Por Pesach Benson • 3 de junio de 2025
Jerusalén, 3 de junio de 2025 (TPS-IL) — En un desarrollo innovador, científicos israelíes y alemanes han construido un dispositivo de resonancia magnética (RM) capaz de resolver características tan pequeñas como una milmillonésima parte de un metro, una escala lo suficientemente fina como para obtener imágenes de los átomos individuales dentro de una sola molécula. El avance marca la primera vez que la imagen por resonancia magnética alcanza una resolución a nivel nanométrico en condiciones de temperatura ambiente.
Las máquinas de RM convencionales de hospital operan con una resolución de aproximadamente 0,1 milímetros, suficiente para obtener imágenes del cuerpo humano en cortes, pero demasiado burdas para visualizar estructuras moleculares. Los esfuerzos anteriores para reducir la RM a la nanoescala se han basado en condiciones extremas, como temperaturas criogénicas, o han carecido de la sensibilidad y resolución necesarias para distinguir átomos individuales.
El avance, liderado por la estudiante de doctorado Liora Shane Lubomirsky en el laboratorio del Dr. Amit Finkler del Instituto Weizmann de Ciencias, fue publicado en la revista revisada por pares Communications Physics.
«Este dispositivo nos da el poder de resolver la estructura de moléculas individuales, algo que simplemente no era posible antes», dijo Finkler. «No es solo una mejora, es una redefinición de lo que la RM puede hacer».
También participaron en la investigación los doctores Rainer Stohr y Andrei Denisenko de la Universidad de Stuttgart en Alemania, y el Dr. Yarden Mazor de la Universidad de Tel Aviv.
Para superar las barreras, los científicos combinaron varias innovaciones. Primero, desarrollaron un nuevo tipo de generador de campo magnético. Utilizando un conductor de oro con forma de espiga sobre una punta de cuarzo, el dispositivo produce un gradiente magnético excepcionalmente pronunciado cuando se aplica una corriente eléctrica. Este gradiente —1.000 Tesla por metro, en comparación con solo 0,1 Tesla por metro en las máquinas de RM estándar— es 10.000 veces más fuerte, lo que permite al dispositivo distinguir entre átomos que están a solo milmillonésimas de metro de distancia.
«La clave no fue aumentar la fuerza absoluta del campo magnético, sino aumentar la agudeza con la que cambia con la distancia», explicó Finkler. «Ese gradiente nos permite asignar una frecuencia de resonancia única a cada átomo, incluso cuando están extremadamente cerca unos de otros».
El equipo también logró un avance significativo en el uso de centros de nitrógeno-vacante (NV) en diamantes sintéticos, que sirven como sensores cuánticos ultrasensibles. Anteriormente, los centros NV podían detectar la presencia de átomos cercanos pero no distinguirlos entre sí; simplemente promediaban la señal. El nuevo gradiente magnético cambia eso, dando efectivamente a cada átomo una «firma» única que el centro NV puede leer.
«Antes, no podíamos separar las señales de diferentes átomos de hidrógeno en una molécula», dijo Lubomirsky. «Ahora, cada átomo de hidrógeno aparece a una frecuencia distinta según su posición, lo que nos permite reconstruir una imagen de alta resolución de la molécula».
Otro aspecto novedoso del sistema es que el campo magnético se controla electrónicamente y se puede conmutar. Debido a que el campo es creado por una corriente eléctrica en lugar de un imán fijo, se puede encender y apagar en solo 0,6 microsegundos. Este control bajo demanda reduce la interferencia durante el escaneo y permite realizar mediciones más precisas.
Es importante destacar que el sistema funciona a temperatura ambiente, a diferencia de muchos métodos competidores que requieren temperaturas de congelación. «Un dispositivo nanoRM que utilice el método que propusimos podrá examinar materiales en las mismas condiciones en las que se utilizan en el mundo real», dijo Finkler. «Eso es un gran paso adelante tanto para la ciencia fundamental como para las aplicaciones industriales».
Las implicaciones son especialmente prometedoras para las industrias farmacéutica y de materiales. Hoy en día, las técnicas de resonancia magnética ya se utilizan para verificar la pureza y composición de los medicamentos, pero solo en muestras a granel. La nueva nanoRM podría permitir a los investigadores probar moléculas individuales, reduciendo en gran medida los requisitos de muestra y acelerando los plazos de desarrollo.
En la industria farmacéutica, el escaneo de moléculas individuales permite a los investigadores verificar la estructura, disposición y pureza precisas de los ingredientes activos de un medicamento.
Para materiales avanzados como superconductores, catalizadores o nanomateriales, comprender cómo se organizan los átomos individuales es fundamental. El dispositivo permite la verificación estructural a nivel atómico con un nivel de detalle sin precedentes.
Además, la capacidad de detectar y distinguir moléculas individuales hace que esta tecnología sea prometedora para detectar compuestos traza, como explosivos, drogas o toxinas, en aplicaciones forenses o de seguridad.
«Este es el comienzo de un nuevo capítulo en la imagen molecular», dijo Finkler. «Ahora tenemos un camino hacia la cartografía de la materia a escala atómica, de forma rápida, limpia y a temperatura ambiente».
