論文の概要: Label-free phase change detection of lipid bilayers using nanoscale
diamond magnetometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.13085v5
- Date: Tue, 12 Jan 2021 09:06:59 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-08 04:47:15.493299
- Title: Label-free phase change detection of lipid bilayers using nanoscale
diamond magnetometry
- Title（参考訳）: ナノスケールダイヤモンド磁気計による脂質二層膜のラベルフリー位相変化検出
- Authors: Hitoshi Ishiwata, Hiroshi C. Watanabe, Shinya Hanashima, Takayuki
Iwasaki and Mutsuko Hatano
- Abstract要約: ナノスケール体積からの相関スペクトルは、71.8mTの印加磁場で陽子のラーモア周波数に対応する3.06MHzの量子発振を示す。
本研究は, ナノスケールダイヤモンド磁気センサを用いたラベルフリー計測において, 翻訳拡散と温度変化の同時観察が可能であることを実証した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The NV center in a diamond is a quantum sensor with exceptional quality for
highly sensitive nanoscale analysis of NMR spectra and thermometry. In this
study, we investigate nanoscale phase change detection of lipid bilayers
utilizing ensemble-averaged nuclear spin detection from small volume ~ (6
nm)$^{3}$, which was determined by the depth of the NV center. Analysis of
nanoscale NMR signal confirm thickness of lipid bilayer to be 6.2 nm $\pm$ 3.4
nm with proton density of 65 proton/nm$^{3}$ verifying formation of lipid
bilayer on top of diamond sample. Correlation spectroscopy from nanoscale
volume reveals quantum oscillation at 3.06 MHz corresponding to the Larmor
frequency of proton at an applied magnetic field of 71.8 mT. The result of the
correlation spectroscopy was compared with the 2D molecular diffusion model
constructed by Monte Carlo simulation combined with results from molecular
dynamics simulation. There is a change in diffusion constant from 1.5 $\pm$
0.25 nm$^{2}$/${\mu}$s to 3.0 $\pm$ 0.5 nm$^{2}$/${\mu}$s when the temperature
changes from 26.5 $^\circ$C to 36.0 $^\circ$C. Our results demonstrate that
simultaneous observation of changes in translational diffusion and temperature
is possible in label-free measurements using nanoscale diamond magnetometry.
Our method paves the way for label-free imaging of cell membranes for
understanding its phase composition and dynamics.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中のNV中心は、NMRスペクトルと温度測定の高感度ナノスケール分析のための特別な品質の量子センサーである。
本研究では,NV中心の深さによって決定される小体積~(6nm)$^{3}$のアンサンブル平均核スピン検出による脂質二層膜のナノスケール相変化検出について検討した。
ナノスケールNMR信号の解析により、脂質二分子膜の厚さは6.2 nm$\pm$3.4 nmで、プロトン密度は65プロトン/nm$^{3}$で、ダイヤモンド試料の上に脂質二分子膜の形成を検証する。
ナノスケール体積の相関スペクトルは, 71.8mTの印加磁場における陽子のラーモア周波数に対応する3.06MHzの量子振動を呈し, モンテカルロシミュレーションで構築した2次元分子拡散モデルと分子動力学シミュレーションの結果を比較した。
1.5$\pm$ 0.25 nm$^{2}$/${\mu}$sから3.0$\pm$ 0.5 nm$^{2}$/${\mu}$sへの拡散定数の変化があり、温度が26.5$^\circ$Cから36.0$^\circ$Cへ変化する。
その結果, ナノスケールダイヤモンド磁力計を用いたラベルフリー測定では, 並進拡散と温度変化の同時観測が可能となった。
本手法は, 細胞膜を無ラベルでイメージングし, その相組成と動的特性を理解する方法である。
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