基于鉆石的成像系統(tǒng)，可利用電子的磁共振探測帶電原子，以及實時觀察化學反應過程。

通過鉆石打造的探頭，量子顯微鏡可以協(xié)助科研人員研究納米尺度微觀世界的奧秘，諸如DNA如何在細胞內(nèi)折疊、藥物如何作用、細菌如何代謝金屬等。至關(guān)重要的是，量子顯微鏡可以給溶液中的離子單獨成像，揭示正在發(fā)生的生物化學反應，而不干涉反應過程。2月14日，研究這種系統(tǒng)的一個團隊在ArXiv服務器上發(fā)布預印本闡述了他們的研究成果。

如同醫(yī)用磁共振成像（MRI）設(shè)備可以揭示人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)而不造成傷害一般，可以用于分子結(jié)構(gòu)的類似成像系統(tǒng)一直是科研人員的向往。利用電子自旋形成量子級成像的量子磁共振成像技術(shù)的目標，正是為化學反應、包括含金屬離子的化學反應進行成像?，F(xiàn)有的磁共振成像技術(shù)只能展示10微米或以上的結(jié)構(gòu)。如果要探測細胞中的金屬離子，唯一的方法是加入可與之反應的化學物質(zhì)，或者冷凍細胞以便可以在高倍顯微鏡下進行成像——這些過程都將殺死細胞。

該新型顯微鏡，能夠提供銅離子的量子磁共振影像。David Simpson／University of Melbourne

醫(yī)用磁共振設(shè)備的原理是：將病人置于磁場中，人體內(nèi)原子的質(zhì)子會與設(shè)備內(nèi)磁場的磁力線對齊；然后設(shè)備向人體待成像區(qū)域發(fā)射射頻脈沖，使得質(zhì)子脫離對齊狀態(tài)；當脈沖結(jié)束時，質(zhì)子重新對齊并釋放特定頻率的電磁波；如果人體組織釋放的電磁波頻率與設(shè)備中探測器的頻率合拍，兩個頻率會產(chǎn)生共振，就像調(diào)至同一音調(diào)的吉他琴弦一樣；此類設(shè)備利用這一共振重構(gòu)人體影像。

在澳大利亞墨爾本大學，由物理學家Lloyd Hollenberg和David Simpson帶領(lǐng)的團隊希望通過這個技術(shù)探測細胞內(nèi)的金屬離子。某些金屬離子對細胞有害，而另一些則為生物化學反應所需，比如參與新陳代謝的金屬離子。問題是，核磁共振探頭需要與待成像物體大致為同等尺寸。而對于觀測單一原子，這個要求目前還無法滿足。