超硬材料網(wǎng)

　　金剛石中的雜質不僅有顏色，而且可以通過雜質使金剛石成為磁場和溫度領域的精確傳感器。當雜質遇到氮原子時，金剛石晶體結構就會發(fā)生改變，一種稱為氮-空位中心就會形成。氮-空位中心里的電子與量子自旋態(tài)呈現(xiàn)出了驚人的一致性，而且量子自旋態(tài)可以被精確的控制操作。如果納米金剛石內(nèi)部電子的連貫性能夠維持足夠長的時間，這樣我們不僅可以實現(xiàn)金剛石成為量子計算機的自旋載體材料之一，而且金剛石也會成為揭示神經(jīng)細胞秘密信息的完美裝置。

　　大塊金剛石的氮-空位中心可以儲存光子，并且攜帶有量子文件. 新技術的發(fā)明，使得納米金剛石結構可以通過進入氮-空位中心，自組形成環(huán)形結構量子，稱之SP1蛋白質。但問題是以微秒單位計算的時候，納米金剛石的自旋連貫性很弱。如今劍橋大學研發(fā)人員已經(jīng)找到在精細人造金剛石中保護氮-空位中心旋轉的方法，而且旋轉一致性的測量也具有很高的分辨率。

　　除了以上劍橋大學研究出的方法外，沒有其它的方法可以讓只有幾十納米原子金剛石傳感器精確通過，這是目前所面臨的技術挑戰(zhàn)。但是或許我們可以建立一個精密的查詢裝置，一旦有很多這樣的傳感器，卻找不出你所需要的時候，比如提取一個人細胞的重要器官或諸如之類的關鍵時刻，在成百個亞細胞器官里尋找就變得容易多了。

　　由于氮-空位中心會隨著溫度的變化而發(fā)出熒光，使得納米療法或者極小（大約兩千分之一開氏度）溫度變化的測量，甚至是在極小的空間（200 納米范圍內(nèi)）和時間范圍的測量都成為可能。研究人員主要是利用掃描共聚焦顯微鏡的方法測量所發(fā)出的熒光。這種顯微鏡可以遷移除了來自一個單一平面的光之外的所有光線，因為氮-空位中心對磁場和電子比較敏感，研究人員把它們當作是一個DC 磁強計進行操作計算。因此，從本質上講，研究人員可以證明核磁共振的光學檢測。

　　我們都知道，整個積極代謝細胞內(nèi)部的溫度環(huán)境是不一樣的，像線粒體和中心粒這樣的細胞活動是和局部細胞的熱點區(qū)密切相關的，甚至神經(jīng)元都有明顯的熱剖面峰值，其峰值熱量首先被細胞吸收，然后再被釋放出來。

　　而利用納米金剛石出現(xiàn)的問題是一旦放到細胞內(nèi)，就要一直保持原樣不動。雖然運用其他方法已經(jīng)解決了溫度測量的困難，比如基因編碼熱傳感器。但是如果這些新納米金剛石可以附在蛋白質上，像以上提到的SP1一樣，那么納米金剛石作為觀察和了解細胞秘密的完美工具就會實現(xiàn)。（摘譯自“Nanodiamond sensors allow for complete surveillance at the cell level”。翻譯：馬燕平）