科學拒絕例行公事 失控原子對核磁共振成像影響背離以往經驗
近日,在美國俄亥俄州立大學進行的一次絕熱實驗中,意外的發(fā)現(xiàn)促使研究員進行了有別以往的探索,進而提出一種新方法來解釋原子行為,產生了比以往任何一次都要清晰的核磁共振圖像。
這一成果的應用性,體現(xiàn)在獲取復雜生物分子的更圖像,推進便攜式核磁共振成像儀的誕生。更重要的是,這次背離以往經驗做法的行為導致了全新科學論調的產生。
關于MRI與原子特性
核磁共振成像(MRI)利用核磁共振原理,依據所釋放的能量在物質內部不同結構環(huán)境中的差異性衰減,通過外加梯度磁場檢測所發(fā)射出的電磁波,即可得知構成這一物體原子核的位置和種類,據此繪制出物體內部結構圖。
通往核磁共振成像技術的道路,一直伴隨著對原子特性的探索。核磁共振中的“核”指的即是氫原子核,原子核帶正電并有自旋運動,其自旋必將產生磁矩,這是核磁共振成像的數學運算基礎,因此,核磁共振成像也被稱為自旋成像。
人體約70%%都是由水組成,核磁共振成像便可依賴于水中的氫原子,以非入侵性方式探測液體和固體的微觀構造及相互作用,因而這是一項能用于人體內部成像的革命性醫(yī)學手段。目前的核磁共振技術已能在不損傷細胞的前提下,直接探究溶液和活細胞中相對分子質量較?。?0000道爾頓以下)的蛋白質、核酸以及其他分子的結構。
意外的發(fā)現(xiàn)
然而,在以往對復雜物體成像時,核磁共振圖片還存在著令人不滿意之處———例如對人體大腦的成像。當把腦體置于磁場中時,以適當的電磁波照射,產生共振并分析所釋放的電磁波,就可以得到腦體內部原子核相關情況。但當原子之間發(fā)生反方向運動時,其zui終成像會被抵消,圖片會表現(xiàn)為在細節(jié)上有所缺失。
為應付這種情況,經常采取的手法是絕熱實驗,其是用絕熱快速通道來控制原子或分子的布居數和相干性的原理,對原子自旋進行嚴格控制。但美國俄亥俄州大學化學教授菲利普·葛蘭帝內提與其同事在zui近一次絕熱實驗中,卻發(fā)現(xiàn)原子并非*按其意愿行動。