量子光提高了生物測量的靈敏度

在一項新研究中，研究人員表明，量子光可用于實時跟蹤酶反應。這項工作將量子物理學和生物學結合在一起，是朝著生物醫(yī)學應用量子傳感器發(fā)展的重要一步。

被稱為酶的復雜分子負責我們體內的許多過程。但是，使用光學方法很難研究它們，因為過多的光會降低其活性，甚至完全停止其活性。

在光學學會(OSA)的《光學快報》上，一個多學科的研究小組表明，將光控制在單光子或量子水平可以實現準確的測量而不會破壞酶的活性。

“盡管可能需要幾年的時間才能實現實用的量子傳感器，但是這種原理驗證實驗還是很重要的，”意大利大學研究中心的研究小組負責人Ilaria Gianani說。“它有助于查明我們可以開始與其他領域建立共享知識的領域，并揭示需要技術進步才能取得進步的領域。”

單光子控制

在研究生物分子時，重要的是避免使用可能會改變其特性或行為的光水平。實現這一點可能是具有挑戰(zhàn)性的，因為低水平的光線可能無法提供太多信息，并且噪聲可以輕松克服微弱的信號。如今，已經對酶進行了研究，測量方法是對從主要樣品中收集的化驗進行測量，以避免光損傷樣品。該過程不僅花費時間，而且還阻止了實時直接觀察酶。

研究人員通過開發(fā)一種裝置解決了這個問題，該裝置可以使他們在單個光子的水平??上極其精確地控制光。這使得可以在不破壞酶的情況下使用低照度，并有可能獲得更高的靈敏度。直接處理樣品的能力還允許以更高的分辨率進行動態(tài)跟蹤。

“我們成功的關鍵是知道如何處理光子的量子物理學家與知道如何處理生物系統的生物學家之間的合作。” 加尼亞尼說。“盡管起初很難交流思想，但團隊最終得以發(fā)展壯大，并發(fā)展出一種共同的語言來幫助工作順利進行。如果沒有該團隊首席研究員M. Barbieri教授的監(jiān)督，這種合作是不可能的。量子光學集團。”

跟蹤酶活性

研究人員使用他們的新技術來追蹤由于一種稱為轉化酶的酶的活性而導致的蔗糖溶液手性的變化。跟蹤手性(給定分子旋轉光偏振的能力)可提供信息，該信息可用于確定酶已處理了多少蔗糖分子。實驗表明，量子光可用于實時探測酶活性，而不會干擾樣品。

賈尼尼說：“這項工作只是量子傳感器可以做的一個例子。” “量子傳感器可用于無數種應用的最佳光，包括生物成像，磁場傳感甚至重力波檢測。”

研究人員說，在他們的方法成為跟蹤酶促反應的首選方法之前，需要解決一些技術問題。例如，光損失是一個很強的限制因素，但他們希望他們的工作將有助于刺激可以解決該問題的技術發(fā)展。