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配备上一个由钻石做成的探测器以后，这个全新的显微能以前所未有的精度来研究生化反应。  可以毫不夸张地来说，磁共振成像是现代医学的一大奇迹。通过无害的磁场以及电磁波，这项技术能够以完全非侵入地方式向医生提供病人身体详细的3D图片。而当磁共振成像技术更进一步后，它还甚至可以直接用来分析病人身体组织的生化成分。 这种升级版的磁共振成像技术叫做磁共振能谱。对于需要研究人体生化反应地医生和科学家来说，这项技术将成为一大利器，并帮助他们检测病人肌肉或者大脑中肿瘤地代谢情况。 然而，磁共振能谱带来的升级并非完美，其中最大的问题就是它的图像分辨率只能达到10微米。而事实上，有许多生化反应都小于这个级别，对于它们，磁共振能谱技术完全无能为力。 因此，医生和医学研究者们长久以来的一个愿望就是拥有一款精度足够高，能够直接观测更加细微的生化活动的磁共振显微镜。 如今，他们这一愿望实现了。澳大利亚墨尔本大学的大卫·辛普森（David Simpson）与他的团队成功地造出了一款分辨率高达300纳米的磁共振显微镜，而这项突破最大的秘方则是——一个由钻石打造的传感器。这个传感器的工作原理与数码相机的CCD芯片类似。 简单来说，磁共振成像的工作原理就是用一个高强度磁场迫使所有的原子核实现共振，换句话说，就是让它们同向自旋。当这些进行共振的原子核受到电磁波照射后，它们将被激发并向外释放每个原子特有的电磁波。通过分析这些特征电磁波，我们就可以得知每个相应原子的位置，从而得到一副图像。 这些特征电磁波信号也会告诉我们这些原子之间化学键的类型，以及其中发生的生化反应。但是，这种成像技术的分辨率的最大瓶颈在于电磁波传感器与样品之间距离。 辛普森团队这次发明了一种全新的技术。他使用了钻石薄膜来制造磁共振传感器。而真正的秘诀则是埋在钻石膜表面7纳米处的氮原子阵列，阵列中的原子间隔为10纳米。 植入这个阵列的最大好处就是氮原子可以发荧光，而荧光的颜色会对（发出特征电磁波的）原子及其附近的电子自旋非常敏感，而这些自旋的信息，恰好就代表了原子所处的生化环境。 因此，附近原子的一切状态改变都会令钻石传感器上的氮原子矩阵产生的荧光颜色发生改变。辛普森团队所要做的就是观察并记录下这些五颜六色的“烟花”。 ‘为了测试这项新技术，辛普森团队对水溶液中的六水合铜离子（[Cu(H2O)6]2+）进行了检测。为了让金属蛋白质可以吸收铜，在许多种相关的酶中都有六水合铜离子的存在。然而，由于无法在活体中直接进行观测，铜元素的具体分布，以及它在细胞发射信号时所扮演的角色，一直都是未知之谜。 而这一难题被辛普森团队的量子磁共振显微镜解决了。在高分辨率的下，他们可以在几阿升（10-18 升）的容积内显示二价铜离子的分布。 辛普森团队表示：“我们的成像分辨率已经达到了衍射极限（300纳米），对自旋的敏感度的也达到了仄摩（10-21摩尔）的范围。”此外，这项技术还能显示出这些离子所进行过的各种氧化还原反应。更可贵的是，所有这一切都可以在常温环境中进行。 这一发明为生物化学的未来开辟了一条全新的道路。辛普森团队表示：“我们的成果显示，量子传感系统可以适应‘真实’化学反应系统中那时刻变化的布朗环境，以及后续到来的在离子进行配体变换时的（电子）自旋环境变化。” 此项技术的诞生有可能颠覆人类对生物反应的认识。辛普森和他的团队对该技术的未来也十分看好：“对于观测纳米级的基础生化反应来说，量子磁共振显微镜是最完美的选择——例如，发生在细胞膜附近的化学吸附和成键过程，或者原核细胞周质中的金瞬时属离子浓度。” |
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