中国科学家实现单个生物分子的探测

从中国科学技术大学获悉，该校杜江峰院士领导的中国科学院微观磁共振重点实验室提出并实验实现了一种基于金刚石氮-空位（NV）色心量子传感器的高分辨顺磁共振探测方法，获得了千赫兹（kHz）谱线分辨率的单自旋顺磁共振谱，这种新型方法能够应用于单个生物分子的探测。研究成果日前发表在《科学进展》上。 rCczQ71W  
G"-V6CA[  
电子顺磁共振谱学技术是当代重要的物质科学研究手段，常用来获取分子的动力学、结构等信息。然而受制于不可控的外界噪声的干扰，其谱线分辨率却停留在兆赫兹（MHz）量级，这阻碍了进一步在单分子层面解析结构、局域环境等信息。要想突破当前的谱线分辨率限制，需寻求克服环境噪声的新方法。 r2'K'?T3  
Y,}
h{*9Kd  
除了主动抑制噪声，另一种更为直接有效的方式是让被测自旋天然地对噪声免疫。在特定磁场等条件下存在着一类特殊自旋态，这些自旋态能够抵抗外界磁场噪声的扰动，电子在这些自旋态之间跃迁产生的谱线就会窄化。这种物理现象广泛存在于离子阱、核磁共振以及磷硅等体系中。 XxdD)I  
r*$f^T!|  
为了观测到谱线窄化，实现高分辨率谱学探测，还需要消除NV传感器自身带来的谱线展宽。科研人员受到核磁共振中关联探测的启发，设计了一种适用于零场的顺磁共振关联序列，极大地压制了NV传感器的本征展宽。用此新方法，研究人员在实验中成功实现金刚石中单个氮原子电子自旋的窄化跃迁探测，相较传统方法谱线分辨率提升了27倍，达到8.6kHz，这是目前基于金刚石量子传感器微观顺磁共振谱学的最高指标。 % 33O)<?  
B;NK\5>  
[f lK  
这种新型方法能够应用于单个生物分子的探测，得益于谱线分辨率的提升，可以更加精细地分析单分子的结构信息、动力学变化以及局部环境特征等。 G/},lUzLg  
F {L#