基于量子传感器的全新显微镜：实现超高分辨率光学成像

慕尼黑工业大学（TUM）的研究人员开创了一个全新的显微领域——核自旋显微镜技术。该团队成功通过显微镜实现了核磁共振磁信号的可视化，利用量子传感器将信号转化为光，从而实现了超高分辨率的光学成像。

核磁共振成像（MRI）扫描仪因其能够深入人体内部生成器官和组织图像而闻名。这项发表于《自然·通讯》期刊的新技术，将这一能力延伸至微观细节领域。量子传感教授、慕尼黑量子科学与技术卓越中心（MCQST）研究员Dominik Bucher解释道："量子传感器能够将磁共振信号转化为光信号，这些信号通过相机捕捉后即可形成图像。"

图片:搜狗截图20250226081805.png

光学宽场核磁共振显微镜的基本原理

钻石芯片：量子传感器的核心

新型核磁共振显微镜的分辨率达到了百万分之十米量级，这一精度未来甚至能够揭示单个细胞的结构奥秘。该显微镜的核心部件是一块微型钻石芯片。

这块经过原子级特殊处理的钻石，作为核磁共振磁场的超灵敏量子传感器，在激光照射下会产生携带核磁共振信号信息的荧光信号。通过高速相机记录这些信号，研究人员能够生成分辨率突破至微观层级的精细图像。

图片:搜狗截图20250226081817.png

广阔的应用前景

核磁共振显微技术展现出令人瞩目的应用潜力：在癌症研究领域，科学家可对单个细胞进行精细观测，为肿瘤生长与扩散机制提供新见解；在药物研发中，该技术能助力分子层面的活性成分高效筛选与优化；材料科学领域同样受益，例如用于分析薄膜材料或催化剂的化学成分。

目前研究团队已为这项创新技术申请专利，并计划进一步优化其速度与精度。长期来看，它有望成为医学诊断和科研领域的标准工具。论文第一作者Karl D. Briegel说："量子物理与成像技术的融合，为我们在分子层面认知世界开辟了全新可能"。

相关链接：https://dx.doi.org/10.1038/s41467-024-55003-5