超灵敏量子生物传感器能“潜入”细胞读信号

科技日报北京5月26日电 （记者张佳欣）将超灵敏的量子传感器置入活细胞中，用于追踪细胞变化、早期发现癌症和其他疾病，是当前最前沿的研究方向之一。最近，美国芝加哥大学普利兹克分子工程学院研究团队开发出一种全新的金刚石量子生物传感器，不仅能顺利“潜入”细胞内部，还比以往更稳定、更灵敏。相关论文发表在最新一期《美国国家科学院院刊》上。

许多最优秀、最强大的量子传感器通常由金刚石制造而成。位于金刚石纳米晶体中的量子比特即使在足够小、能被细胞“吞噬”进入其体内的粒子中，仍可保持量子相干性，也就是信号的稳定和可读性。然而，金刚石颗粒越小，量子信号就越弱，传感器的性能就越差，这一问题长期影响着该领域的科研进展。

此次，团队受到量子点发光二极管（QLED）电视的启发。这种电视使用量子点技术来呈现丰富的色彩。但在早期，这些颜色虽然亮丽，却不稳定，容易突然熄灭。但给量子点加上一层特殊外壳，就能抑制有害的表面效应，并增强发光效果。团队设想，如果金刚石量子传感器的问题也来自表面状态，那是不是也可以通过“包壳”来改善？

为了让这种传感器能够进入人体而不引发免疫反应，团队设计了一种硅氧烷外壳。这种材料做成的涂层颗粒不容易被免疫系统识别为“入侵者”，因此身体会更容易吞噬和消化这种颗粒。

此次结果出人意料：传感器自旋相干性提高了多达4倍，荧光强度增加了1.8倍，电荷稳定性也大大增强。外壳不仅起到了保护作用，更引发了电子从金刚石转移到壳层的过程。这种“去电子化”状态抑制了干扰量子信号的因素，从而增强了传感器性能，造就了一种更灵敏、更稳定地读取活细胞信号的方式。

这项成果融合了细胞生物学、量子科学、材料科学等学科研究，解决了纳米尺度下金刚石量子传感器性能骤降的难题，为未来将量子传感技术应用于生物医学打开了新大门。