本报讯 记者从中国科大获悉，近日，该校中国科学院微观磁共振重点实验室杜江峰、石发展、孔飞等人在量子精密测量领域取得重要进展，利用单个纳米金刚石内部的氮-空位色心（NVcenter）进行量子传感，克服颗粒随机转动问题，在原位条件下探测到了溶液中顺磁离子的磁共振谱。

在生理原位条件下对分子进行探测解析，是生命科学领域的一个重要目标。只有在生理原位条件下对生物分子进行观察，才能获知其实现生理功能时的构象变化等信息，帮助解决细胞信号通路、药物靶点识别等重要问题。磁共振技术兼容生理环境，是最有可能实现生理原位探测的方法。得益于其灵敏度高、生物兼容性好的特点，NV色心量子传感器非常适合用于生理原位的探测，利用纳米金刚石中的NV色心，有望实现细胞内的原位磁共振探测。

然而，在活细胞内追踪纳米金刚石运动的结果表明，它在细胞内部和细胞膜上都会随机转动，导致NV色心感受到的有效操控微波场强度发生随机变化，让当前通用的磁共振探测方式失效。为了解决这一问题，研究团队设计了幅度调制序列，用这种序列会在NV色心上产生一系列等间隔的能级，间隔大小只由调制频率决定，与有效操控场强度无关。

该研究在原位条件下，对纳米金刚石所处溶液环境中的离子进行了顺磁共振谱测量。为了模拟纳米金刚石在细胞内的运动，研究人员用长链分子将纳米金刚石“拴”在基底上，限制其平动范围，但保留转动自由度。这种纳米金刚石可以深入目标内部进行探测，实验中选定被测目标为氧钒离子溶液。当纳米金刚石存在转动时，难以对NV色心进行精确的量子操控，但应用幅度调制微序列，依然能够测得氧钒离子的零场顺磁共振谱。这一结果从原理上证明了用纳米金刚石中的NV色心实现细胞内生理原位磁共振探测是可行的。（记者 葛清政）

合肥日报 2023-10-17

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