磁控微型机器人实现对活细胞内量子传感器的精准操控
活细胞具有较高的粘弹性环境，这种特性对纳米级量子传感器的自由移动构成挑战。印度科学研究院（IISc）的研究人员近期提出了一种创新方法，利用磁性微型机器人在细胞内实现对量子传感器的精准操控。这项技术为无创测量细胞内的关键参数，例如局部粘度和温度，开辟了新的路径。
量子传感器的核心机制
研究团队采用了一种融合磁控微型机器人与纳米钻石量子传感器的策略。其中，纳米钻石包含氮空缺（NV）缺陷中心，这种结构能够响应外界环境中的物理参数变化，如温度和磁场，并通过电子自旋态的变化反映出来。
当激光照射至纳米钻石时，会激发其产生荧光信号，从而实现对细胞内部多个物理参数的测量。然而，如何将传感器精准定位到目标位置，一直是该领域的一大难题。传统方法依赖光学镊子，但高强度激光可能对细胞造成损伤，限制了其应用。
磁控微型机器人替代光学定位
IISc团队开发的微型机器人由铁磁性材料制成，在外部旋转磁场驱动下产生旋转运动。由于其螺旋结构设计，这种旋转运动可转化为前进的线性位移，从而在三维空间中对传感器进行定向控制。该方法摒弃了依赖光的定位手段，仅在必要时使用激光进行信号读取，大幅降低了光毒性风险。
在纳米尺度下，布朗运动容易引起传感器的方向扰动，导致信号噪声增加。通过外部磁场的精确控制，研究人员有效稳定了纳米钻石的取向，显著提升了测量的灵敏度和信噪比。
实现高精度传感的关键设计
为避免磁性元件对量子传感器信号的干扰，研究团队在微型机器人头部与纳米钻石之间保持约一微米的距离。这一间距确保了磁性影响极小，同时又不会妨碍传感器的正常工作。
“通过磁力驱动，我们成功抑制了纳米尺度下的布朗噪声，使得该平台相比光学技术更具优势。”研究负责人Ambarish Ghosh表示。
这种新型磁控量子传感平台具有广泛的应用潜力，例如监测活细胞内活性氧（ROS）水平，这对于理解癌症发展和衰老机制至关重要。
Eklavy Vashist 等，《磁性机动量子传感器》，发表于《先进功能材料》（2026）。DOI：10.1002/adfm.202527479
期刊信息：Advanced Functional Materials