這項創(chuàng)新有望為精密測量、生物成像和環(huán)境監(jiān)測領域開辟新應用。

這項用于量子傳感器的創(chuàng)新3D打印技術，使研究人員能夠將氮空位中心嵌入具有復雜幾何形狀的微尺度3D結構中，包括納米級的3D打印測試專用模型“3DBenchy”（一種類似拖船的測試模型）。

量子傳感是一個前景廣闊的新興領域，但事實證明，為這些納米級傳感器構建晶體襯底仍然存在挑戰(zhàn)。據(jù)麥姆斯咨詢介紹，美國加利福尼亞大學伯克利分校（University of California，Berkeley）的研究人員開發(fā)了一種創(chuàng)新的3D打印制造方法，將量子傳感粒子構造成復雜的3D結構，能夠準確檢測微觀環(huán)境中的溫度和磁場變化。

該研究成果已發(fā)表于Nano Letters期刊，據(jù)報道，研究人員提出的這項3D打印方法，利用雙光子聚合制造基于氮空位中心的高度可定制3D結構的量子傳感器。這種可打印的量子傳感器能夠在室溫下進行高靈敏的測量，有望為材料科學、生物學和化學的變革性應用打開大門。

該研究共同主要作者、機械工程系研究生Brian Blankenship表示：“我們的研究展示了將量子傳感器與先進3D打印技術相結合的潛力，從而實現(xiàn)其他方法無法達成的新設計。經(jīng)過進一步的完善，這項新技術有望將量子傳感器引入微流控、電子和生物系統(tǒng)，甚至開辟其他目前還沒有想到的應用?！?/p>

機械工程系教授、聯(lián)合首席研究員Costas Grigoropoulos補充稱：“這種新的制造技術能夠實現(xiàn)高度定制，因此可以精確設計出具有所需性能的結構。這些構建材料經(jīng)過優(yōu)化，可以提供量身定制的機械響應。它們可以整合傳感和驅動功能，適用于結構材料、組織工程和光機系統(tǒng)等應用?！?/p>

量子傳感器利用原子和光的特性來測量磁場、電場、應變和溫度的微小變化。它們已經(jīng)用于為GPS系統(tǒng)提供最精確的時鐘，現(xiàn)在，人們對將這些傳感器應用于神經(jīng)科學等其他領域產(chǎn)生了濃厚的興趣。

但Grigoropoulos表示：“量子傳感器從實驗室條件走出來還存在困難。許多量子傳感平臺需要極低的溫度（比冰點低數(shù)百度）才能正常工作。此外，這些材料通常需要非常純凈和完美的結晶，這可能會阻礙它們在許多實際場景中的應用?！?/p>

為了解決這個問題，研究人員采用3D打印制造技術，將量子傳感粒子（氮空位中心）構造成3D結構。當金剛石內部的單個碳原子被氮原子取代，并且相鄰的碳原子為空時，就會出現(xiàn)這些氮空位中心。氮空位中心非常獨特，它們可以在室溫下很好的工作，即使是粒子也能保持其量子特性。

氮空位中心嵌入具有復雜幾何形狀的微尺度3D結構中，可以通過光學成像來測量其內部的溫度和磁場。

Blankenship說：“我們的方法克服了結構化單晶襯底相關的挑戰(zhàn)，這些氮空位中心可以在室溫下可靠地工作。我們證明了通過使用改進的顯微鏡，可以對這些結構內部的溫度和磁場進行精確測量?！?/p>

他說：“現(xiàn)在，這項技術使我們能夠將傳感元件打印到微流控芯片中，或者先進的半導體器件上，甚至細胞支架上，同時為這些系統(tǒng)提供先進的診斷功能。盡管目前的論文研究專注于測量溫度和磁場，但我們相信這項成果還可以擴展到其他類型的測量?！?/p>

審核編輯：彭菁