لطالما أراد #الباحثون نظامًا لتصوير البنى الجزيئية يعمل مثل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) الخاصة بالمشافي، و التي توضح البنى داخل جسم الإنسان دون أذيته.
يستخدم المجهر الكميّ حسّاسًا من الألماس يتيح للباحثين دراسة أسرار الحجوم النانوية، مثل كيفية انطواء سلسلة الـ DNA داخل الخلية، وآلية عمل الدواء، و طبيعة عمل الباكتيريا لاستقلاب المعادن، والأهم من ذلك يمكن للمجهر أيضًا أن يصوّر الشوارد المفردة في المحاليل ويكشف عن التفاعلات البيوكيميائية تمامًا كما تحدث دون تدخله في العملية.

لفهم طريقة عمل الميكروسكوب الكمي الجديد دعونا أولًا نتعرف على فكرة عمل جهاز الرنين المغناطيسي، والذي يعتمد على المبدأ نفسه:
يعتمد عمل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) في المشافي حاليًا على وضع المريض ضمن حقلٍ مغناطيسي، بعد ذلك يُطلق الجهاز نبضاتٍ من أشعة الراديو على الأجزاء المراد تصويرها فى الجسم تتسبب في اختلاف اصطفاف البروتونات داخل جسم الإنسان، عندما تتوقف تلك النبضات تعود #البروتونات إلى وضعها الأصلي مُطلِقةً أشعةً كهرومغناطيسيةً تتلاقى مع حساس جهاز الرنين الذي يقوم بجمعها وتركيبها بشكلٍ يوضح تركيب الأعضاء الداخلية لجسم الإنسان.

وهذه هي فكرة #الميكروسكوب الكمي الجديد ولكن المشكلة أن جهاز الرنين يحتاج أن تكون العينة 10 ميكرومتراتٍ على الأقل، وهو حجمٌ كبيرٌ جدًا إذا ما قورن بالذرات المنفردة التي يريد العلماء تصويرها.
والطريقة الوحيدة لكشف الشوارد المعدنية داخل الخلية هي أن نضيف مواد كيميائيةً متفاعلةً أو أن نقوم بتجميد الخلية بحيث يمكن رؤيتها تحت المجهر بعد تطبيق شروطٍ قاسيةٍ تؤدي لقتل الخلية.

تمكن فريقٌ من الفيزيائيين بقيادة لويد هولنبرج ( (Lloud Hollenber و دايفيد سيمبسون (David Simpson) من حل المشكلة بحيث أن يكون حساس الجهاز مساويًا أو مقاربًا في الحجم للشيء المراد قياسه باستخدام بلوراتٍ ماسيةٍ فيها مناطق داخليةٌ مشوّهةٌ.
استخدم العلماء بلورةً ماسيةً طولها 2 مليمتر وفيها مناطق تشوهاتٍ داخليةٍ تماثل حجم الذرات، وهذه المناطق حساسةٌ للتغير في المجال المغناطيسي ويمكن استخدامها لالتقاط الموجات #الكهرومغناطيسية الناتجة عن الذرات (حيث لها نفس الحجم)، عندما يتم إضاءة هذة المناطق بضوء ليزر أخضر تضيء الماسة بلونٍ أحمر فلورسينتي شدته تعتمد على المجال المغناطيسي واتجاهه.

استخدم #الفريق البحثي ماسةً فيها مصفوفةٌ من مناطق التشوهات تحت سطحها مباشرةً، وموجودةٌ في مناطق محددةٍ، وقاموا بوضعها فى نهاية الميكروسكوب فوق العينة المراد تصويرها، قام العلماء بضبط مناطق التشوهات لتستطيع استقبال الموجات الكهرومغناطيسية من ذرات النحاس الثنائي(Cu2+)، مع تلامس الماسة مع العينة تضيء الماسة بضوءٍ تختلف شدته على حسب أماكن تواجد ذرات النحاس، ويتم استخدام الكمبيوتر لإعادة إنتاج صورةٍ دقيقةٍ توضح أماكن تواجد ذرات النحاس فى العينة بدقة.

قام #العلماء بعد ذلك باختزال ذرات النحاس (Cu2+) إلى (Cu+) وشاهدوا أماكن تواجد النحاس الثنائي وهي تختفي من أمامهم، وعادت ثانيةً بعد نحو ساعةٍ نتيجة أكسدة النحاس إلى الحالة الثنائية ثانيةً بفعل الهواء، هذة الطريقة ستمكن العلماء من تصوير التفاعلات البيوكيميائية في الخلايا الحية أثناء حدوثها ونستطيع أن نراقب التفاعلات الكيميائية للشوارد المعدنية نفسها، ويمكن رصد الشوارد المعدنية في الخلايا مباشرةً.
يقول الفريق البحثي: إن الطريقة الحالية مفيدةٌ لفهم آليات عمل الأدوية ومتابعة البروتينات الموجودة في غشاء الخلية، ويحاول الباحثون أيضًا تطوير التقنية بحيث يمكن الكشف عن الشوارد المعدنية المختلفة بما في ذلك الحديد.

المصدر: هنا

رابط المنشور على صفحتنا