La microscopía de fuerza de resonancia magnética ( MRFM ) es una técnica de imagen que adquiere imágenes de resonancia magnética ( MRI ) a escalas nanométricas y posiblemente a escalas atómicas en el futuro. MRFM es potencialmente capaz de observar estructuras de proteínas que no se pueden ver mediante cristalografía de rayos X y espectroscopia de resonancia magnética nuclear de proteínas . Mediante esta técnica se ha demostrado la detección del espín magnético de un solo electrón . La sensibilidad de un microscopio MRFM actual es 10 mil millones de veces mayor que la de una resonancia magnética médica utilizada en los hospitales.
El concepto MRFM combina las ideas de la resonancia magnética (MRI) y la microscopía de fuerza atómica (AFM). La resonancia magnética convencional emplea una bobina inductiva como antena para detectar espines nucleares o electrónicos resonantes en un gradiente de campo magnético . MRFM utiliza un voladizo rematado con una partícula ferromagnética (hierro cobalto) para detectar directamente una fuerza de gradiente de espín modulada entre los espines de la muestra y la punta. La partícula magnética se caracteriza mediante la técnica de magnetometría cantilever . A medida que la punta ferromagnética se acerca a la muestra, los espines nucleares de los átomos se sienten atraídos hacia ella y generan una pequeña fuerza sobre el voladizo. Luego, los giros se giran repetidamente, lo que hace que el voladizo se balancee suavemente hacia adelante y hacia atrás en un movimiento sincrónico. Ese desplazamiento se mide con un interferómetro (rayo láser) para crear una serie de imágenes bidimensionales de la muestra, que se combinan para generar una imagen tridimensional. El interferómetro mide la frecuencia de resonancia del voladizo. Las partículas ferromagnéticas más pequeñas y los voladizos más suaves aumentan la relación señal-ruido . A diferencia del enfoque de bobina inductiva, la sensibilidad de MRFM aumenta favorablemente a medida que se reducen las dimensiones del dispositivo y de la muestra.
Debido a que la relación señal-ruido es inversamente proporcional al tamaño de la muestra, el movimiento browniano es la principal fuente de ruido en la escala en la que MRFM es útil. En consecuencia, los dispositivos MRFM se enfrían criogénicamente . MRFM fue ideado específicamente para determinar la estructura de las proteínas in situ .
Los principios básicos de las imágenes MRFM y la posibilidad teórica de esta tecnología se describieron por primera vez en 1991. [1] La primera imagen MRFM se obtuvo en 1993 en el Centro de Investigación IBM Almaden con una resolución vertical de 1 μm y una resolución lateral de 5 μm utilizando un muestra masiva de la sustancia paramagnética difenilpicrilhidrazilo . [2] La resolución espacial alcanzó la escala nanométrica en 2003. [3] La detección del espín magnético de un solo electrón se logró en 2004. [4] En 2009, investigadores de IBM y Stanford anunciaron que habían logrado una resolución superior a 10 nanómetros, imágenes de partículas del virus del mosaico del tabaco en una capa de hidrocarburos adsorbidos de un espesor de nanómetros. [5]