德發明新量子傳感器顯微鏡

德國慕尼黑工業大學領導的科研團隊發明一種新的顯微鏡——核自旋顯微鏡。它可通過量子傳感器將核磁共振產生的磁信號轉換為光信號，并顯示為高分辨率圖像。該技術為在分子水平上理解微觀世界開辟了新的可能性。研究成果發表在新一期《自然·通訊》雜志上。

磁共振成像（MRI）技術可利用磁場創建人體器官和組織的詳細圖像。MRI設備會產生非常強的磁場，與體內氫核的微小磁場相互作用。由于氫原子在不同類型的組織中以特定的方式分布，因此可區分器官、關節、肌肉和血管。但如果想了解單細胞內微觀結構中發生的情況，人們就需要新的方法。

此次團隊把MRI技術擴展到更加微觀的領域。新方法的核心部件是一種由人造金剛石制成的量子傳感器。金剛石中的氮空位中心可測量納米級磁場。這種在原子水平上專門制備的金剛石可用作MRI磁場的高靈敏度量子傳感器。

量子傳感器可將磁共振信號轉換為光信號。當受到激光照射時，它會產生包含MRI信息的熒光信號。該信號由高速攝像機記錄，可獲得分辨率達到0.1微米的微觀圖像。

新顯微鏡未來甚至可看到單個細胞結構，潛在的應用前景廣闊。例如在癌癥研究中可獲得對腫瘤生長和擴散的新見解；在藥物研究中，可在分子水平上有效測試和優化活性成分；在材料科學領域，可用于分析薄膜材料或催化劑的化學成分。