化工儀器網(wǎng)首頁>資訊中心>項(xiàng)目成果>正文

NV色心量子傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)原位溶液磁共振譜測量
2023年10月18日 10:31:06 來源：化工儀器網(wǎng) 點(diǎn)擊量：4515

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰、石發(fā)展、孔飛等人在量子精密測量領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，利用單個(gè)納米金剛石內(nèi)部的NV色心進(jìn)行量子傳感，克服顆粒隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)問題，在原位條件下探測到了溶液中順磁離子的磁共振譜。

　　【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】量子傳感器是一種根據(jù)量子力學(xué)規(guī)律、利用量子效應(yīng)設(shè)計(jì)的、用于執(zhí)行對系統(tǒng)被測量進(jìn)行變換的物理裝置。目前，常見的量子傳感器包括里德堡原子、原子磁力計(jì)、超導(dǎo)量子干涉儀、金剛石NV色心等。其中，氮-空位(NV)色心是金剛石中的一種發(fā)光點(diǎn)缺陷結(jié)構(gòu)，有著卓越的光學(xué)特性和自旋極化特性，并且由于其獨(dú)特的載體穩(wěn)定性和室溫大氣環(huán)境兼容性，可用作生物細(xì)胞的溫度傳感器，也可用于微波磁場的精密測量。提升其探測靈敏度是最重要的發(fā)展方向之一。
 
　　在生理原位條件下對分子進(jìn)行探測解析，是生命科學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)重要目標(biāo)。只有在生理原位條件下對生物分子進(jìn)行觀察，才能獲知其實(shí)現(xiàn)生理功能時(shí)的構(gòu)象變化等信息，幫助解決細(xì)胞信號(hào)通路、藥物靶點(diǎn)識(shí)別等重要問題。磁共振技術(shù)兼容生理環(huán)境，可以進(jìn)行原位的無損探測，也可以通過自旋標(biāo)記等手段，從細(xì)胞內(nèi)雜亂的背景信號(hào)中選擇性地探測目標(biāo)分子的共振譜，是最有可能實(shí)現(xiàn)生理原位探測的方法。
 
　　傳統(tǒng)磁共振譜儀所進(jìn)行的是系綜分子探測，而NV色心量子傳感器可以在室溫大氣條件下對單分子進(jìn)行磁共振檢測，避免系綜平均導(dǎo)致的單分子譜線特征缺失，具有獨(dú)到的優(yōu)勢。并且NV色心的載體是金剛石，它的性質(zhì)穩(wěn)定，也具有生物兼容性，因此近年來有不少研究將含有NV色心的熒光納米金剛石用作細(xì)胞內(nèi)的長壽命熒光標(biāo)記。得益于其靈敏度高、生物兼容性好的特點(diǎn)，NV色心量子傳感器非常適合用于生理原位的探測，利用納米金剛石中的NV色心，有望實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)的原位磁共振探測。
 
　　中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)中國科學(xué)院微觀磁共振重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室杜江峰、石發(fā)展、孔飛等人在量子精密測量領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，利用單個(gè)納米金剛石內(nèi)部的NV色心進(jìn)行量子傳感，克服顆粒隨機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)問題，在原位條件下探測到了溶液中順磁離子的磁共振譜。
 
　　他們在原位條件下，對納米金剛石所處溶液環(huán)境中的離子進(jìn)行了順磁共振譜測量。為了模擬納米金剛石在細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，研究人員用長鏈分子將納米金剛石“拴”在基底上，限制其平動(dòng)范圍，但保留轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。這種納米金剛石可以深入目標(biāo)內(nèi)部進(jìn)行探測，實(shí)驗(yàn)中選定被測目標(biāo)為氧釩離子溶液。當(dāng)納米金剛石存在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，難以對NV色心進(jìn)行精確的量子操控，但應(yīng)用幅度調(diào)制微序列，依然能夠測得氧釩離子的零場順磁共振譜。
 
　　這一結(jié)果從原理上證明了用納米金剛石中的NV色心實(shí)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)生理原位磁共振探測是可行的。除此之外，本工作所探測的氧釩離子本身具有生物學(xué)功能，用運(yùn)動(dòng)的單個(gè)納米金剛石所測到順磁共振譜可分析獲取氧釩離子的超精細(xì)常數(shù)，今后有可能用于推斷氧釩離子所處的局域環(huán)境。未來通過改善微波輻射結(jié)構(gòu)效率、提升納米金剛石性質(zhì)等方法，將能進(jìn)一步提升測量速度，將這一方法推向?qū)嶋H應(yīng)用。
 
　　目前，該研究團(tuán)隊(duì)此前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)固態(tài)環(huán)境單分子磁共振檢測[Science. 347, 1135–1138 (2015)]，通過技術(shù)提升，將檢測條件放寬至水溶液環(huán)境[Nat.Methods. 15, 697–699 (2018)]，這項(xiàng)工作又進(jìn)一步推進(jìn)至原位環(huán)境[Nat.Commun. 14, 6278 (2023)]，該方向系統(tǒng)性的研究成果逐步向著實(shí)現(xiàn)細(xì)胞原位的單分子尺度微觀磁共振邁進(jìn)。
 
　　該項(xiàng)研究成果以“In situ electron paramagnetic resonance spectroscopy using single nanodiamond sensors”為題，發(fā)表在《Nature Communications》上。
 
　　(資料來源：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué))
關(guān)鍵詞

相關(guān)閱讀 Related Reading

查看更多+

  • 國產(chǎn)半導(dǎo)體真空泵企業(yè)完成5億元融資 加速國產(chǎn)化進(jìn)程

    國內(nèi)半導(dǎo)體真空泵企業(yè)北京通嘉完成5億元融資，由北京新材料基金領(lǐng)投，多家機(jī)構(gòu)跟投。資金將用于研發(fā)、市場拓展及人才引進(jìn)。
    2025-04-10 15:49:59

  • 新型半導(dǎo)體技術(shù)造就世界最小LED

    近日，浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院/海寧國際聯(lián)合學(xué)院狄大衛(wèi)教授和趙保丹研究員團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出微米和納米鈣鈦礦LED，其降尺寸過程僅造...
    2025-03-21 11:01:14

  • 核心裝備賦能半導(dǎo)體創(chuàng)新 雷博科儀閃耀慕尼黑上海光博會(huì)

    在本次展會(huì)現(xiàn)場，雷博科儀攜五大優(yōu)良儀器——AC200勻膠機(jī)、DM200-SE顯影機(jī)、HP100-SE烤膠機(jī)、EC400有機(jī)-金屬真...
    2025-03-18 15:11:24

  • 天準(zhǔn)科技募資不超過9億元 加碼布局工業(yè)視覺等三大領(lǐng)域

    2月12日，天準(zhǔn)科技宣布發(fā)行9億元可轉(zhuǎn)債，資金用于工業(yè)視覺裝備及精密測量儀器、半導(dǎo)體量測設(shè)備及智能駕駛控制器的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。
    2025-02-14 14:26:19

  • 復(fù)旦大學(xué)分子束外延（MBE）中標(biāo)結(jié)果公告

    項(xiàng)目名稱：復(fù)旦大學(xué)分子束外延（MBE）采購項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：3109-244Z20243037，招標(biāo)范圍：分子束外延（MBE），1套...
    2024-12-21 13:17:40

  • 半導(dǎo)體器件專用設(shè)備制造增長31.5% 制造業(yè)高端化持續(xù)推進(jìn)

    《中國發(fā)展報(bào)告2024》顯示，2023年，我國半導(dǎo)體器件專用設(shè)備制造、航天器及運(yùn)載火箭制造、飛機(jī)制造業(yè)等高技術(shù)高附加值行業(yè)增加值分...
    2024-12-17 14:40:30

版權(quán)與免責(zé)聲明

  • ①凡本網(wǎng)注明“來源：化工儀器網(wǎng)”的所有作品，均為浙江興旺寶明通網(wǎng)絡(luò)有限公司-化工儀器網(wǎng)合法擁有版權(quán)或有權(quán)使用的作品，未經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載、摘編或利用其他方式使用上述作品。已經(jīng)本網(wǎng)授權(quán)使用作品的，應(yīng)在授權(quán)范圍內(nèi)使用，并注明“來源：化工儀器網(wǎng)”。違反上述聲明者，本網(wǎng)將追究其相關(guān)法律責(zé)任。
  • ②本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明自其他來源（非化工儀器網(wǎng)）的作品，目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對其真實(shí)性負(fù)責(zé)，不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的作品第一來源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任。
  • ③如涉及作品內(nèi)容、版權(quán)等問題，請?jiān)谧髌钒l(fā)表之日起一周內(nèi)與本網(wǎng)聯(lián)系，否則視為放棄相關(guān)權(quán)利。
新能源領(lǐng)域突破利器：電子顯微鏡與XPS技術(shù)在鋰電、綠氫、光伏中的應(yīng)用
關(guān)閉