鉆石變身溫度傳感器 監控細胞級物體

鉆石中的雜質，不僅使鉆石顏色多彩，而且它們也可以把鉆石變成精確的磁場和溫度傳感器。當雜質剛好是一個氮原子時，晶體結構中就會有一個間隙或缺陷這樣的 變形，即氮原子取代了碳原子及鄰近的晶格空位，又被稱為氮晶格空位中心(nitrogen-vacancy center，NVC)。在空位中心中的電子 顯示出顯著的自旋狀態一致性，而人們可以精確地操作這種狀態。如果能長時間保存納米級鉆石內的電子一致性，我們不僅將有完善的量子計算機的量子位，而且還 將制造出可以完美揭示神經元的秘密的設備。

有很多的鉆石 NVC 能存儲光子，同時它們還可能攜帶了數毫秒的量子數據。最近的新技術通過將它們加入被稱為 SP1 的蛋白質環狀分子中，自組裝出納米大小的鉆石結構。但是嘗試縮減納米鉆石時經常遇到的問題是：在微妙范圍內通常顯示出較差的旋轉一致性。劍橋大學的研究員發現了在合成的鉆石中保護 NVC 旋轉的方法。

制造只有數十納米寬且原子精確的鉆石傳感器可以說是技術上的挑戰，且沒有別的方法可以取代。更大的挑戰是建立研究它們的復雜裝置。一旦你要將這么多感應器放置在需要的地方，那么光線變成了提取一個細胞的重要部分或者提取它內部數百個亞細胞器的關鍵。

由于 NVC 熒光素處于溫度依賴方式時，納米熱或者很細微(約 2 millikelvin)的溫度測量跨甚至更小的空間(在 200 納米的范圍內)和時間范圍發生變化。研究員能使用定做的掃描共聚焦顯微鏡測量這種發射光。而且 NVC 對磁場和電場非常敏感，所以研究員能將它們當做一個 DC 磁力儀來操作。基本上，這些磁力儀能演示磁共振的光學檢測。

納米鉆石要解決的一個問題是將它們放進細胞時怎么樣才能讓它們留在原地不動。通過使用其他方法包括基因編碼的熱敏元件已經解決了這個問題。如果這些新的納米鉆石能附在像上面提到的 SP1 蛋白質上，那么這將是觀察和了解細胞的完美工具了。