یک تیم تحقیقاتی بین‌المللی از چندین دانشگاه و شرکت اروپایی به رهبری فیزیکدان کوانتومی مارکوس آرنت از دانشگاه وین به پیشرفتی در تشخیص یون‌های پروتئینی دست یافته‌اند. این گروه نشان دادند که آشکارسازهای حاوی نانوسیم ابررسانا به‌دلیل حساسیت بالا، تقریباً ۱۰۰ درصد کارایی کوانتومی دارند و از راندمان تشخیص ادوات معمولی فراتر می‌روند.
آشکارسازهای حاوی نانوسیم پروتئین‌ها را بهتر تشخیص دادند
برخلاف آشکارسازهای معمولی، آنها همچنین می‌توانند ماکرومولکول‌ها را با انرژی ضربه پایین تشخیص دهند. این موضوع امکان تشخیص پروتئین‌ها را با حساسیت بالاتر فراهم می‌کند و اطلاعات بیشتری را در طیف‌سنجی جرمی ارائه می‌نماید.
این آشکارسازهای جدید تقریباً ۱۰۰٪ بازده کوانتومی را به دست می‌آورند و حساسیت را به‌ویژه در انرژی‌های پایین بسیار افزایش می‌دهند. حالت ابررسانایی نانوسیم‌ها موجب می‌شود تا تلفات جریان به حداقل برسد و حساسیت تشخیص را افزایش دهد و با این کار امکان تجزیه و تحلیل ماکرومولکول را متحول می‌کند. چنین آشکارسازهایی پتانسیل برای کاربرد گسترده‌تر در علوم زیستی، ارائه وضوح فضایی و قابلیت های تشخیص بهبود یافته را ممکن می‌سازد. نتایج این مطالعه اخیراً در مجله Science Advances منتشر شده است.
تشخیص، شناسایی و تجزیه و تحلیل ماکرومولکول‌ها در بسیاری از زمینه‌های علوم زیستی از جمله تحقیقات پروتئین، اهمیت دارد. طیف‌سنجی جرمی اغلب به‌عنوان یک سیستم تشخیص استفاده می‌شود، روشی که معمولاً ذرات باردار (یون‌ها) را بر اساس نسبت جرم به بار آنها جدا می‌کند و شدت سیگنال‌های تولید شده توسط یک آشکارساز را اندازه‌گیری می‌کند. این اطلاعات در مورد فراوانی نسبی انواع مختلف یون‌ها و در نتیجه ترکیب نمونه است.
با این حال، آشکارسازهای معمولی تنها قادر به دستیابی به راندمان تشخیص بالا و وضوح فضایی برای ذرات با انرژی ضربه بالا هستند، محدودیتی که اکنون توسط این تیم بین‌المللی از محققان با استفاده از آشکارسازهای نانوسیم ابررسانا برطرف شده است.
در مطالعه حاضر، یک کنسرسیوم اروپایی با هماهنگی دانشگاه وین، با شرکای خود در دانشگاه دلفت، لوزان (EPFL)، شرکت ام‌اس ویژن (MSVision) و دانشگاه بازل، برای اولین بار از نانوسیم‌های ابررسانا به‌عنوان آشکارسازهای عالی برای پرتوهای پروتئینی در طیف‌سنجی جرمی چهار قطبی استفاده کردند.
مارکوس آرنت، رهبر این پروژه از گروه نانوفیزیک کوانتومی در دانشکده فیزیک دانشگاه وین، توضیح می‌دهد: «اگر اکنون به‌جای آشکارسازهای معمولی از نانوسیم‌های ابررسانا استفاده کنیم، حتی می‌توانیم ذراتی را که با انرژی جنبشی کم به آشکارساز برخورد می‌کنند، شناسایی کنیم. این امر با خاصیت ویژه (ابر رسانایی) آشکارسازهای نانوسیم امکان‌پذیر می‌شود.»
کلید این روش تشخیص این است که نانوسیم‌ها در دماهای بسیار پایین وارد حالت ابررسانایی می‌شوند که در آن مقاومت الکتریکی خود را از دست می‌دهند و جریان بدون تلفات را امکان‌پذیر می‌کنند. تحریک نانوسیم‌های ابررسانا توسط یون‌های ورودی باعث بازگشت به حالت رسانایی طبیعی (انتقال کوانتومی) می‌شود. تغییر در خواص الکتریکی نانوسیم‌ها در طول این انتقال به‌عنوان یک سیگنال تشخیص تفسیر می‌شود.
