Ученые создали квантовый датчик, который работает внутри живой клетки

Квантовые датчики способны улавливать мельчайшие изменения внутри живой клетки, но до сих пор их эффективность резко снижалась при миниатюризации. Теперь ученые нашли способ, как сделать эти сенсоры гораздо чувствительнее — и вдохновились при этом технологиями из телевизоров.

Заключив алмазную наночастицу в специально разработанную оболочку — метод, вдохновленный телевизорами QLED, — команда создала квантовый биосенсор, идеальный для живой клетки

Источник: University of Chicago

Работа, опубликованная в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, описывает, как международная команда исследователей под руководством Ури Цви из Чикагского университета смогла значительно улучшить квантовые свойства наночастиц алмаза. С их помощью можно наблюдать за процессами внутри живой клетки.

Алмазные наночастицы, в которые встроены кубиты, элементарные единицы квантовой информации, — перспективная платформа для биосенсоров. Они достаточно малы, чтобы клетка могла «поглотить» их, но при этом теряют важное свойство — когерентность, согласованность квантового состояния. До сих пор это ограничивало их применение в живых организмах.

Цви и его коллеги подошли к задаче необычно: они вдохновились опытом создания телевизоров QLED, в которых флуоресцентные квантовые точки защищают специальной оболочкой. Эта оболочка подавляет нежелательные поверхностные эффекты и делает сигнал ярче и стабильнее.

В новой статье исследователи Школы молекулярной инженерии имени Притцкера Чикагского университета, включая доцента Питера Маурера (слева) и первого автора и кандидата наук Ури Цви (справа), а также их коллеги создали революционный новый квантовый биосенсор, который проливает свет на давний вопрос квантовых материалов

Источник: University of Chicago

Аналогичный подход применили и к алмазным частицам. Ученые разработали тонкую кремний-кислородную оболочку, которая усиливает квантовые свойства и одновременно делает сенсор «незаметным» для иммунной системы. Такие частицы выглядят для организма как безвредные капли воды, а не инородные тела.

Испытания показали: новый сенсор демонстрирует до четырех раз более высокую когерентность, в 1,8 раза сильнее светится и дольше сохраняет стабильный заряд. Это значительный скачок для всей области квантовой диагностики и биомедицины.

Это не просто улучшенный датчик, а новая стратегия проектирования устойчивых квантовых материалов.

Ури Цви

аспирант Чикагского университета

Дополнительно исследование позволило понять, какие именно участки поверхности алмаза нарушают квантовые свойства. Это открытие дает новые инструменты не только для создания биосенсоров, но и для разработки квантовых технологий в целом.

Квантовые сенсоры, способные заглянуть внутрь клетки, и наночастицы, позволяющие увидеть невидимое — примеры того, как технологии расширяют границы восприятия, будь то на уровне клетки или человеческого зрения.

О том, как контактные линзы научились распознавать инфракрасный свет и буквально «включать» суперзрение, вы можете прочитать в этой статье.