该团队利用特制的外壳包裹金刚石纳米颗粒，打造出了一种适用于活细胞的量子生物传感器。图片来源：芝加哥大学
许多最优秀、最强大的量子传感器通常由金刚石制造而成。位于金刚石纳米晶体中的量子比特即使在足够小、能被细胞“吞噬”进入其体内的粒子中，仍可保持量子相干性，也就是信号的稳定和可读性。然而，金刚石颗粒越小，量子信号就越弱，传感器的性能就越差，这一问题长期影响着该领域的科研进展。
此次，团队受到量子点发光二极管（QLED）电视的启发。这种电视使用量子点技术来呈现丰富的色彩。但在早期，这些颜色虽然亮丽，却不稳定，容易突然熄灭。但给量子点加上一层特殊外壳，就能抑制有害的表面效应，并增强发光效果。团队设想，如果金刚石量子传感器的问题也来自表面状态，那是不是也可以通过“包壳”来改善？
为了让这种传感器能够进入人体而不引发免疫反应，团队设计了一种硅氧烷外壳。这种材料做成的涂层颗粒不容易被免疫系统识别为“入侵者”，因此身体会更容易吞噬和消化这种颗粒。
此次结果出人意料：传感器自旋相干性提高了多达4倍，荧光强度增加了1.8倍，电荷稳定性也大大增强。外壳不仅起到了保护作用，更引发了电子从金刚石转移到壳层的过程。这种“去电子化”状态抑制了干扰量子信号的因素，从而增强了传感器性能，造就了一种更灵敏、更稳定地读取活细胞信号的方式。
这项成果融合了细胞生物学、量子科学、材料科学等学科研究，解决了纳米尺度下金刚石量子传感器性能骤降的难题，为未来将量子传感技术应用于生物医学打开了新大门。
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