Espectroscopia de resonancia magnética de alta resolución utilizando un sensor de espín de estado sólido | JoVE Visualize

Área de la Ciencia:

La detección cuántica
Espectroscopia
Nanotecnología

Sus antecedentes:

Los espines electrónicos de estado sólido, como los centros de vacío de nitrógeno en el diamante, ofrecen una detección sensible de señales de resonancia magnética nuclear (RMN) de muestras a nanoescala.
Los métodos de RMN de vacío de nitrógeno existentes logran una resolución de ~ 100 Hz, insuficiente para resolver identificadores estructurales moleculares cruciales como acoplamientos escalares y pequeños cambios químicos.
La RMN convencional proporciona una alta resolución, pero carece de sensibilidad para muestras de micro o nanoescala.

Objetivo del estudio:

Demostrar una nueva técnica de medición para lograr una alta resolución espectral en RMN utilizando sensores de espín de estado sólido.
Para permitir la espectroscopia analítica de RMN en volúmenes de muestras extremadamente pequeños, hasta la escala de una sola célula.
Superar las limitaciones de la sensibilidad y resolución de RMN actuales para aplicaciones a nanoescala.

Principales métodos:

Utilizó un conjunto de centros de vacío de nitrógeno en diamante como un sensor de espín de estado sólido (magnetómetro).
Implementado un protocolo de lectura sincronizada de banda estrecha para una detección de señal mejorada.
Se aplicó la técnica a volúmenes de muestras a escala micrométrica (~ 10 picolitros) y espines nucleares polarizados térmicamente.

Principales resultados:

Se logró una resolución espectral de RMN de aproximadamente un hertz, una mejora significativa con respecto a los métodos anteriores.
Se han observado con éxito acoplamientos escalares de RMN en un volumen de muestra de ~ 10 picolitros.
Resolvió espectros de desplazamiento químico de moléculas pequeñas utilizando la técnica de centro de vacío de nitrógeno mejorado.

Conclusiones:

La técnica desarrollada permite la espectroscopia analítica de RMN a nivel de una sola célula.
Este avance cierra la brecha entre la RMN de alta resolución y la sensibilidad a nanoescala, abriendo nuevas vías en química, biología estructural e investigación de materiales.
El método allana el camino para el análisis químico de picolitros de volumen y la microscopía óptica y RMN correlacionada.