研究人員通過QLED屏幕中使用的二氧化硅涂層，突破了納米金剛石作為生物傳感器的技術瓶頸。

奢華鉆石、量子物理與QLED平板電視有何共通之處？若將它們的特性相結(jié)合，就能創(chuàng)造出可植入細胞內(nèi)部的量子傳感器，在糖尿病、癌癥等疾病萌芽階段實現(xiàn)早期檢測。

這并非天方夜譚，而是芝加哥大學和愛荷華大學科研團隊的最新突破。他們借鑒QLED屏幕的特殊涂層技術，將普通金剛石納米粒子改造成可在活細胞內(nèi)工作的先進量子傳感器，這項創(chuàng)新或?qū)氐赘淖兗毎】当O(jiān)測和疾病早期診斷方式。

研究負責人、芝加哥大學博士生Uri Zvi表示："這項研究為納米級量子傳感奠定了突破性基礎，對精準診斷、細胞成像等生物工程應用具有深遠意義。"

納米金剛石的性能困局

科學界早已發(fā)現(xiàn)，金剛石中的氮-空位（NV）中心缺陷具有量子傳感器功能。這些NV中心對磁場、溫度和電信號變化極其敏感，是監(jiān)測活細胞內(nèi)部活動或材料深層特性的理想選擇。

但技術瓶頸在于：要讓金剛石進入細胞，必須將其縮小至100納米以下。在這種納米尺度下，NV中心的量子特性顯著衰減，無法保持精密傳感器所需的穩(wěn)定性能。

十余年來，科研人員嘗試了表面清潔、形貌改造甚至晶體結(jié)構(gòu)調(diào)整等多種方案，但納米金剛石的量子性能始終不盡如人意。"前人雖然使用過金剛石納米晶體作為生物傳感器，但實際表現(xiàn)遠低于理論預期。"Zvi指出。

給量子傳感器穿上"防護服"

研究團隊從消費電子領域獲得靈感。他們注意到QLED電視中的量子點發(fā)光材料通過特殊涂層保持穩(wěn)定發(fā)光，這種核殼結(jié)構(gòu)有效防止了量子點的性能衰減。

團隊創(chuàng)新性地為金剛石量子傳感器設計了類似的核殼結(jié)構(gòu)：以金剛石納米顆粒為核心，外層包裹化學性質(zhì)穩(wěn)定、生物相容性優(yōu)異的二氧化硅涂層。這種"防護服"不僅能隔絕表面損傷和環(huán)境噪聲，通過精確調(diào)控殼層厚度與界面化學鍵合，更完整保留了金剛石的量子特性。

實驗數(shù)據(jù)顯示：包裹涂層的納米金剛石信號強度提升1.8倍，即使在活細胞環(huán)境中仍能保持穩(wěn)定的量子信號輸出。顯微鏡下，科學家首次在細胞內(nèi)部讀取到清晰的量子信號，這在此前是難以企及的突破。

"這項研究不僅帶來了更好的傳感器，還為量子納米材料中的相干性和電荷穩(wěn)定性工程提供了新的定量框架。"Zvi強調(diào)。

相關成果已發(fā)表于《美國國家科學院院刊》（PNAS）。

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