بقلم بيساخ بنسون • 3 يونيو 2025
القدس، 3 يونيو 2025 (TPS-IL) — في تطور رائد، قام علماء إسرائيليون وألمان ببناء جهاز تصوير بالرنين المغناطيسي قادر على تمييز ميزات صغيرة تصل إلى جزء من المليار من المتر – وهو مقياس دقيق بما يكفي لتصوير الذرات الفردية داخل جزيء واحد. يمثل هذا الإنجاز المرة الأولى التي يصل فيها التصوير بالرنين المغناطيسي إلى دقة النانومتر في ظل ظروف درجة حرارة الغرفة.
تعمل أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي التقليدية في المستشفيات بدقة تبلغ حوالي 0.1 مليمتر – وهي كافية لتصوير جسم الإنسان في شرائح، ولكنها خشنة للغاية لتصوير الهياكل الجزيئية. اعتمدت الجهود السابقة لتقليص التصوير بالرنين المغناطيسي إلى المقياس النانوي على ظروف قاسية، مثل درجات الحرارة المبردة، أو افتقرت إلى الحساسية والدقة اللازمتين لتمييز الذرات الفردية.
تم نشر هذا الإنجاز، بقيادة طالبة الدكتوراه ليورا شان لوبرميسكي في مختبر الدكتور أميت فينكلر من معهد وايزمان للعلوم، في مجلة Communications Physics التي تخضع لمراجعة الأقران.
قال فينكلر: “هذا الجهاز يمنحنا القدرة على تمييز بنية الجزيئات الفردية، وهو أمر لم يكن ممكنًا من قبل”. “إنه ليس مجرد تحسين – بل هو إعادة تعريف لما يمكن أن يفعله التصوير بالرنين المغناطيسي.”
شارك في البحث أيضًا الدكتور راينر شتور والدكتور أندريه دينيسينكو من جامعة شتوتغارت في ألمانيا، والدكتور ياردن مازور من جامعة تل أبيب.
للتغلب على العقبات، جمع العلماء بين عدة ابتكارات. أولاً، طوروا نوعًا جديدًا من مولدات المجال المغناطيسي. باستخدام موصل ذهبي مصمم بنمط عظم السمكة فوق طرف كوارتز، ينتج الجهاز تدرجًا مغناطيسيًا حادًا بشكل استثنائي عند تطبيق تيار كهربائي. هذا التدرج – 1000 تسلا لكل متر، مقارنة بـ 0.1 تسلا فقط لكل متر في أجهزة التصوير بالرنين المغناطيسي القياسية – أقوى بـ 10000 مرة، مما يسمح للجهاز بالتمييز بين الذرات التي تبعد بضعة أجزاء من المليار من المتر.
أوضح فينكلر: “لم تكن المفتاح هو زيادة القوة المطلقة للمجال المغناطيسي، بل زيادة مدى تغييره بحدة مع المسافة”. “هذا التدرج يسمح لنا بتعيين تردد رنين فريد لكل ذرة، حتى عندما تكون قريبة جدًا من بعضها البعض.”
أحرز الفريق أيضًا تقدمًا كبيرًا في استخدام مراكز النيتروجين والفجوات (NV) في الماس الاصطناعي، والتي تعمل كمستشعرات كمومية فائقة الحساسية. في السابق، كانت مراكز NV قادرة على اكتشاف وجود الذرات القريبة ولكنها لم تستطع التمييز بينها – فقد كانت تقوم فقط بحساب متوسط الإشارة. التدرج المغناطيسي الجديد يغير ذلك، مما يمنح كل ذرة فعليًا “بصمة” فريدة يمكن لمركز NV قراءتها.
قالت لوبرميسكي: “في السابق، لم نكن نستطيع فصل الإشارات من ذرات الهيدروجين المختلفة في جزيء”. “الآن، تظهر كل ذرة هيدروجين بتردد مميز بناءً على موقعها، مما يسمح لنا بإعادة بناء صورة عالية الدقة للجزيء.”
جانب آخر مبتكر للنظام هو أن المجال المغناطيسي يتم التحكم فيه إلكترونيًا وقابل للتبديل. نظرًا لأن المجال يتم إنشاؤه بواسطة تيار كهربائي بدلاً من مغناطيس ثابت، يمكن تشغيله وإيقافه في 0.6 ميكروثانية فقط. هذا التحكم عند الطلب يقلل من التداخل أثناء المسح ويجعل من الممكن إجراء قياسات أكثر دقة.
والأهم من ذلك، أن النظام يعمل في درجة حرارة الغرفة، على عكس العديد من الطرق المنافسة التي تتطلب درجات حرارة مجمدة. قال فينكلر: “جهاز nanoMRI الذي يستخدم الطريقة التي اقترحناها سيكون قادرًا على فحص المواد في نفس الظروف التي تستخدم فيها في العالم الحقيقي”. “هذه خطوة كبيرة إلى الأمام لكل من العلوم الأساسية والتطبيقات الصناعية.”
الآثار واعدة بشكل خاص لصناعات الأدوية والمواد. اليوم، تُستخدم تقنيات الرنين المغناطيسي بالفعل للتحقق من نقاء وتركيب الأدوية، ولكن فقط في العينات المجمعة. يمكن لـ nanoMRI الجديد أن يسمح للباحثين باختبار الجزيئات الفردية، مما يقلل بشكل كبير من متطلبات العينة ويسرع جداول التطوير.
في صناعة الأدوية، يسمح مسح الجزيئات الفردية للباحثين بالتحقق من التركيب الدقيق والترتيب والنقاء للمكونات النشطة للدواء.
بالنسبة للمواد المتقدمة مثل الموصلات الفائقة، والمحفزات، أو المواد النانوية، فإن فهم كيفية ترتيب الذرات الفردية أمر بالغ الأهمية. يتيح الجهاز التحقق الهيكلي على المستوى الذري بمستوى تفاصيل غير مسبوق.
علاوة على ذلك، فإن القدرة على اكتشاف وتمييز الجزيئات الفردية تجعل هذه التكنولوجيا واعدة للكشف عن المركبات النزرة، مثل المتفجرات أو المخدرات أو السموم، في التطبيقات الجنائية أو الأمنية.
قال فينكلر: “هذه بداية فصل جديد في التصوير الجزيئي”. “لدينا الآن مسار لرسم خرائط المادة على المقياس الذري – بسرعة، وبشكل نظيف، وفي درجة حرارة الغرفة.”
