光學(xué)寬場(chǎng)核磁共振顯微鏡的基本原理

慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TUM)的研究人員開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)全新的顯微領(lǐng)域——核自旋顯微鏡技術(shù)。該團(tuán)隊(duì)成功通過(guò)顯微鏡實(shí)現(xiàn)了核磁共振磁信號(hào)的可視化，利用量子傳感器將信號(hào)轉(zhuǎn)化為光，從而實(shí)現(xiàn)了超高分辨率的光學(xué)成像。

核磁共振成像(MRI)掃描儀因其能夠深入人體內(nèi)部生成器官和組織圖像而聞名。這項(xiàng)發(fā)表于《自然·通訊》期刊的新技術(shù)，將這一能力延伸至微觀細(xì)節(jié)領(lǐng)域。量子傳感教授、慕尼黑量子科學(xué)與技術(shù)卓越中心(MCQST)研究員Dominik Bucher解釋道："量子傳感器能夠?qū)⒋殴舱裥盘?hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)相機(jī)捕捉后即可形成圖像。"

鉆石芯片：量子傳感器的核心

新型核磁共振顯微鏡的分辨率達(dá)到了百萬(wàn)分之十米量級(jí)，這一精度未來(lái)甚至能夠揭示單個(gè)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)奧秘。該顯微鏡的核心部件是一塊微型鉆石芯片。

這塊經(jīng)過(guò)原子級(jí)特殊處理的鉆石，作為核磁共振磁場(chǎng)的超靈敏量子傳感器，在激光照射下會(huì)產(chǎn)生攜帶核磁共振信號(hào)信息的熒光信號(hào)。通過(guò)高速相機(jī)記錄這些信號(hào)，研究人員能夠生成分辨率突破至微觀層級(jí)的精細(xì)圖像。

廣闊的應(yīng)用前景

核磁共振顯微技術(shù)展現(xiàn)出令人矚目的應(yīng)用潛力：在癌癥研究領(lǐng)域，科學(xué)家可對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行精細(xì)觀測(cè)，為腫瘤生長(zhǎng)與擴(kuò)散機(jī)制提供新見(jiàn)解;在藥物研發(fā)中，該技術(shù)能助力分子層面的活性成分高效篩選與優(yōu)化;材料科學(xué)領(lǐng)域同樣受益，例如用于分析薄膜材料或催化劑的化學(xué)成分。

目前研究團(tuán)隊(duì)已為這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)申請(qǐng)專屬使用，并計(jì)劃進(jìn)一步優(yōu)化其速度與精度。長(zhǎng)期來(lái)看，它有望成為醫(yī)學(xué)診斷和科研領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)工具。論文第一作者Karl D. Briegel說(shuō)："量子物理與成像技術(shù)的融合，為我們?cè)诜肿訉用嬲J(rèn)知世界開(kāi)辟了全新可能"。

審核編輯 黃宇