科学家成功将金刚石量子传感器植入活细胞内部

研究人员通过QLED屏幕中使用的二氧化硅涂层，突破了纳米金刚石作为生物传感器的技术瓶颈。

奢华钻石、量子物理与QLED平板电视有何共通之处？若将它们的特性相结合，就能创造出可植入细胞内部的量子传感器，在糖尿病、癌症等疾病萌芽阶段实现早期检测。

这并非天方夜谭，而是芝加哥大学和爱荷华大学科研团队的最新突破。他们借鉴QLED屏幕的特殊涂层技术，将普通金刚石纳米粒子改造成可在活细胞内工作的先进量子传感器，这项创新或将彻底改变细胞健康监测和疾病早期诊断方式。

研究负责人、芝加哥大学博士生Uri Zvi表示："这项研究为纳米级量子传感奠定了突破性基础，对精准诊断、细胞成像等生物工程应用具有深远意义。"

纳米金刚石的性能困局

科学界早已发现，金刚石中的氮-空位（NV）中心缺陷具有量子传感器功能。这些NV中心对磁场、温度和电信号变化极其敏感，是监测活细胞内部活动或材料深层特性的理想选择。

但技术瓶颈在于：要让金刚石进入细胞，必须将其缩小至100纳米以下。在这种纳米尺度下，NV中心的量子特性显著衰减，无法保持精密传感器所需的稳定性能。

十余年来，科研人员尝试了表面清洁、形貌改造甚至晶体结构调整等多种方案，但纳米金刚石的量子性能始终不尽如人意。"前人虽然使用过金刚石纳米晶体作为生物传感器，但实际表现远低于理论预期。"Zvi指出。

给量子传感器穿上"防护服"

研究团队从消费电子领域获得灵感。他们注意到QLED电视中的量子点发光材料通过特殊涂层保持稳定发光，这种核壳结构有效防止了量子点的性能衰减。

团队创新性地为金刚石量子传感器设计了类似的核壳结构：以金刚石纳米颗粒为核心，外层包裹化学性质稳定、生物相容性优异的二氧化硅涂层。这种"防护服"不仅能隔绝表面损伤和环境噪声，通过精确调控壳层厚度与界面化学键合，更完整保留了金刚石的量子特性。

实验数据显示：包裹涂层的纳米金刚石信号强度提升1.8倍，即使在活细胞环境中仍能保持稳定的量子信号输出。显微镜下，科学家首次在细胞内部读取到清晰的量子信号，这在此前是难以企及的突破。

"这项研究不仅带来了更好的传感器，还为量子纳米材料中的相干性和电荷稳定性工程提供了新的定量框架。"Zvi强调。

相关成果已发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。

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