Các nhà nghiên cứu tại Rice University, hợp tác với Oak Ridge National Laboratory, đã phát triển một khung lý thuyết mới được công bố trên The Journal of Chemical Physics. Khung này, gọi là chế độ riêng NMR, giải các phương trình vật lý đầy đủ chi phối quá trình thư giãn cộng hưởng từ hạt nhân trong chất lỏng thay vì dùng các mô hình giản lược. Để theo dõi chuyển động phân tử, nhóm dùng phương trình Fokker-Planck, qua đó tính toán xác suất vị trí và vận tốc của phân tử theo thời gian.
Các chế độ riêng xác định các kiểu phản ứng tự nhiên của phân tử nước với tác nhân tương phản ở cấp vi mô, nên khung cung cấp bức tranh chi tiết hơn về cách những chuyển động đó đóng góp vào quá trình thư giãn. Khung lý thuyết tái tạo chính xác các phép đo thực nghiệm ở các tần số MRI lâm sàng và cho thấy nhiều mô hình giản lược trước đây thực ra là các trường hợp đặc biệt của một lý thuyết tổng quát hơn.
Nhóm nghiên cứu cho biết công trình bắt nguồn từ mô phỏng động lực học phân tử chi tiết và rằng lý thuyết mới không chỉ dự đoán mà còn giúp giải thích hiện tượng thư giãn NMR trong chất lỏng. Họ phát hành mã nguồn mở để khuyến khích sử dụng và phát triển tiếp theo.
Khung này có khả năng hỗ trợ nghiên cứu ngoài lĩnh vực hình ảnh y khoa, vì thư giãn NMR được dùng để nghiên cứu chất lỏng trong nhiều bối cảnh. Nó có thể giúp nhà khoa học và kỹ sư hiểu rõ hơn chất lỏng trong không gian bị giới hạn và cung cấp thông tin cho các lĩnh vực sau:
- thiết kế pin,
- dòng chảy chất lỏng dưới bề mặt và đá rỗng,
- tế bào sinh học và các vấn đề khoa học vật liệu.
Nghiên cứu nhận được hỗ trợ từ Ken Kennedy Institute, Rice Creative Ventures Fund, Robert A. Welch Foundation và Oak Ridge Leadership Computing Facility tại Oak Ridge National Laboratory.
Từ khó
- khung lý thuyết — tổ hợp ý tưởng và công thức để giải thích hiện tượng
- chế độ riêng — kiểu dao động hoặc phản ứng tự nhiên của hệ
- thư giãn — sự phục hồi hoặc mất dần tín hiệu sau kích thích
- phân tử — hạt nhỏ cấu tạo nên chất, gồm nhiều nguyên tử
- mô phỏng — sử dụng máy tính để tái tạo hành vi của hệ
- mã nguồn mở — phần mềm được phát hành cho mọi người dùng
- giản lược — được làm đơn giản bằng cách bỏ bớt chi tiết
Mẹo: di chuột, dùng phím Tab hoặc chạm vào các từ được tô sáng trong bài để xem định nghĩa nhanh ngay khi bạn đọc hoặc nghe.
Câu hỏi thảo luận
- Mã nguồn mở có thể ảnh hưởng thế nào tới việc sử dụng và phát triển khung lý thuyết này? Nêu vài lý do hoặc ví dụ.
- Việc khung lý thuyết tái tạo chính xác các phép đo MRI lâm sàng có ý nghĩa gì cho chẩn đoán hoặc nghiên cứu y khoa?
- Bài viết nêu vài lĩnh vực ứng dụng (thiết kế pin, dòng chảy dưới bề mặt, tế bào sinh học). Bạn nghĩ khung này còn có thể giúp nghiên cứu vấn đề nào khác về chất lỏng? Vì sao?
Bài viết liên quan
Giám sát không khí thời gian thực bằng AI và cảm biến ở Nam Phi
Các nhà khoa học ở Nam Phi dùng phương pháp từ vật lý hạt để theo dõi chất lượng không khí thời gian thực. Hệ thống AI_r kết hợp cảm biến IoT chi phí thấp và trí tuệ nhân tạo, đang thử nghiệm ở Soweto và mở rộng tới Sedibeng.
