德发明新量子传感器显微镜

德国慕尼黑工业大学领导的科研团队发明一种新的显微镜——核自旋显微镜。它可通过量子传感器将核磁共振产生的磁信号转换为光信号，并显示为高分辨率图像。该技术为在分子水平上理解微观世界开辟了新的可能性。研究成果发表在新一期《自然·通讯》杂志上。

磁共振成像（MRI）技术可利用磁场创建人体器官和组织的详细图像。MRI设备会产生非常强的磁场，与体内氢核的微小磁场相互作用。由于氢原子在不同类型的组织中以特定的方式分布，因此可区分器官、关节、肌肉和血管。但如果想了解单细胞内微观结构中发生的情况，人们就需要新的方法。

此次团队把MRI技术扩展到更加微观的领域。新方法的核心部件是一种由人造金刚石制成的量子传感器。金刚石中的氮空位中心可测量纳米级磁场。这种在原子水平上专门制备的金刚石可用作MRI磁场的高灵敏度量子传感器。

量子传感器可将磁共振信号转换为光信号。当受到激光照射时，它会产生包含MRI信息的荧光信号。该信号由高速摄像机记录，可获得分辨率达到0.1微米的微观图像。

新显微镜未来甚至可看到单个细胞结构，潜在的应用前景广阔。例如在癌症研究中可获得对肿瘤生长和扩散的新见解；在药物研究中，可在分子水平上有效测试和优化活性成分；在材料科学领域，可用于分析薄膜材料或催化剂的化学成分。