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IBM新技術號稱可大幅提升核磁共振造影解析度

上網時間: 2007年05月02日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:MRI  MRFM  核磁共振 

IBM宣稱研發了一種奈米等級的核磁共振造影(MRI)技術,能顯示約103個原子大小的影像結構。這種新技術稱為核磁共振力顯微鏡(magnetic resonance force microscopy,MRFM),藉由原子力顯微鏡(atomic-force microscopy)克服了傳統MRI的感光度限制。

透過採用具備140萬Tesla/meter視野能力的磁力探測頭(magnetic-force tip),取代傳統的感應線圈,IBM的MRFM技術號稱可超越目前性能最佳的MRI的3微米解析度,達到90奈米以上的性能。IBM並宣稱,該技術可以顯示僅650 zeptolitres的影像──比先前的最佳紀錄還小6萬倍。

「我們發展此一技術的目標,是為了能觀察到物體表面之下組織的3D影像;」在IBM的Almaden研究中心奈米研究計畫(Nanoscale Studies)經理Dan Rugar表示,所謂的3D影像,是包括在一顆電晶體裡面所能看到的所有雜質、介面等等所有結構。

除了顯示半導體元件內部結構影像,IBM的研究團隊也希望採用MFRM技術來顯示生物分子中的原子結構影像;這種奈米等級的應用無法採用傳統的MRI技術來達成。

「要觀察到物體內部原子等級的影像還有一段很長的路要走,不過目前我們的研發成果已經算是一項創舉。」Rugar表示:「透過我們的技術,可以用MRI設備來觀察到清晰的奈米及影像,而我們的下一步就是朝原子等級的目標邁進。」

IBM所研發的技術採用了一種類似在原子力顯微鏡中使用的懸臂(cantilever)。IBM製作了一種跨在該懸臂上的樣機,可透過一個固定的磁力探測頭來掃描20nm直徑的範圍。在該樣機中的RF線圈會反轉原子的自旋以產生磁共振,並導致懸臂中的雷射共振。

「我們的技術使用與原子力顯微鏡相同的懸臂探測頭,與傳統MRI使用的不同。」IBM的研究員John Mamin表示:「我們是要檢測在樣機的核磁與奈米級探測頭之間的磁性,也就是透過雷射來讀取懸臂上的小小振動。」

MRFM的關鍵特性就是具備140萬Tesla/meter的寬廣視野。其磁性探測頭是用矽來製造,外部包覆一層磁性材質的薄膜;一開始中間並有一層8奈米厚的鐵來隔離磁性物質與矽,後來又曾採用鈷鐵物質,最後則是以10奈米厚的釕(ruthenium)做為最上層。

接下來,IBM的研究人員將持續努力增強MRFM敏感度的方法,他們的目標是能在半導體或是醫學領域中,顯示單顆分子與原子的影像。

(參考原文:IBM claims highest resolution MRI)

(R. Colin Johnson)

透過小型懸臂來掃描樣本
透過小型懸臂來掃描樣本

MRFM原理示意圖
MRFM原理示意圖




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