腫瘤的發(fā)展始于身體細(xì)胞內(nèi)的微小變化，最小尺度的離子擴(kuò)散對(duì)于電池的性能至關(guān)重要。到目前為止，傳統(tǒng)成像方法的分辨率還不夠高，無(wú)法詳細(xì)表示這些過(guò)程。由德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)（Technical University of Munich，TUM）領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開(kāi)發(fā)了金剛石量子傳感器，可用于提高磁成像的分辨率。

核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance，NMR）是科學(xué)研究中的一種重要成像方法，常用于不損壞組織和結(jié)構(gòu)的情況下將研究對(duì)象可視化。該技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更為人所知的名稱是磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI），將患者移入大型電磁鐵的孔中。MRI設(shè)備會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，與體內(nèi)氫核的微小磁場(chǎng)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，因此可以區(qū)分器官、關(guān)節(jié)、肌肉和血管。核磁共振方法還可用于可視化水和其他元素的擴(kuò)散。例如，科學(xué)研究通常涉及觀察碳（C）或鋰（Li）的行為，以探索酶的結(jié)構(gòu)或電池中的過(guò)程?！艾F(xiàn)有的NMR方法提供了良好的結(jié)果，例如在識(shí)別細(xì)胞集落中的異常過(guò)程時(shí)，”慕尼黑工業(yè)大學(xué)量子傳感教授Dominik Bucher說(shuō)，“但如果我們想解釋單細(xì)胞內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)中發(fā)生的情況，我們需要新的方法?！?/p>

利用金剛石制成的傳感器

慕尼黑工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)為此制作了一種由人造金剛石制成的量子傳感器（Quantum Sensor）。弗勞恩霍夫應(yīng)用固體物理研究所（Fraunhofer Institute for Applied Solid State Physics，IAF）的Peter Knittel博士解釋說(shuō)：“我們?cè)谥圃爝^(guò)程中就已經(jīng)用特殊的氮和碳原子豐富了金剛石層，為新的NMR方法提供了金剛石層?！鄙L(zhǎng)后，電子輻射將單個(gè)碳原子從鉆石的完美晶格中分離出來(lái)。由此產(chǎn)生的缺陷排列在氮原子旁邊——形成了一個(gè)所謂的氮空位中心。這種空位具有傳感所需的特殊量子力學(xué)特性?！拔覀儗?duì)材料的處理優(yōu)化了量子態(tài)的持續(xù)時(shí)間，這使得傳感器能夠測(cè)量更長(zhǎng)時(shí)間，”Knittel補(bǔ)充道。

量子傳感器通過(guò)首次測(cè)試

氮空位中心的量子態(tài)與磁場(chǎng)相互作用?！皝?lái)自樣本的MRI信號(hào)隨后被轉(zhuǎn)換為光學(xué)信號(hào)，我們可以以高空間分辨率檢測(cè)該信號(hào)，”Bucher解釋道。為了測(cè)試該方法，慕尼黑工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家在金剛石量子傳感器上放置了一個(gè)帶有微小充滿水通道的微芯片。“這使我們能夠模擬細(xì)胞的微觀結(jié)構(gòu)，”布赫說(shuō)。研究人員能夠成功分析水分子在微觀結(jié)構(gòu)內(nèi)的擴(kuò)散。

下一步，研究人員希望進(jìn)一步開(kāi)發(fā)該方法，以研究單個(gè)活細(xì)胞、組織切片的微觀結(jié)構(gòu)或電池應(yīng)用薄膜材料的離子淌度?！昂舜殴舱窈秃舜殴舱窦夹g(shù)能夠直接檢測(cè)原子和分子的遷移率，這使得它們與其他成像方法相比絕對(duì)獨(dú)一無(wú)二，”德國(guó)弗萊堡大學(xué)（University of Freiburg）的Maxim Zaitsev教授說(shuō)?！拔覀儸F(xiàn)在找到了一種方法，可以在未來(lái)顯著提高目前通常被認(rèn)為不夠精細(xì)的空間分辨率?！?/p>

Source: sciencedaily; TUM

• 微型核磁共振設(shè)備