مجس كمومي من جزيء واحد يصور البروتينات منفردة

المشكلة المركزية التي حلها الفريق هي أن الحالات الكمومية في المجسات الجزيئية كانت تتلاشى في أقل من ١٠ ميكروثانية، وهي فترة قصيرة جدًا لتأدية قياسات مفيدة . لكن بفضل ابتكارين حاسمين، نجحوا في توسيع نافذة التماسك إلى ما يقارب ٤٠٠ ميكروثانية، مما يضع الأساس لتصوير البروتين الواحد ذرةً ذرة.

١. تمديد زمن التماسك: قلب الابتكار

تسلسل XYXY المعدل للفصل ثنائي القطب هو أول الابتكارين. هذا التسلسل الجديد للتحكم يثبط التفاعلات ثنائية القطب بين الإلكترونات في نطاق واسع من مجالات التحكم، مما يمدد زمن التماسك إلى ~٤٠٠ ميكروثانية — أي حوالي ٦٠ ضعفًا مقارنة بتقنيات spin-echo التقليدية في النظام نفسه .

يقول ساهاند طباطبائي، طالب الدكتوراه في IQC والمؤلف الأول للدراسة: "أحد التحديات الرئيسية كان إبقاء لفات OX063 متماسكة لفترة كافية لاستخدامها كمجسات. التسلسل الجديد الذي طورناه وسّع زمن التماسك إلى ٤٠٠ ميكروثانية، مما أعطى المجس حوالي ٦٠ ضعف الاستقرار الكمومي مقارنة بالطرق التقليدية" .

٢. القراءة الميكانيكية عبر النانوواير

بدلاً من القراءة البصرية المستخدمة في مجسات الألماس (NV-center)، تستخدم منصة SQUINT قراءة ميكانيكية تعتمد على أسلاك نانوية (nanowires). تلك الأسلاك يبلغ قطرها ١٠٠ نانومتر (بحجم فيروس تقريبًا) وطولها ٢٠ ميكرون (قرابة قطر شعرة الإنسان) . هذا الأسلوب الميكانيكي جديد تمامًا في الاستشعار الكمومي، ويتيح وضع المجس على مسافة أقرب بكثير من الجزيئات المستهدفة مما هو ممكن مع مجسات الألماس .

مقارنة سريعة: مجسات الألماس NV-center محصورة داخل بنية بلورية، في حين أن جزيئات trityl-OX063 حرة ويمكن تثبيتها كيميائيًا على بعد نانومترات قليلة من الهدف — ما يمنح تفوقًا في القرب المكاني.

٣. تداعيات ثورية: تصوير البروتين الواحد واكتشاف الأدوية

القدرة على وضع المجس مباشرة بجوار الهدف، دون أن يكون مقيدًا في شبكة بلورية، تمنح trityl-OX063 ميزة نوعية . يرى الباحثون تطبيقات واعدة وقوية:

• رسم بنية البروتين الواحد (Single-protein structure mapping): تقنيات التصوير الحالية تحتاج عينات كبيرة ومتوسطة ولا تستطيع كشف شكل البروتين الفردي. هذه الطريقة الجديدة تقيس المجال المغناطيسي للذرات الفردية داخل بروتين واحد، ما يتيح رسمًا هيكليًا مباشرًا على المستوى الجزيئي .
• تطوير الأدوية: القدرة على رؤية تفاعل جزيء الدواء مع هدفه بدقة ذرية ستكشف كيف تنشأ الأمراض على المستوى الجزيئي، وكيف يتفاعل الدواء المرشح مع البروتين المستهدف — مما قد يقود لتصميم علاجات أكثر فعالية .
• التموضع المجهري: إن جزيئات trityl-OX063 غير محصورة في بنية بلورية، لذا يمكن تثبيتها كيميائيًا أو توجيهها على بُعد نانومترات قليلة من الهدف، مما يوفر تحكمًا غير مسبوق في وضع المجس .

الوضع الحالي وخارطة الطريق

حاليًا، يمكن لمجس SQUINT رصد الحالة المغناطيسية لحوالي ١٠ أنوية ذرية . يقول الدكتور رافي بوداكيان، قائد البحث: "لدينا مسار واضح للوصول إلى حساسية النواة الواحدة" — وهي الخطوة الحاسمة لرسم بنية الجزيء الواحد . هذا الإنجاز العملي يضع المجسات الكمومية على أعتاب الإجابة عن أسئلة في علم الأحياء والطب كانت بعيدة المنال بالتقنيات التقليدية.

الخلاصة: تطيل منصة SQUINT عمر الاستقرار الكمومي ٦٠ ضعفًا، وتستخدم قراءة ميكانيكية نانوية فريدة، وتوفر بالفعل حساسية لعشرة أنوية — مع طريق واضح نحو حساسية النواة الواحدة. هذا يفتح نافذة مباشرة لتصوير البروتينات منفردة وتطوير أجيال جديدة من الأدوية.