上海維立勝衡傳感器有限公司
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閱讀：25發(fā)布時間：2025-3-11
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰教授、史發(fā)占教授和孔飛教授的團隊利用單個氮空位（NV）中心用于量子傳感的納米金剛石克服了隨機粒子旋轉(zhuǎn)的問題。該研究發(fā)表于10月7日《Nature Communications》（NC）雜志上。
在生理原位條件下檢測和分析分子是生命科學(xué)領(lǐng)域的一個重要目標(biāo)。只有在這種條件下觀察生物分子，才能揭示其實現(xiàn)生理功能時的構(gòu)象變化。
NV中心量子傳感器由于其靈敏度高、生物相容性好以及常溫大氣下單分子磁共振檢測的特點，比傳統(tǒng)磁共振儀器更適合生理原位檢測。
然而，追蹤活細(xì)胞內(nèi)納米金剛石運動的結(jié)果表明，它在細(xì)胞內(nèi)部和細(xì)胞膜上都隨機旋轉(zhuǎn)，使得目前常見的磁共振檢測方法失效。
為了解決這個問題，研究團隊設(shè)計了一種幅度調(diào)制序列，它將在NV中心產(chǎn)生一系列等間隔的能級。
當(dāng)NV中心的能級與被測目標(biāo)的能級匹配時，就會發(fā)生共振，NV中心的狀態(tài)會發(fā)生變化。
通過掃描調(diào)制頻率，可以獲得目標(biāo)的電子順磁共振（EPR）光譜，并且光譜峰的位置不再受NV中心空間取向的影響。
本工作采用EPR光譜法在原位條件下測量了納米金剛石溶液環(huán)境中的離子。研究小組模擬納米金剛石在細(xì)胞內(nèi)的運動來檢測溶液中的氧釩離子。
當(dāng)納米金剛石發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，很難對NV中心進(jìn)行精確的量子操縱，但仍可以測量氧釩離子的零場EPR譜。
這一結(jié)果從原理上證明了利用納米金剛石中的NV中心實現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)生理原位磁共振檢測是可行的。
本工作檢測到的氧釩離子本身就具有生物學(xué)功能。通過單個移動納米金剛石測量的EPR譜可以分析獲得氧釩離子的超精細(xì)常數(shù)。
研究團隊此前已將單分子磁共振檢測的檢測條件從固體條件放寬到水溶液環(huán)境，此次工作進(jìn)一步將其推廣至原位環(huán)境。
成果詳情/articles/s41467-023-41903-5
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