方式。

在最新的研究中，科学家们发现，通过用绿色激光切割一系列微型钻石，使其受到弱磁场的影响，并用微波源扫过样品，他们可以通过增强钻石中可控的自旋极化特性。与传统的MRI和NMR机器相比，数百倍。

加州大学伯克利分校化学研究所的电工Emanuel Druga为这项新技术设计了一种大型测量工具，证明了这种工具在确认和微调钻石样品的自旋极化特性方面起到了重要作用。“它允许我们在大约一周内进行调试，”Ajoy说。

该设备帮助研究人员为钻石晶体提供了良好的尺寸。起初，他们使用的晶体尺寸约为100微米，或百万分之一英寸。粉红色钻石的微小样本类似于细红色的沙子。经过测试，他们发现约1至5微米的钻石表现约为两倍。

例如，通过将石墨转化为金刚石，可以以经济的方法制造小钻石。

科学家团队已经开发出一种小型化系统，该系统使用现成的元件来产生激光，微波能量和在金刚石样品中产生自旋极化所需的磁​​场，并且他们申请了该技术的专利。和超极化系统。

“你可以考虑用其中一种系统改造现有的核磁共振磁体，”Raffi Nazaryan说，他作为伯克利实验室和加州大学伯克利分校的本科研究员参与了这项研究。他指出，该系统的原型仅花费数千美元。

虽然旋转是短暂的，但研究人员表示他们正在探索连续极化样品的方法，并且正在研究如何将这种极化转移到液体中。Ajoy说：“我们可以回收液体，使其以闭环流动，或继续注入新的极化液体。”