磁気共鳴力顕微鏡

磁気共鳴力顕微鏡（MRFM ）は、ナノメートルスケール、将来的には原子スケールで磁気共鳴画像（MRI ）を取得する画像化技術です。MRFMは、 X線結晶構造解析やタンパク質核磁気共鳴分光法では見ることができないタンパク質構造を観察できる可能性があります。この技術を使用して、単一電子の磁気スピンの検出が実証されています。現在のMRFM顕微鏡の感度は、病院で使用されている医療用MRIの100億倍です。

MRFM の概念は、磁気共鳴画像法(MRI) と原子間力顕微鏡(AFM)のアイデアを組み合わせたものです。従来の MRI では、磁場勾配内の共鳴核スピンまたは電子スピンを感知するためのアンテナとして誘導コイルを使用します。MRFM では、強磁性(鉄コバルト) 粒子を先端に付けたカンチレバーを使用して、サンプル スピンとチップ間の変調スピン勾配力を直接検出します。磁性粒子は、カンチレバー磁気測定法を使用して特性評価されます。強磁性チップがサンプルに近づくと、原子の核スピンがそれに引き付けられ、カンチレバーに小さな力が発生します。次に、スピンが繰り返し反転し、カンチレバーが同期して前後にゆっくりと揺れます。その変位は干渉計(レーザー ビーム) で測定され、サンプルの一連の 2D 画像が作成され、これらが組み合わされて 3D 画像が生成されます。干渉計は、カンチレバーの共振周波数を測定します。より小さな強磁性粒子とより柔らかいカンチレバーにより、信号対雑音比が向上します。誘導コイル方式とは異なり、MRFM の感度は、デバイスとサンプルの寸法が小さくなるにつれて有利に増加します。

信号対雑音比はサンプルサイズに反比例するため、MRFM が有効なスケールではブラウン運動が主なノイズ源となります。したがって、MRFM 装置は極低温で冷却されます。MRFM は、タンパク質の構造を その場で決定するために特別に考案されました。

MRFMイメージングの基本原理とこの技術の理論的可能性は、1991年に初めて説明されました。^[1]最初のMRFM画像は、常磁性物質ジフェニルピクリルヒドラジルのバルクサンプルを使用して、1μmの垂直解像度と5μmの横方向解像度で1993年にIBM アルマデン研究センターで取得されました。^[2]空間解像度は2003年にナノメートルスケールに達しました。 ^[3]単一電子の磁気スピンの検出は2004年に達成されました。^[4] 2009年にIBMとスタンフォードの研究者は、吸着炭化水素のナノメートル厚の層上のタバコモザイクウイルス粒子をイメージングし、10ナノメートルを超える解像度を達成したと発表しました。^[5]

• ワシントン大学量子システム工学および MRFM ホームページ、https://web.archive.org/web/20060430032748/http://courses.washington.edu/goodall/MRFM/。
• 磁気共鳴力顕微鏡、http://www.medgadget.com/archives/2005/04/magneticresonan.html。
• Degen CL、Poggio M、Mamin HJ、Rettner CT、Rugar D (2009 年 1 月 12 日)。「ナノスケール磁気共鳴イメージング」。PNAS。106  ( 5 ) : 1313–7。Bibcode : 2009PNAS..106.1313D。doi : 10.1073 / pnas.0812068106。PMC 2628306。PMID 19139397。 
  • 「研究者らが現在の MRI より 1 億倍も解像度の高い顕微鏡を開発」Phys.org 2009 年 1 月 13 日。
• 「IBM チームが MRI 解像度を向上」BBC ニュース2009 年 1 月 13 日 2009年 1 月 14 日閲覧。
• レビュー記事: M. Poggio および CL Degen、Nanotechnology 21、342001 (2010)、Poggio、M.、Degen、CL (2010)。「力検出核磁気共鳴: 最近の進歩と将来の課題」。Nanotechnology。21  ( 34 ) : 342001。arXiv : 1006.3736。Bibcode : 2010Nanot..21H2001P。doi : 10.1088 /0957-4484  / 21/34/342001。PMID 20671365。S2CID 10028988。