人們不會(huì)指望金剛石與癌癥治療有任何關(guān)系，但實(shí)際上金剛石可以提高癌癥病人的生存機(jī)率。

       “使用傳統(tǒng)技術(shù)，幾乎不可能確定癌癥治療是否達(dá)到百分之百或百分之百九十九有效。 這種差異可能會(huì)產(chǎn)生重大后果，因?yàn)榧词贵w內(nèi)只有少數(shù)存活的癌細(xì)胞，癌細(xì)胞仍然可以在體內(nèi)擴(kuò)散。量子力學(xué)金剛石傳感器將非常敏感，能夠在大量的健康細(xì)胞中檢測(cè)到數(shù)量很少的癌細(xì)胞，”丹麥科技大學(xué)物理學(xué)副教授亞歷山大·哈克說(shuō)。

       鉆石并不是從珠寶商處購(gòu)買，它們是人造金剛石，表面具有微米薄層，具有進(jìn)行測(cè)量所需的特殊性能。

       該方法基于磁性生物標(biāo)記物，其可以與癌細(xì)胞結(jié)合，但不能與健康細(xì)胞結(jié)合，這是已知的方法原理。然而困難的部分是：雖然您已經(jīng)在兩種細(xì)胞之間創(chuàng)建了磁差，但它需要一個(gè)非常靈敏的傳感器來(lái)檢測(cè)每個(gè)標(biāo)記物周圍的磁場(chǎng)。

       磁力傳感器最著名的例子是指南針。指南針對(duì)地球磁場(chǎng)敏感，它能感應(yīng)30-40微特斯拉之間磁場(chǎng)強(qiáng)度。癌癥診斷需要能夠感應(yīng)幾十個(gè)納特斯拉的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

       金剛石傳感器的分辨率約為1微米。亞歷山大·哈克說(shuō)“這對(duì)我們來(lái)說(shuō)足以區(qū)分生物細(xì)胞。我們希望能夠在一百萬(wàn)個(gè)健康細(xì)胞中檢測(cè)和分離各個(gè)癌細(xì)胞?！?/p>

       為什么要用金剛石檢測(cè)磁場(chǎng)？

       金剛石由保持在固定的三維網(wǎng)格中的碳原子組成。它不與磁場(chǎng)相互作用，因此不適合作為傳感器。然而，亞歷山大·哈克和來(lái)自烏爾姆和萊比錫大學(xué)的研究人員改變了這種結(jié)構(gòu)，得到一種缺陷結(jié)構(gòu)。在每個(gè)缺陷結(jié)構(gòu)中，碳原子被氮原子代替，這種變化也會(huì)在碳原子的晶格中產(chǎn)生許多孔，使得各個(gè)原子消失，然后將金剛石加熱至約 800°C，這導(dǎo)致孔在結(jié)構(gòu)中移動(dòng)直到它們與氮原子相鄰。 然后氮原子和空穴結(jié)合形成單一結(jié)構(gòu)——一個(gè)NV（氮空位）中心。 中心的作用是吸收來(lái)自光譜綠色部分的光，中心會(huì)發(fā)出紅光。

       金剛石中的每個(gè)NV中心也都有電子自旋。自旋可以是向上或向下，決定發(fā)射多少紅光。除了上下旋轉(zhuǎn)之外，它也有周期性的變化，就像地球不僅在其軸上自轉(zhuǎn)，其旋轉(zhuǎn)軸線也發(fā)生變化。這些周期性變化的速度和大小都受周圍的磁場(chǎng)的影響。換句話說(shuō)，可以通過(guò)測(cè)量自旋的周期性變化來(lái)研究磁場(chǎng)。這是通過(guò)在缺陷中心上照射綠光并檢測(cè)發(fā)射多少紅光來(lái)完成的。

       該方法利用疊加法，一種量子力學(xué)現(xiàn)象，其中粒子可以同時(shí)處于兩個(gè)狀態(tài)。 “更具體地說(shuō)，我們確保電子的自旋同時(shí)上下擺動(dòng)，中心的兩種自旋在磁場(chǎng)中表現(xiàn)不同?！眮啔v山大·哈克解釋說(shuō)，通過(guò)檢測(cè)自旋的上下擺動(dòng)變量，我們可以確定磁場(chǎng)。不同于電場(chǎng)，當(dāng)電場(chǎng)遇到組織、血液和骨骼時(shí)受到顯著影響，磁場(chǎng)在很大程度上不受影響。

       從實(shí)驗(yàn)室到醫(yī)院

       金剛石在醫(yī)療中也有很多優(yōu)勢(shì)。它是一種非常健康材料，與身體接觸并沒有健康風(fēng)險(xiǎn)。

       丹麥科技大學(xué)物理學(xué)院的小組并不是第一個(gè)提出將金剛石用作磁場(chǎng)傳感器的，早在20世紀(jì)90年代，許多國(guó)際組織已經(jīng)開始研究并使其成為現(xiàn)實(shí)。然而，與丹麥科技大學(xué)電氣工程系以及與Hvidovre醫(yī)院和飛利浦的跨學(xué)科合作給了亞歷山大·哈克和他的同事們?cè)卺t(yī)療方面的領(lǐng)先地位。

       “我們可以說(shuō)這種方法與第二階段癌癥患者息息相關(guān)，他們接受了癌癥治療，醫(yī)生需要確定治療效果如何。但是，要研發(fā)出能在醫(yī)院中使用的設(shè)備儀器還有很長(zhǎng)的路要走。下一步是與丹麥科技大學(xué)研究納米技術(shù)的同事合作，設(shè)計(jì)出合適的設(shè)備?！眮啔v山大·哈克希望在兩年內(nèi)制造出第一代的設(shè)備。同時(shí)他講到，“如果我們決定在一家新公司進(jìn)行進(jìn)一步發(fā)展，那么最好的時(shí)機(jī)可能是在我們準(zhǔn)備好第一個(gè)原型的時(shí)候，大概在兩年左右。但是還有其他選擇，例如我們與現(xiàn)有的醫(yī)療技術(shù)公司合作?，F(xiàn)在我們需要考慮的是設(shè)備的使用范圍，它的應(yīng)用絕不限于癌癥領(lǐng)域。當(dāng)電子從A移動(dòng)到B時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)小的局部磁場(chǎng)。如果有一個(gè)足夠敏感的磁場(chǎng)傳感器，我們就可以檢測(cè)身體中的許多過(guò)程。它是非侵入性技術(shù)，不需要手術(shù)或探針。 因此，對(duì)于身體的關(guān)鍵部位如腦或心臟，這種技術(shù)會(huì)是更好的選擇?！?編譯：中國(guó)超硬材料網(wǎng))