新的量子感测技术可实现高分辨率核磁共振光谱

马里兰大学量子技术中心(QTC)的研究人员研发了一种新的量子传感技术,该技术可以对10皮升(微微升,pL)样品中的稀溶液中的小分子进行高分辨率NMR光谱分析。

  核磁共振(NMR)光谱是广泛使用于化学分析和分子结构识别中的工具。由于NMR通常依赖于小的热核自旋极化产生的弱磁场,因此NMR与其他分析技术相比,灵敏度较差。传统的NMR设备通常使用大约一毫升的大样本体积(足以容纳大约一百万个生物细胞)进行分析。

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  为了提高NMR设备的灵敏度,马里兰大学量子技术中心(QTC)的研究人员研发了一种新的量子传感技术,该技术可以对10皮升(微微升,pL)样品中的稀溶液中的小分子进行高分辨率NMR光谱分析。

  QTC的研究小组进行了题为“利用金刚石中的量子缺陷实现了具有超细孔敏感性的超极化增强NMR光谱学”的论文的实验报告。在此之前,该研究人员开发了一种系统,该系统利用钻石中的氮空位量子缺陷来检测皮升级样品产生的NMR信号,在过去的工作中,研究人员只能观察到来自纯净,高度浓缩样品的信号。

  为了克服这一限制,研究人员将量子金刚石NMR与“超极化”方法结合使用,该方法可将样品的核自旋极化(NMR信号强度)提高100倍以上。PRX报告的结果首次实现了具有飞摩尔分子敏感性的NMR。

  关于这项研究的影响,研究人员表明,现实世界的目标是在单个生物细胞水平上实现化学分析和磁共振成像(MRI)。MRI是一种可以处理身体部分(包括大脑)详细图像的扫描类型,目前,MRI的分辨率有限,它只能成像包含大约一百万个细胞的体积。用核磁共振成像(帮助诊断疾病和回答生物学中的基本问题)无创地观察单个细胞是量子传感研究的长期目标之一。

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