光學(xué)寬場(chǎng)核磁共振顯微鏡的基本原理圖片來(lái)源：《自然通訊》（2025 年）。DOI: 10.1038/s41467-024-55003-5

慕尼黑工業(yè)大學(xué)（TUM）的研究人員發(fā)明了一種全新的顯微鏡領(lǐng)域 —— 核自旋顯微鏡。該團(tuán)隊(duì)能夠用顯微鏡觀察到核磁共振的磁信號(hào)。量子傳感器將這些信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)超高分辨率的光學(xué)成像。

磁共振成像（MRI）掃描儀以其深入人體內(nèi)部并生成器官和組織圖像的能力而聞名。這項(xiàng)發(fā)表在《自然通訊》雜志上的新方法，將這一技術(shù)擴(kuò)展到微觀細(xì)節(jié)領(lǐng)域。

“所使用的量子傳感器使將磁共振信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)成為可能。這些信號(hào)由相機(jī)捕捉并顯示為圖像。” 量子傳感教授、慕尼黑量子科學(xué)與技術(shù)卓越中心（MCQST）的研究員多米尼克・布赫解釋道。

鉆石芯片用作量子傳感器

這種新型 MRI 顯微鏡的分辨率達(dá)到了千萬(wàn)分之一米，這一精度極高，未來(lái)甚至單個(gè)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)都能清晰可見(jiàn)。新型顯微鏡的核心是一個(gè)微小的鉆石芯片。

這種在原子層面經(jīng)過(guò)特殊制備的鉆石，可作為一種對(duì) MRI 磁場(chǎng)高度敏感的量子傳感器。當(dāng)用激光照射時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)包含 MRI 信號(hào)信息的熒光信號(hào)。這個(gè)信號(hào)由高速相機(jī)記錄下來(lái)，從而能夠生成微觀層面分辨率顯著更高的圖像。

第一作者卡爾・D・布里格爾、多米尼克・B・布赫教授。圖片來(lái)源：克里斯托夫・霍曼 / MCQST

廣泛的實(shí)際應(yīng)用前景

磁共振顯微鏡的潛在應(yīng)用正在興起：在癌癥研究中，可以對(duì)單個(gè)細(xì)胞進(jìn)行詳細(xì)檢查，以獲得關(guān)于腫瘤生長(zhǎng)和擴(kuò)散的新見(jiàn)解。

在制藥研究中，這項(xiàng)技術(shù)可用于在分子水平上高效測(cè)試和優(yōu)化活性成分。它在材料科學(xué)領(lǐng)域也具有巨大潛力，比如分析薄膜材料或催化劑的化學(xué)成分。

該團(tuán)隊(duì)已為其研發(fā)成果申請(qǐng)了專利，并且已經(jīng)計(jì)劃進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，使其速度更快、精度更高。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，它可能會(huì)成為醫(yī)學(xué)診斷和研究的標(biāo)準(zhǔn)工具�！傲孔游锢韺W(xué)與成像技術(shù)的融合，為在分子層面理解世界開(kāi)辟了全新的可能性。” 第一作者卡爾・D・布里格爾說(shuō)道。

更多信息：卡爾・D・布里格爾等人，《光學(xué)寬場(chǎng)核磁共振顯微鏡》，《自然通訊》（2025 年）。DOI: 10.1038/s41467-024-55003-5

引用信息：一種基于量子傳感器的全新顯微鏡（2025 年 2 月 25 日），2025 年 3 月 7 日取自https://phys.org/news/2025-02-microscopy-based-quantum-sensors.html