科技日?qǐng)?bào)駐德國(guó)記者 李山

德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明一種新的顯微鏡——核自旋顯微鏡。它可通過量子傳感器將核磁共振產(chǎn)生的磁信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，并顯示為高分辨率圖像。該技術(shù)為在分子水平上理解微觀世界開辟新的可能性。研究成果發(fā)表在新一期《自然·通訊》雜志上。

磁共振成像（MRI）技術(shù)可利用磁場(chǎng)創(chuàng)建人體器官和組織的詳細(xì)圖像。MRI設(shè)備會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，與體內(nèi)氫核的微小磁場(chǎng)相互作用。由于氫原子在不同類型的組織中以特定的方式分布，因此可區(qū)分器官、關(guān)節(jié)、肌肉和血管。但如果想了解單細(xì)胞內(nèi)微觀結(jié)構(gòu)中發(fā)生的情況，人們就需要新的方法。

此次團(tuán)隊(duì)把MRI技術(shù)擴(kuò)展到更加微觀的領(lǐng)域。新方法的核心部件是一種由人造金剛石制成的量子傳感器。金剛石中的氮空位中心可測(cè)量納米級(jí)磁場(chǎng)。這種在原子水平上專門制備的金剛石可用作MRI磁場(chǎng)的高靈敏度量子傳感器。

量子傳感器可將磁共振信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。當(dāng)受到激光照射時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生包含MRI信息的熒光信號(hào)。該信號(hào)由高速攝像機(jī)記錄，可獲得分辨率達(dá)到0.1微米的微觀圖像。

新顯微鏡未來甚至可看到單個(gè)細(xì)胞結(jié)構(gòu)，潛在的應(yīng)用前景廣闊。例如在癌癥研究中可獲得對(duì)腫瘤生長(zhǎng)和擴(kuò)散的新見解；在藥物研究中，可在分子水平上有效測(cè)試和優(yōu)化活性成分；在材料科學(xué)領(lǐng)域，可用于分析薄膜材料或催化劑的化學(xué)成分。