配備上一個由鉆石做成的探測器以后，這個全新的顯微能以前所未有的精度來研究生化反應。
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可以毫不夸張地來說，磁共振成像是現(xiàn)代醫(yī)學的一大奇跡。通過無害的磁場以及電磁波，這項技術能夠以完全非侵入地方式向醫(yī)生提供病人身體詳細的3D圖片。而當磁共振成像技術更進一步后，它還甚至可以直接用來分析病人身體組織的生化成分。
這種升級版的磁共振成像技術叫做磁共振能譜。對于需要研究人體生化反應地醫(yī)生和科學家來說，這項技術將成為一大利器，并幫助他們檢測病人肌肉或者大腦中腫瘤地代謝情況。
然而，磁共振能譜帶來的升級并非完美，其中最大的問題就是它的圖像分辨率只能達到10微米。而事實上，有許多生化反應都小于這個級別，對于它們，磁共振能譜技術完全無能為力。
因此，醫(yī)生和醫(yī)學研究者們長久以來的一個愿望就是擁有一款精度足夠高，能夠直接觀測更加細微的生化活動的磁共振顯微鏡。
如今，他們這一愿望實現(xiàn)了。澳大利亞墨爾本大學的大衛(wèi)·辛普森(David Simpson)與他的團隊成功地造出了一款分辨率高達300納米的磁共振顯微鏡，而這項突破最大的秘方則是——一個由鉆石打造的傳感器。這個傳感器的工作原理與數(shù)碼相機的CCD芯片類似。
簡單來說，磁共振成像的工作原理就是用一個高強度磁場迫使所有的原子核實現(xiàn)共振，換句話說，就是讓它們同向自旋。當這些進行共振的原子核受到電磁波照射后，它們將被激發(fā)并向外釋放每個原子特有的電磁波。通過分析這些特征電磁波，我們就可以得知每個相應原子的位置，從而得到一副圖像。
這些特征電磁波信號也會告訴我們這些原子之間化學鍵的類型，以及其中發(fā)生的生化反應。但是，這種成像技術的分辨率的最大瓶頸在于電磁波傳感器與樣品之間距離。
辛普森團隊這次發(fā)明了一種全新的技術。他使用了鉆石薄膜來制造磁共振傳感器。而真正的秘訣則是埋在鉆石膜表面7納米處的氮原子陣列，陣列中的原子間隔為10納米。
植入這個陣列的最大好處就是氮原子可以發(fā)熒光，而熒光的顏色會對(發(fā)出特征電磁波的)原子及其附近的電子自旋非常敏感，而這些自旋的信息，恰好就代表了原子所處的生化環(huán)境。
因此，附近原子的一切狀態(tài)改變都會令鉆石傳感器上的氮原子矩陣產(chǎn)生的熒光顏色發(fā)生改變。辛普森團隊所要做的就是觀察并記錄下這些五顏六色的“煙花”。
‘為了測試這項新技術，辛普森團隊對水溶液中的六水合銅離子([Cu(H2O)6]2+)進行了檢測。為了讓金屬蛋白質(zhì)可以吸收銅，在許多種相關的酶中都有六水合銅離子的存在。然而，由于無法在活體中直接進行觀測，銅元素的具體分布，以及它在細胞發(fā)射信號時所扮演的角色，一直都是未知之謎。
而這一難題被辛普森團隊的量子磁共振顯微鏡解決了。在高分辨率的下，他們可以在幾阿升(10-18 升)的容積內(nèi)顯示二價銅離子的分布。
辛普森團隊表示：“我們的成像分辨率已經(jīng)達到了衍射極限(300納米)，對自旋的敏感度的也達到了仄摩(10-21摩爾)的范圍。”此外，這項技術還能顯示出這些離子所進行過的各種氧化還原反應。更可貴的是，所有這一切都可以在常溫環(huán)境中進行。
這一發(fā)明為生物化學的未來開辟了一條全新的道路。辛普森團隊表示：“我們的成果顯示，量子傳感系統(tǒng)可以適應‘真實’化學反應系統(tǒng)中那時刻變化的布朗環(huán)境，以及后續(xù)到來的在離子進行配體變換時的(電子)自旋環(huán)境變化。”
此項技術的誕生有可能顛覆人類對生物反應的認識。辛普森和他的團隊對該技術的未來也十分看好：“對于觀測納米級的基礎生化反應來說，量子磁共振顯微鏡是最完美的選擇——例如，發(fā)生在細胞膜附近的化學吸附和成鍵過程，或者原核細胞周質(zhì)中的金瞬時屬離子濃度。”
