量子傳感器提供前所未有的靈敏度的磁共振

科學(xué)家已經(jīng)制定了一系列量子傳感器協(xié)議，可以通過(guò)使用最少量輻射的單個(gè)生物分子的核磁共振來(lái)獲得圖像。核磁共振(NMR)是各種應(yīng)用背后的技術(shù)，例如醫(yī)學(xué)成像，神經(jīng)科學(xué)或藥物和爆炸物的檢測(cè)。在量子傳感器的幫助下，核磁共振已經(jīng)適應(yīng)納米尺度制度，它既有可能影響許多學(xué)科，如生命科學(xué)，生物學(xué)，醫(yī)學(xué)，并提供無(wú)與倫比的精度和靈敏度的測(cè)量。

特別是，“我們期望量子傳感器和動(dòng)態(tài)解耦技術(shù)的結(jié)合使得單個(gè)生物分子能夠進(jìn)行核磁共振成像”，作者說(shuō)，其中包括Jorge Casanova博士(Ikerbasque研究員)和Ikerbasque教授Enrique Solano，他是Quantum Technologies for Information UPV / EHU物理化學(xué)系的科學(xué)(QUTIS)小組，以及CSIC和烏爾姆大學(xué)(德國(guó))的研究人員。這種量子增強(qiáng)的核磁共振“將能夠解決微小皮升樣品中的化學(xué)位移，生成具有無(wú)與倫比的靈敏度的生物傳感器，并為生物分子和生物過(guò)程的結(jié)構(gòu)，動(dòng)力學(xué)和功能提供新的見(jiàn)解，”他們補(bǔ)充道。

在這種背景下，提高核磁共振設(shè)置靈敏度的基本工具是應(yīng)用大的磁場(chǎng)“使我們的樣品極化，增強(qiáng)信號(hào)并增加相干性”，他們指出。例如，該策略用于MRI，其中人體受到超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的大磁場(chǎng)的影響。然而，當(dāng)將這些樣品與我們的量子傳感器連接時(shí)存在問(wèn)題，“因?yàn)槲覀兊臉悠氛袷幩俣瓤赡鼙任覀兊膫鞲衅骺梢愿S的速度快得多。”

在“物理評(píng)論快報(bào)”上發(fā)表的著作中，作者開(kāi)發(fā)了一種協(xié)議，允許量子傳感器測(cè)量任意樣本中的核和電子自旋，即使它們發(fā)生在大磁場(chǎng)中。這些方法使用低功率微波輻射來(lái)橋接其傳感器和樣品之間的能量差。

“該協(xié)議是強(qiáng)大的，比以前的技術(shù)需要更少的能量。這不僅將傳感器的操作方式擴(kuò)展到更強(qiáng)的磁場(chǎng)，而且還防止了使用傳統(tǒng)協(xié)議和微波功率時(shí)生物樣品的加熱。這項(xiàng)工作開(kāi)辟了一條新的研究路線，為納米級(jí)核磁共振在生物樣品和大型生物分子的研究中的安全使用鋪平了道路，“作者說(shuō)。