上海維立勝衡傳感器有限公司
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閱讀：51發(fā)布時(shí)間：2025-2-23
核磁共振（NMR）和電子自旋共振（ESR）方法是利用粒子自旋探測物質(zhì)的技術(shù)，可應(yīng)用于基礎(chǔ)物理、化學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等各個(gè)學(xué)科。盡管其用途廣泛，但該技術(shù)的靈敏度（尤其是NMR）本質(zhì)上較低，這通常將磁共振(MR)信號的檢測限制在宏觀樣品體積內(nèi)。
近年來，基于金剛石氮空位（NV）中心的原子大小的磁場量子傳感器為檢測微米級和納米級甚至單自旋的MR信號鋪平了道路。從這個(gè)角度來看，本論文概述了這種不斷發(fā)展的技術(shù)前途的發(fā)展方向。生命科學(xué)預(yù)計(jì)將取得重大進(jìn)展，包括單分子和細(xì)胞研究、芯片實(shí)驗(yàn)室分析以及自由基或離子檢測中的應(yīng)用。同樣，NV-MR預(yù)計(jì)將對材料研究的各個(gè)領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，例如表面科學(xué)、催化、二維材料、薄膜、條件下的材料和量子技術(shù)。
一、簡介
二.從MR光譜到NV檢測MR
A.MR波譜簡介
B.NV檢測MR的基礎(chǔ)知識
三．基于NV的磁共振波譜的進(jìn)展和有前景的應(yīng)用
A.單分子研究
B.芯片實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用
C.單細(xì)胞生物學(xué)
D.氧化還原生物學(xué)和電化學(xué)
E.表面科學(xué)、薄膜材料和催化
F.二維材料
G.條件下的材料
H.量子技術(shù)
四．結(jié)論
過去十年見證了金剛石NV中心作為納米級磁信號探測器的能力。個(gè)重要的里程碑，例如來自單個(gè)生物分子的MR信號的傳感和成像、微流體中的微型NV-NMR或表面的NV-NMR已經(jīng)實(shí)現(xiàn)，如圖1所示。盡管近年來基于NV的磁共振展示了令人印象深刻的概念驗(yàn)證研究，但仍需要克服一些挑戰(zhàn)才能使該技術(shù)在未來幾年在實(shí)際應(yīng)用中可行。納米級NV-NMR未來的主要目標(biāo)之一是提高光譜分辨率，從而增加單分子研究可實(shí)現(xiàn)的化學(xué)信息。迄今為止，微米級NV-NMR實(shí)驗(yàn)受到濃度靈敏度有限的影響，可以通過超極化技術(shù)克服這一問題，這可能使未來的單細(xì)胞研究成為可能。這些技術(shù)與微流體的集成可以實(shí)現(xiàn)篩選和細(xì)胞分選，并應(yīng)用于代謝組學(xué)、藥物發(fā)現(xiàn)和診斷。此外，NV檢測磁共振波譜已被證明可用于在化學(xué)相關(guān)條件下以微米至納米級空間分辨率表征薄膜材料和表面化學(xué)。例如，通過使用NV-NQR光譜來改善化學(xué)信息將對材料、能源或表面科學(xué)產(chǎn)生重大影響。最后，使用同一實(shí)驗(yàn)平臺檢測核自旋和電子自旋（NV-NMR和ESR）以及磁場的可能性使得NV檢測MR作為多模態(tài)傳感器和顯微鏡平臺特別有吸引力。這使得能夠開發(fā)適應(yīng)所調(diào)查系統(tǒng)的復(fù)雜性的不同策略，并且相對容易實(shí)施?；谶@一觀點(diǎn)，基于NV的MR技術(shù)在未來具有取得重大進(jìn)步的巨大潛力，為生命和材料科學(xué)領(lǐng)域新穎而*的工具的開發(fā)鋪平了道路。
作者Roberto Rizzato；Nick R.von Grafenstein；Dominik B.Bucher。論文地址https://doi.org/10.1063/5.0169027
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