根據phys.org的報導,鑽石奈米晶體生物感測器性能不佳的問題,已被芝加哥大學普利茲克分子工程學院 (Pritzker School of Molecular Engineering, PME) 的研究團隊解決。他們將細胞生物學、量子計算、傳統半導體和高畫質電視的知識結合,不僅創造出革命性的新型量子生物感測器,更揭示了長期以來困擾量子材料領域的謎團。
這個《美國國家科學院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences) 的論文指出,研究團隊受到 QLED 電視技術的啟發,透過為鑽石納米粒子包覆一層特殊工程設計的外殼,成功打造出適合活細胞內部使用的量子生物感測器。此舉不僅實現了技術突破,也為如何透過改變材料表面來增強其量子特性提供了新的見解。
根據研究,量子位元在鑽石奈米晶體中即使在粒子小到可以被活細胞「吸收」(細胞可以吞噬並消化它們而不會排斥)的情況下,也能保持量子相干性。然而,鑽石粒子越小,其量子訊號就越弱。
為了解決這個問題,團隊從量子點LED電視找到了靈感。QLED 電視使用鮮豔的螢光量子點來呈現豐富飽滿的色彩。在早期,這些顏色雖然鮮豔但卻不穩定,容易突然熄滅。
然而,由於感測器將進入活體,並非所有外殼都能適用,因此共同研究人員協助開發了一種矽氧烷(siloxane)外殼,它既能增強量子特性,又不會讓免疫系統察覺異狀。
團隊發現,添加二氧化矽外殼不僅保護了鑽石表面,更從根本上改變了內部的量子行為。材料界面驅動了電子從鑽石轉移到外殼中。從通常會降低量子相干性的原子和分子中耗盡電子,創造了一種更靈敏、更穩定的方式來讀取活細胞的訊號。