天博研究实现原位溶液磁共振谱测量—新闻—科学网
来源：天博企业
发表时间:
2024-04-02
中国科学技能年夜学中国科学院微不雅磁共振重点试验室杜江峰院士、石成长传授、孔飞特任研究员等人于量子周详丈量范畴取患上主要进展，哄骗单个纳米金刚石内部的氮-空位（NV）色心举行量子传感，降服颗粒随机动弹问题，于原位前提下探测到溶液中顺磁离子的磁共振谱。该项研究结果日前揭晓在《天然-通信》。
于心理原位前提下对于份子举行探测剖析，是生命科学范畴的一个主�첩要方针。只要于心理原位前提下对于生物份子举行不雅察，才气获知实在现心理功效时的构象变迁等信息，帮忙解决细胞旌旗灯号通路、药物靶点辨认等主要问题。
磁共振技能兼容心理情况，可以举行原位的无损探测，也能够经由过程自旋标志等手腕，从细胞内混乱的配景旌旗灯号中选择性地探测方针份子的共振谱，是最有可能实现心理原位探测的要领。传统磁共振谱仪所举行的是系综份子探测，而NV色心量子传感器可以于室温年夜气前提下对于单份子举行磁共振检测，防止系综平均致使的单份子谱线特性缺掉。此外，NV色心的载体是金刚石，它的性子不变，也具备生物兼容性，是以最近几年来有不少研究将含有NV色心的荧光纳米金刚石用作细胞内的长命命荧光标志。患上益在其敏捷度高、生物兼容性好的特色，NV色心量子传感器很是合适用在心理原位的探测，哄骗纳米金刚石中的NV色心，无望实现细胞内的原位磁共振探测。
然而， 于活细胞内追踪纳米金刚石运动的成果注解，它于细胞内部以及细胞膜上城市随机动弹 ，致使NV色心感触感染到的有用操控微波场强度发生随机变迁，让当前通用的磁共振探测体式格局掉效。
为解决这一问题， 研究团队设计幅度调制序列，用这类序列会于NV色心上孕育发生一系列等距离的能级，距离巨细只由调制频次决议，与有用操控场强度无关。当NV色心的能级与被测方针的能级婚配时，便会发生共振，使NV色心的状况发生转变。经由过程扫描调制频次，即可以获取方针的磁共振谱，谱峰位置再也不受NV色心的空间取向影响。
进一阵势，于原位前提下，研究职员对于纳米金刚石所处溶液情况中的离子举行顺磁共振谱丈量。为模仿纳米金刚石于细胞内的运动，研究职员用长链份子将纳米金刚石“拴”于基底上，限定其平动规模，但保留动弹自由度。这类纳米金刚石可以深切方针内部举行探测，试验中选定被测方针为氧钒离子溶液。当纳米金刚石存于动弹时，难以对于NV色心举行切确的量子操控，但运用幅度调制微序列，依然可以或许测患上氧钒离子的零场顺磁共振谱。这一成果从道理上证实了用纳米金刚石中的NV色心实现细胞内心理原位磁共振探测是可行的。
研究职员先容，这次研究中所探测的氧钒离子自己具备生物学功效，用运动的单个纳米金刚石所测到顺磁共振谱可阐发获取氧钒离子的超邃密常数，此后有可能用在揣度氧钒离子所处的局域情况。将来经由过程改良微波辐射布局效率、晋升纳米金刚石性子等要领，将能进一步晋升丈量速率，将这一要领推向现实运用。
据悉，该研究团队此前已经经实现固态情况单份子磁共振检测，经由过程技能晋升，将检测前提放宽至水溶液情况，这项事情又进一步推进至原位情况，该标的目的体系性的研究结果慢慢向着实现细胞原位的单份子标准微不雅磁共振迈进。
相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-023-41903-5
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