Links de magneet ter grootte van 0,5 Tesla (penny er voor) en rechts de chip met de geïntegreerde elektronica met rood omrand de pulsgenerator. (afb: Hardvard-universiteit)
Kernspinmag-netische resonantie (nmr) is een fenomeen dat gebruikt wordt voor het ophelderen van structuren van ingewikkelde chemische verbindingen, maar ligt ook aan de basis voor afbeeldingstechnieken in de medische hoek (magnetoresontantie-beeldtechniek bekender onder de Engelse afko mri). Apparaten die gebruik maken van dat fenomeen zijn nogal omvangrijk. Het lijkt er op dat onderzoekers van, onder meer, de Harvard-universiteit een draagbare versie van een nmr-spectrograaf hebben gemaakt door de benodigde elektronica op een chip te persen en gebruik te maken van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van magneten. Handig in labs maar ook voor productielijnen in bedrijven.
Kernspinmagnetische resonantie is een fenomeen dat al sedert de jaren ’50 grote diensten heeft bewezen bij het ophelderen van de ruimtelijke structuur van ingewikkelde chemische verbindingen. Daarbij wordt gebruik gemaakt van sterke magneetvelden en dat maakt een nmr-apparaat nogal massaal. Tegenwoordig zijn er kleinere permanente magneten die ook in staat zijn om de kernspins ‘in lijn’ te krijgen om zo achter de ruimtelijke structuur van de verbinding te komen en de elektronica is in de loop der jaren alleen maar kleiner geworden. Nu heeft een onderzoeksgroep van de Harvard-universiteit het een en ander gecombineerd tot een nmr-apparaat dat je makkelijk in de hand kunt houden. De benodigde elektronische bestanddelen werden op een chip gezet met een oppervlak van 4 mm2. De chip werd gecombineerd met een kubusvormige magneet ter grootte van een grote sinaasappel met de ‘kracht’ van 0,5 Tesla (wat lang niet slecht is). Met dit hanteerbare nmr-apparaat waren de onderzoekers in staat de ruimtelijke structuur van een aantal verbindingen te achterhalen.
De belangrijkste ontwikkeling was het verkleinen van de pulsgenerator, die de vorm, grootte en de periodiciteit van de radiofrequente pulsen stuurt. De Harvard-natuurkundige Donhee Ham: “Zo’n pulsgenerator vormt de hersens van de chip.” De elektronica is gebaseerd op een eerder ontwikkeld, vereenvoudigd nmr-apparaat, dat niet in staat is ingewikkelde structuren helemaal op te helderen. Met de nieuwe geïntegreerde pulsgenerator is volgens Harn de radiofrequente zender/ontvanger naar believen te sturen. Daarnaast is de verkleinde elektronica in staat om in combinatie met grotere magneten dan die van het draagbare apparaat, het analyseproces te versnellen. Door tientallen nmr-chips te combineren met grote supergeleidende magneten, kunnen onderzoekers verschillende verbindingen tegelijkertijd analyseren.
Volgens nmr-deskundige Giovanni Boero van de technische hogeschool in het Zwitserse Lausanne is de integratie van de pulsgenerator met de andere elektronica eerder een technische vooruitgang dan een kwantumsprong voorwaarts. “Het is niet revolutionair, maar het is belangrijk werk ten einde nmr-spectroscopie als goedkope en makkelijke bruikbare techniek toegangelijk te maken.”
Bron: Physics World