Một nhóm nghiên cứu do Giáo sư Yossi Paltiel của Đại học Do Thái Jerusalem và nhóm nghiên cứu từ Weizmann và IST ở Áo dẫn đầu gần đây đã tiến hành một nghiên cứu cho thấy tác động đáng kể của spin hạt nhân đối với các hoạt động sinh học. Khám phá này thách thức những giả định lâu nay và mở ra những khả năng thú vị cho những tiến bộ trong công nghệ sinh học và sinh học lượng tử.
Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra tác động đáng kể của spin hạt nhân lên các quá trình sinh học, đặc biệt là động lực học oxy trong môi trường bất đối. Bước đột phá này sẽ cách mạng hóa công nghệ sinh học, sinh học lượng tử, tách đồng vị và công nghệ cộng hưởng từ hạt nhân. Nguồn: Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia
Các nhà khoa học từ lâu đã tin rằng spin hạt nhân không ảnh hưởng đến các quá trình sinh học. Tuy nhiên, nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng một số đồng vị nhất định hoạt động khác nhau tùy thuộc vào spin hạt nhân của chúng. Nhóm nghiên cứu tập trung vào các đồng vị oxy ổn định (16O, 17O, 18O) và phát hiện ra rằng spin hạt nhân có tác động đáng kể đến động lực học của oxy trong môi trường bất đối, đặc biệt là trong quá trình vận chuyển oxy.
Những phát hiện này, được công bố trong Kỷ yếu uy tín của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia (PNAS), có ý nghĩa tiềm tàng đối với việc tách đồng vị có kiểm soát và có thể cách mạng hóa công nghệ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR).
Trưởng nhóm nghiên cứu, Giáo sư Yossi Paltiel bày tỏ sự phấn khích về ý nghĩa của những phát hiện này. Ông nói: "Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy spin hạt nhân đóng một vai trò quan trọng trong các quá trình sinh học, cho thấy rằng việc điều khiển spin hạt nhân có thể dẫn đến những ứng dụng đột phá trong công nghệ sinh học và sinh học lượng tử. Điều này có tiềm năng cách mạng hóa quy trình phân tách đồng vị và cung cấp những hiểu biết mới về các lĩnh vực như cộng hưởng từ hạt nhân. Các miền mang đến những khả năng mới." Ví dụ, nghiên cứu các hiệu ứng lượng tử trong việc điều hướng chim có thể giúp một số loài chim tìm đường trong những hành trình dài. Ở thực vật, việc sử dụng hiệu quả ánh sáng mặt trời làm năng lượng chịu tác động của hiệu ứng lượng tử.
Mối liên hệ giữa thế giới của các hạt nhỏ bé và các sinh vật sống có thể đã có từ hàng tỷ năm trước, khi sự sống bắt đầu xuất hiện và các phân tử có hình dạng đặc biệt được gọi là chirality. Chirality rất quan trọng vì chỉ những phân tử có hình dạng chính xác mới có thể thực hiện những công việc chúng cần làm trong cơ thể sống.
Mối liên hệ giữa chirality và cơ học lượng tử được tìm thấy ở "spin", hoạt động giống như một dạng từ tính cực nhỏ. Các phân tử bất đối có thể tương tác với các hạt khác nhau tùy thuộc vào spin của chúng, điều này được gọi là "độ chọn lọc spin do chirality" (CISS).
Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng spin ảnh hưởng đến các hạt nhỏ như electron trong các quá trình sống liên quan đến các phân tử bất đối. Họ muốn nghiên cứu xem liệu spin có ảnh hưởng đến các hạt lớn hơn, chẳng hạn như các ion và phân tử, là cơ sở của sự vận chuyển sinh học hay không. Vì vậy họ đã tiến hành thí nghiệm sử dụng các hạt nước có spin khác nhau. Kết quả cho thấy spin ảnh hưởng đến cách hoạt động của nước trong tế bào, trong đó nước xâm nhập vào tế bào với tốc độ khác nhau và phản ứng theo những cách độc đáo khi có sự tham gia của các phân tử bất đối.
Nghiên cứu này nhấn mạnh tầm quan trọng của spin trong quá trình sống. Hiểu và kiểm soát chuyển động quay có thể có ý nghĩa quan trọng đối với cách thức hoạt động của các sinh vật sống. Nó cũng có thể giúp cải thiện hình ảnh y tế và tạo ra những phương pháp mới để điều trị bệnh.