基于鉆石的成像系統(tǒng)，可利用電子的磁共振探測(cè)帶電原子，以及實(shí)時(shí)觀察化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。

通過(guò)鉆石打造的探頭，量子顯微鏡可以協(xié)助科研人員研究納米尺度微觀世界的奧秘，諸如DNA如何在細(xì)胞內(nèi)折疊、藥物如何作用、細(xì)菌如何代謝金屬等。至關(guān)重要的是，量子顯微鏡可以給溶液中的離子單獨(dú)成像，揭示正在發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)，而不干涉反應(yīng)過(guò)程。2月14日，研究這種系統(tǒng)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)在ArXiv服務(wù)器上發(fā)布預(yù)印本闡述了他們的研究成果。

如同醫(yī)用磁共振成像（MRI）設(shè)備可以揭示人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)而不造成傷害一般，可以用于分子結(jié)構(gòu)的類似成像系統(tǒng)一直是科研人員的向往。利用電子自旋形成量子級(jí)成像的量子磁共振成像技術(shù)的目標(biāo)，正是為化學(xué)反應(yīng)、包括含金屬離子的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行成像。現(xiàn)有的磁共振成像技術(shù)只能展示10微米或以上的結(jié)構(gòu)。如果要探測(cè)細(xì)胞中的金屬離子，唯一的方法是加入可與之反應(yīng)的化學(xué)物質(zhì)，或者冷凍細(xì)胞以便可以在高倍顯微鏡下進(jìn)行成像——這些過(guò)程都將殺死細(xì)胞。

該新型顯微鏡，能夠提供銅離子的量子磁共振影像。David Simpson／University of Melbourne

醫(yī)用磁共振設(shè)備的原理是：將病人置于磁場(chǎng)中，人體內(nèi)原子的質(zhì)子會(huì)與設(shè)備內(nèi)磁場(chǎng)的磁力線對(duì)齊；然后設(shè)備向人體待成像區(qū)域發(fā)射射頻脈沖，使得質(zhì)子脫離對(duì)齊狀態(tài)；當(dāng)脈沖結(jié)束時(shí)，質(zhì)子重新對(duì)齊并釋放特定頻率的電磁波；如果人體組織釋放的電磁波頻率與設(shè)備中探測(cè)器的頻率合拍，兩個(gè)頻率會(huì)產(chǎn)生共振，就像調(diào)至同一音調(diào)的吉他琴弦一樣；此類設(shè)備利用這一共振重構(gòu)人體影像。

在澳大利亞墨爾本大學(xué)，由物理學(xué)家Lloyd Hollenberg和David Simpson帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)希望通過(guò)這個(gè)技術(shù)探測(cè)細(xì)胞內(nèi)的金屬離子。某些金屬離子對(duì)細(xì)胞有害，而另一些則為生物化學(xué)反應(yīng)所需，比如參與新陳代謝的金屬離子。問(wèn)題是，核磁共振探頭需要與待成像物體大致為同等尺寸。而對(duì)于觀測(cè)單一原子，這個(gè)要求目前還無(wú)法滿足。